微分型单稳态触发器的Multisim分析

第２０卷　第８期　Ｖｏ１．２０　ＮＯ．８　电子设计工程　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１２年４月　Ａｐｒ．２０１２　微分型单稳态触发器的　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ分析　任骏原　．李春然　（１．渤海大学信息科学与技术学院，辽宁锦州１２１０００；２．渤海大学数理学院辽宁锦州１２１０００）　摘要：基于探索微分型单稳态触发器仿真实验技术的目的，采用Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０仿真软件对微分型单稳态触发器的工作　波形进行了仿真实验测试．给出了Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真实验方案．分析了电路由稳态进入暂态、暂态期间电容Ｃ充电、暂态　结束电容Ｃ放电恢复、返回稳态的工作过程，给出缩短恢复时间的改进设计方案。结论是仿真实验可直观形象地描述　微分型单稳态触发器的工作特性．有利于系统地研究电路的构成及设计。　关键词：微分型单稳态触发器；稳态；暂态；Ｍｕｈｉｓｉｍ　中图分类号：ＴＰ３９１．９，ＴＮ７１０　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）０８—００１５—０２　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｌｉｐ－ｆｌｏｐ　ｗｉｔｈ　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　ＲＥＮ　Ｊｕｎ—ｙｕａｎ　，ＬＩ　Ｃｈｕｎ—ｒａｎ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｃｉｓ，Ｂｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ａｉｍｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｌｉｐ－ｌｆｏｐ．　Ｗｉｔｈ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｍｕｈｉｓｉｍ　１０，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｗａｖｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｌｉｐ－ｌｏｐ　ａｒｅ　ｔｆｅｓｔｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｏｕｔ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ’Ｓ　ｃｏｍｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｔａｔｅ　ｔｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｓｔａｔｅ，ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ’Ｓ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ　ｉｎ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｔａｔｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ’Ｓ　ｒｅｖｅｒｔｉｎｇ　ｔｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｓｔａｔｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｄｒｅｗ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｓｈｏｒｔｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ　ｔｉｍｅ．Ｉｎ　ｃｏｎｃｌｕｄｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　ｆｌｉｐ－ｌｆｏｐ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ　ｗｉｔｈ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｌｉｐ－ｌｏｐ；ｓｔｆｂｌａｅ　ｓｔａｔｅ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｔａｔｅ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　单稳态触发器有一个稳定输出状态、一个暂稳输出状　态．是脉冲整形与产生的基本单元电路。电路构成形式多种　多样．如ＣＭＯＳ门微分型单稳态触发器、ＣＭＯＳ门积分型单稳　电压。　Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真电路中，选用ＣＭ０Ｓ四２输入或非门，电阻　Ｒ＝５００　Ｑ、电容Ｃ＝Ｉ　Ｆ，信号源输出频率ｆ＝５００　Ｈｚ、幅度　５　Ｖ、占空比ｑ＝５％的脉冲波，四踪示波器用于观测“　、Ｕ。。、ｕＩ２　及ｕ。的波形。　态触发器、１ＴＩ’Ｌ门微分型单稳态触发器、ＴｒＬ门积分型单稳态　触发器以及集成稳态触发器［１－２］。　在Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真软件［３－８１中进行单稳态触发器分析时，用　电路的工作原理叙述如下。　脉冲电压源或虚拟仪器中的函数信号发生器做实验中的信　号源、用四踪示波器测试有关波形，可以直观、定量描述电路　输入脉冲信号　正脉冲触发，即Ｕ　为高电平　且Ｕ　的触发时间须很短，要小于暂稳态持续时间。　有效，　的工作过程。　以下用Ｍｕｈｉｓｉｍｌ０版本对ＣＭ０Ｓ或非门微分型单稳态　／ＸＯＩ　ＵＩ￣－０　Ｖ时无触发，电路处于稳态，此时Ｕｌ２￣－ＶＤｏ、ｕｏ＝０　Ｖ、　∞。　触发器进行仿真研究，并分析仿真结果提出单稳态触发器减　小恢复时间的电路改进方法。　