【正文】 電路把各部分組成電路組合起來(lái)，并給出整機(jī)電路圖。如有故障，提出改進(jìn)方案。 該電路由單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩電路、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、繼電器驅(qū)動(dòng)電路 和階梯電壓形成電路等組成。原理框圖如 圖 所示。 通過(guò)按鍵可以控制單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)，進(jìn)而帶動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)電路工作。受繼電器控制的多諧振蕩電路可以產(chǎn)生 周期性低頻方波，并輸送給受同一個(gè)繼電器控制的計(jì)數(shù)器和階梯電壓形成電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制輸出并顯示。與雙穩(wěn)態(tài)電路不同，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以下特點(diǎn)： ① 電路只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)、一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 ③ 暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，由于電路中 RC 延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到原態(tài)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè) 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以上這些特點(diǎn)，它被廣泛的應(yīng)用于脈沖波形的變換與延時(shí)中。 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 它的兩個(gè)邏輯門(mén)是由 RC 耦合的，而 RC 電路為微分電 路的形式，故稱(chēng)為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 R、 C 構(gòu)成微分型定時(shí)電路，定時(shí)元件 R、 C 的取值不同，輸出脈寬 tw也不同， tw≈(~)RC。 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 如圖 所示： 圖 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電路采 用正脈沖觸發(fā)，觸發(fā)脈沖寬度大于輸出脈沖寬度的情況。 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)輸入控制電路和一個(gè)輸出緩沖電路 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5 頁(yè) 就可以構(gòu)成集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入控制電路實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)脈沖寬度轉(zhuǎn)換功能以及觸發(fā)脈沖邊沿選擇功能。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有兩種類(lèi)型：可重觸發(fā)的和不可重觸發(fā)的。假設(shè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸 出脈沖寬度為秒，兩個(gè)相隔秒的觸發(fā)脈沖先后到達(dá)， 那么，它在第一個(gè)觸發(fā)脈沖的作用下進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這個(gè)暫穩(wěn)態(tài)還沒(méi)有結(jié)束，第二個(gè)觸發(fā)脈沖就到達(dá)了。 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 外部元件的穩(wěn)定性決定了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)定性， 555 定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。 本文的電路設(shè)計(jì)就是選用 555 定時(shí)器來(lái)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 繼電器 及驅(qū)動(dòng)電路 繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件?？煞譃殡姎饬?（ 如電流、電壓、頻率、功率等 ） 繼電器及非電氣量 （ 如溫度、壓力、速度等 ） 繼電器兩大類(lèi)。 繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行 [5]。它因振蕩波形中含有豐富的諧波而得名。 多諧振蕩器無(wú)須外界觸發(fā)即能直接產(chǎn)生矩形波，電路也較簡(jiǎn)單，所以在脈沖和數(shù)字系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的多諧振蕩器是由兩級(jí)倒相 放大器經(jīng)電阻電容耦合并連接成正反饋環(huán)路構(gòu)成。無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種簡(jiǎn)單的振蕩電路。 該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成，因此稱(chēng)為多諧振蕩器電路。 計(jì)數(shù)器及 顯示電路 CD4017 是 5 位 Johnson 計(jì)數(shù)器，具有 10 個(gè)譯碼輸出端， 3 個(gè) 輸入端。 Disable 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無(wú)效。 Johnson 計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、 2 輸入譯碼選通和無(wú)毛刺譯碼輸出。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。 CD4017 提供了 16 引線多層陶瓷雙列直插 (D)、熔封陶瓷雙列直插 (J)、塑料雙列直插 (P)和陶瓷片狀載體 (C)4 種封裝形式。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè) （ａ） 實(shí)物圖 （ｂ） 管腳圖 圖 CD4017 實(shí)物圖及管腳圖 CD4017 內(nèi)部是除 10 的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對(duì) 10 進(jìn)制譯碼電路。