徐文寬，連龍剛，王保成，周江華
（中國科學院光電研究院，北京 100094）
摘要：設計了PWM信號轉I/O信號的電路，并進行了仿真和實驗。將可再觸發的單穩態多諧振蕩器74HC123與上升沿觸發的Dtype觸發器74HC74配合使用，通過調節可變電阻來調節74HC123的時間參數，從而實現將PWM輸入信號轉換為I/O信號。通過純硬件電路實現了PWM信號轉I/O信號，仿真結果與電路實驗結果相符。
關鍵詞：脈沖寬度調制信號；I/O信號；振蕩器；觸發器；仿真
0引言
最近幾年，飛艇技術迅速發展，飛行控制技術的快速進步則起到了至關重要的作用。飛行控制計算機作為飛艇飛行的控制中心，負責艇上大多數關鍵設備的控制，包括鼓風機、發動機、排氣閥、壓艙閥、撕裂幅等設備的開關。
MP2028是加拿大某公司設計的一款飛行控制計算機，其輸出信號只有脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation, PWM）信號。而飛艇上的大多數設備的控制需要的是一個I/O信號，因此需要設計一款電路將PWM信號轉換為I/O信號，根據PWM信號的脈寬來決定輸出信號電平的高低，從而實現被控設備的開啟和關閉。本文詳細介紹此電路的原理、仿真和實驗結果。
1電路原理［13］
在該電路中，控制電路為低電壓、小電流，被控電路為高電壓、大電流，因此需要通過繼電器來控制被控電路的開斷。
該電路主要通過兩款芯片74HC123和74HC74來實現PWM信號到I/O信號的轉換，原理圖如圖1所示。
1.1原理圖介紹
該電路可以分為四個模塊，分別是：電源模塊、信號輸入模塊、信號轉換模塊和輸出模塊。電源模塊由L7805電源芯片將5~24 V電壓轉化為5 V電壓；信號輸入模塊有兩路，由兩個三針接線端子J2、J3組成，電容C6、C7和下拉電阻R5、R6主要是為了濾除高頻干擾。信號轉換模塊是系統的核心，由可再觸發的單穩態多諧振蕩器74HC123和上升沿觸發的Dtype觸發器74HC74兩個芯片實現兩路信號的轉換，每塊芯片內部集成兩組完全相同的功能，C4、R1和C5、R2分別實現兩路信號的時間常數的調節。輸出模塊由三極管T1、T2分別驅動兩個電磁繼電器K1、K2實現，二極管D3、D4用來吸收電磁繼電器斷電瞬間線圈的感應電流。
1.2時序分析
74HC123為可再觸發的單穩態多諧振蕩器，其功能表如表1所示。
在本電路中，74HC123的引腳連接如下：nRD接高電平，nA接低電平，nB接輸入信號。74HC74的引腳連接如下：SD和RD接高電平，CP接74HC123的nQ圖2電路時序圖引腳的輸出信號，D接輸入信號。由此分析電路的時序圖如圖2所示。
從圖中可以看出，當輸入信號nB的脈寬小于tW時，輸出信號Q變為低電平；當輸入信號nB的脈寬大于tW時，輸出信號Q變為高電平。因此，可以把輸出信號Q作為一個開關信號，其開關由輸入nB信號的脈寬和tW共同決定。
1.3參數計算
tW由74HC123芯片的外接電阻REXT和外接電容CEXT決定，公式如下：
tW=0.55×REXT×CEXT
MP2028的輸出脈寬信號可以在1 ms~2 ms間任意可調，所以可以選擇合適的REXT和CEXT的值，使tW在1.5 ms左右。根據公式計算選取C4和C5為0.01 μF，R1和R2為333 kΩ。在電路中可以把REXT設計為可調電阻，這樣就有很大的靈活性了。
2電路仿真
使用Multisim對電路進行仿真，仿真原理如圖3所示。分別設置輸入信號的脈寬為1.2 ms和1.8 ms的輸出信號,仿真結果分別如圖4和圖5所示。其中方波為輸入信號，另一條線為輸出信號。仿真結果與設計預期完全相符。
3電路實驗
按照電路原理圖設計了PCB，并制作了實際電路板進行實驗。實驗時輸入信號由信號發生器產生，輸出信號由示波器采集。輸入信號和輸出信號的波形分別如圖6~圖9所示。
由實驗結果可知，此電路的設計完全符合預期，實現了由PWM信號到I/O信號的轉換。
4結論
本文詳細介紹了PWM信號轉I/O信號電路的原理、仿真和實驗情況。通過可再觸發的單穩態多諧振蕩器74HC123和上升沿觸發的Dtype觸發器74HC74配合使
用，實現了脈寬閾值可調的PWM信號轉I/O信號電路。此電路為純硬件電路，具有簡單、可靠且參數可調的優點。
參考文獻
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