2 電路設計原理

　　2．1 單穩態觸發器概述

　　電路中只有一種穩定工作狀態的觸發器叫做單穩態觸發器，其特點：在無外加觸發信號作用時，電路處于一種穩定工作狀態，稱為穩態；當輸入端有外加觸發脈沖信號的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時，輸出狀態立即發生跳變。電路進入暫時穩態狀態，稱為暫穩態。電路自動恢復原先的穩態，其暫穩態時間與電路閾值電壓及外接R、C參數有關。按電路結構，單穩態觸發器可分為微分型和積分型兩種。前者適用于窄脈沖觸發，后者適用于寬脈沖觸發。無論哪種電路結構，其單穩態的產生都源于電容的充放電原理。圖1為用555定時器組成的單穩態觸發器電路。

　　2．2 單穩態觸發器電路的工作原理

　　用555定時器組成的單穩態觸發器，圖2為其波形圖。圖中，t0～t1為穩態，t1～t3為暫穩態，t3時刻恢復穩態。

　　由上述可知，555定時器組成的單穩態電路由輸入脈沖信號的下降沿觸發，使其輸出狀態產生翻轉，另外，在暫穩態過程結束前，u1必須恢復為1，否則電路內的RS觸發器為不確定狀態，輸出不能維持0狀態。因此這種單穩態電路只能用負窄脈沖觸發。如果輸入脈寬大于輸出脈寬，則輸入端可加RC微分電路，使輸入脈寬變窄。

　　2．3 單穩態觸發器電路輸出脈沖寬度的計算

　　輸出u0的脈沖寬度tW也就是暫穩態的持續時間，可根據uC的波形計算。根據RC電路瞬態過程的分析，可得到：

　　這種電路產生的脈沖寬度可以從幾微秒到數分鐘。可通過改變R、C元件參數調節脈沖寬度，精度可達0．1％。綜上所述，用555定時器構成的單穩態觸發器是負脈沖觸發形式，且暫穩態維持時間為TW=lnRC≈1．1RC，僅與電路本身的參數R、C有關。

　　3 采用EWB對電路設計過程仿真

　　3．1 計算機輔助分析與設計

　　計算機輔助分析與設計主要依靠計算機模擬軟件，其主要設計過程如圖3所示。

　　3．2 仿真單穩態觸發器實驗電路

　　圖4為仿真單穩態觸發器實驗電路，圖5為示波器輸出波形。在圖4的電阻、電容取值下，移動示波器的1、2兩個游標測得暫穩態的維持時間為550．702 1μs，利用公式計算：TW=1．1RC=550μs，實驗結果與理論計算結果基本一致。

　　555定時器構成的單穩態觸發器是負脈沖觸發形式，穩態時輸出為低電平，暫穩態時輸出為高電平，且其在暫穩態維持時間僅與電路本身的參數R、C有關，與外界觸發脈沖的幅值和寬度無關。

　　4 結束語

　　運用EDA技術對555單穩態觸發器設計進行仿真研究，極大方便了電路設計，提高設計效率和準確性。 EWB作為EDA軟件，功能強大，可視化界面清晰，且易學易用，可作為高校電路實驗和綜合電路設計等配套軟件，在該實驗環境中，設計者不僅可精確地進行電路分析，深入理解電子電路原理，同時也可設計電路與系統，有利于培養設計者的創新思維和創新能力。實踐證明運用EDA技術對555單穩態觸發器進行設計與仿真的研究方案可行，該實驗可節省大量時間且易于改正錯誤，降低設計成本，也使實驗設計結果更加形象化。