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 [1] 。 D 為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí) 555 電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)管 T 導(dǎo)通，輸出端 Vo 輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到 Vi 端。當(dāng) Vc 充電到 2/3VCC時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器 A1 翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo 從高電平返回低電平，放電開(kāi)關(guān)管 T 重新導(dǎo)通，電容 C 上的電荷很 快經(jīng)放電開(kāi)關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來(lái)到作好準(zhǔn)備。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間 Tw（即為延時(shí)時(shí)間）決定于外接元件 R、 C 的大小。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)用 NPN 晶體 管驅(qū)動(dòng) 如 圖 所示 ，當(dāng)晶體管 T1基極被輸入高電平時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖剑虼死^電器線圈導(dǎo)通，觸點(diǎn) RL1吸合。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 電路中各元件作用如下： 晶體管 T1可視為控制開(kāi)關(guān)，一般選取 Vce 大于 2 到 3 倍繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電壓， Ice大于 2 到 3 倍繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電流。 電阻 R2保證晶體管 T1可靠截止，因?yàn)榕c R1構(gòu)成分壓 ，應(yīng)保證積極電壓使三極管飽和導(dǎo)通。 多諧振蕩電路 多諧振蕩器可以由三極管構(gòu)成，也可以用 555 定時(shí)器 或者通用門(mén)電路等來(lái)構(gòu)成。 自激多諧振蕩器也叫無(wú)穩(wěn)態(tài)電路 。 這時(shí)原來(lái)導(dǎo)通的管子截止 .這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止 ,就產(chǎn)生了震蕩電流 。它不需要外加激勵(lì)信號(hào)就便能連續(xù)地、周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖 。 圖 三極管多諧振蕩電路 下面我們將簡(jiǎn)要分析該電路的工作原理： 圖 所示為結(jié)型晶體管自激或稱(chēng)無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路。各級(jí)交替地導(dǎo)通和截止，每次只有一級(jí)是導(dǎo)通的。正弦振蕩器不會(huì)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) 。這是借助于 RC耦合網(wǎng)絡(luò)較長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)來(lái)控制的。所以多諧振蕩器的輸出可取自任何一級(jí)。充電的路徑是由接地點(diǎn)經(jīng)過(guò)晶體管基極，又通過(guò)電容器而至 Vcc 電源 。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 兩只晶體管不會(huì)是完全相同的，因此，即使兩級(jí)用的是相同型號(hào)的晶體管和用相同的元件值，一個(gè)晶體管也會(huì)比另一個(gè)起始導(dǎo)電量稍微大些。結(jié)果，被通過(guò)電阻器 R2放電的電容器 C2藕合 到 Q2基極的電壓就要比由 C1和 Rl藕合到Ql基極的電壓負(fù)值更大些。 Q2集電極升高的電壓，是作為正電壓藕合回 Ql基極的。故驅(qū)使 Q2的基極電壓向負(fù)的增大。此時(shí)，電容器 C2仍然通過(guò)電阻器 R2對(duì)接地點(diǎn)放電。然后 Q2開(kāi)始導(dǎo)通，這樣就開(kāi)始了多諧振蕩器的第二個(gè)半周。 Q1傳導(dǎo)的電流因此而減小，并引起 Ql集電極電壓升高。就象前半周的工作一樣，這是起著正反饋?zhàn)饔玫?，并持續(xù)到 Ql截止， Q2在飽和狀態(tài)下導(dǎo)通為止。此時(shí)，完整的周期再次開(kāi)始。也就是取決于 C1Rl和 C2R2的時(shí)間常數(shù) RC。就上述的電路來(lái)說(shuō)，兩個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù) 相同，兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通和截止周期是相等的，故稱(chēng)之為對(duì)稱(chēng)的自微多諧振蕩器。它是由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路和時(shí)序譯碼電路兩部分組成。約翰遜汁數(shù)器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。除了第 3 個(gè)觸發(fā)器是通過(guò)門(mén)電路 1 16 構(gòu)成的組合邏輯電路作用于 F3的 D3端以外，其余各級(jí)均是將前一級(jí)觸發(fā)器的輸出端連接到后一級(jí)觸發(fā)器的輸入端 D 的，計(jì)數(shù)器最后一級(jí)的 Q5端連接到 第一級(jí)的 D1端。通常只有譯碼選中的那個(gè)輸出端為高電平，其余輸出端均為低電平。 圖 CD40171 內(nèi)部邏輯電原理圖 當(dāng)加上清零脈沖后， Q1～ Q5均 “0”，由于 Q1的數(shù)據(jù)輸入端 D1是 Q5輸出的反碼，因此，輸入第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后， Q1即為 “l(fā)”，這時(shí) Q2～ Q5均依次進(jìn)行移位輸出， Q1的輸出移至 Q2， Q2的輸出移至 Q3…… 如果繼續(xù)輸入脈沖，則 Q1為新的 Q5， Q2～ Q5仍然依次移位輸出，這樣就得到了約翰遜計(jì)數(shù)器狀態(tài)表的狀態(tài)及 圖 的波形 。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 表 十進(jìn)制 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 3 1 1 1 0 0 4 1 1 1 1 0 5 1 1 1 1 1 6 0 1 1 1 1 7 0 0 1 1 1 8 0 0 0 1 1 9 0 0 0 0 1 圖 約翰遜計(jì)數(shù)器波形 CD4017 有 3