“　由０　Ｖ上跳到ＶＤＯ时，电路触发进入暂稳态，Ｕｏ１随之　由　ＤＤ下跳到０　Ｖ，ＵＢ随之由　ＤＤ下跳到０　Ｖ，Ｕ０由０　Ｖ上跳　１微分型单稳态触发器的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真　ＣＭ０Ｓ或非门微分型单稳态触发器的典型电路Ｉｌ＿ｚ］及　到　，电容ｃ充电使Ｕ　ｆ，充电回路为＋　一　一ｃ—Ｇ　门　输出端，充电时间常数ｒ　＝　＋　）Ｃ￣ＲＣ，其中　ｏ为Ｇ　门　的输出电阻，ｕ　１＜ＵⅢ（门的阈值电压＝　Ｖ加），电路维持暂　二　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真如图１所示。其中，／／，　为输入脉冲信号、　为或　非门Ｇ１的输出电压、Ｕ　为或非门Ｇ２的输入电压、Ｕ。为输出　收稿日期：２０１２—０２—２８　稿件编号：２０１２０２１６２　稳态不变。　电容ｃ充电使Ｕｃ　ｆ＝　基金项目：辽宁经济社会发展立项课题基金资助项目（２０１２１ｓｌｋｔｚｉｊｙｘ－０６）　作者简介：任骏原（１９５５一），男，辽宁葫芦岛人，教授。研究方向：电子信息工程。　且输入脉冲信号Ⅱ。已回到０　Ｖ，　－１５——　《电子设计工程￣２０１２年第８期　暂稳态结束，Ｍ０由　ＤＤ下跳到０　Ｖ、ｕ０１由０　Ｖ上跳到　／／，ｎ　随之上跳到　。　电容Ｃ放电，放电回路为　Ｒ及Ｇ２门输入端一＋　叩，　直至电容Ｃ两端电压为零，电路恢复到稳态，　输出脉冲宽度为：　ｆＷ：尺ｃｌｎ—　一　０．６９ＲＣ　（１）　旷÷　肋　二　输出脉冲宽度的理论计算值为：　ｔｗ　０．６９ＲＣ￣５００￣１￣１０￣＝３４５￣１０　ｓ＝３４５　ｐ，ｓ　（２）　图１　微分型单稳态触发器仿真电路　Ｆｉｇ．１　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｌｆｉｐ—ｆｌｏｐ　微分型单稳态触发器的Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真波形如图２所示，　其中由上至下依次是　ａ。。、ｕ　及ｕｏ的波形。仿真结果反映　了微分型单稳态触发器的触发由稳态进入暂态、暂态期间电　容Ｃ充电、暂态结束电容Ｃ放电恢复、返回稳态的工作过程。　将游标指针１位于暂态开始的位置、游标指针２位于暂　态结束的位置，可读出ｔｗ＝Ｔ２一Ｔ１＝３４５．８６５　３４５　ｓ，与输出脉　冲宽度的理论计算值基本一致。　由仿真结果可看出存在的问题是，暂稳态结束后电容Ｃ　放电恢复的时间较长，使输入触发信号ｕ。的频率不能过高。Ｃ　放电时间较长的原因是。电容Ｃ放电时经过了电阻Ｒ。　图２图１电路的仿真波形　Ｆｉｇ．２　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ堍１　２　微分型单稳态触发器的电路改进及　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真　ＣＭ０Ｓ或非门微分型单稳态触发器的改进电路及　Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真如图３所示，改进之处是在电阻尺两端并联一　个二极管Ｄ。　在暂态期间二极管Ｄ截止，充电回路仍为＋　一ｃ－一　一】６一　图３微分型单稳态触发器仿真电路的改进　Ｆｉｇ．３　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｏｎｏ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｌｉｐ－ｌｆｏｐ　Ｇ　门输出端，输出脉冲宽度的表达式同式（１）。　暂态结束电容Ｃ放电恢复时．二极管Ｄ导通从而将电阻　短路，放电回路为Ｃ　导通的二极Ｄ一＋ＶＤＤ，放电回路的电　阻减小，从而减小了恢复时间。　Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真波形如图４所示，由图４可看出，暂稳态结　束后电容Ｃ迅速放电进入稳态。　图４图３电路的仿真波形　Ｆｉｇ．４　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　ｆｉｇ　３　将游标指针１位于暂态开始的位置、游标指针２位于暂　态结束的位置，可读出ｔｗ＝Ｔ２一Ｔ１＝３４５．３４５—３４５　ｓ，与输出　脉冲宽度的理论计算值基本一致。　３结束语　ＣＭＯＳ或非门微分型单稳态触发器工作过程的Ｍｕｈｉｓｉｍ　仿真分析，可以直观、定量描述电路的工作过程，发现新的改　进设计方案．将有利于系统地研究电路的构成及设计。　参考文献：　【１］阎石．数字电子技术基础【Ｍ】．北京：高等教育出版社，　２００６．　【２］任骏原，腾香，马敬敏．数字电子技术实验［Ｍ］．沈阳：东北　大学出版社。２０１０．　【３】任骏原．用Ｍｕｈｉｓｉｍ￣Ｙ真软件分析触发器的状态变化过程【Ｊ］．　实验科学与技术，２０１ｌ，９（１）：５３—５６．　ＲＥＮ　Ｊｕｎ・ｙｕａｎ．Ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　ｆｌｉｐ・ｌｆｏｐ　ｂｙ　ｍｕｈｉｓｉｍ［Ｊ］．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１　１，９（１）：　５３—５６．　［４］任骏原．Ｍｕｈｉｓｉｍ在触发器工作波形分析中的应用［Ｊ］．现代　（下转第１９页）　宋翔基于Ｂ／Ｓ的学生信息管理系统的信息管理设计　黍＇　蝉十　学粤：　｝　　ｒ蛙名：　；　　ｒ学年　：ｆ　■■　图３统计图链接按钮　囊ｔ潮：　ｊ　：ｃ可蔓墙豺　￣＝；∞　ｊ　Ｆｉｇ．３　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｍａｐ　ｌｉｎｋ　ｂｕｔｔｏｎ　［姻　问题在程序设计过程中得到了良好的解决。本系统的开发使　学院的学生管理工作上了一个新的台阶。　尊　城嗤　参考文献：　撒鲎孥＾偿南　樯　她博。Ｉ　轷《ｌ挹＃ｌ下　嗵：：州　删嘏嘴聃・泌　’獬・　Ｊ　霞鞠尸名　癌鹳　甩尸嚣辩姓岛　情坪特，帮　戢　鹫　至掣蠹蛰蛊耋　【１】郭靖．ＡＳＰ．ＮＥＴ开发技术大全［Ｍ】．１版．北京：清华大学出版　图２学生用户管理　社．２００９．　Ｆｉｇ．２　Ｓｔｕｄｅｎｔ　ｕｓｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　［２】陈伟．ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００５５￣库应用与开发教程［Ｍ］．１）／￣－．北　４查询统计　京：清华大学出版社，２００７．　【３】朱玉超，鞠艳，王代勇．ＡＳＰ．ＮＥＴ项目开发教程【Ｍ］．１版．北　４．１查询功能　京：电子工业出版社．２ｏｏ８．　本系统可通过组合查询方式实现查询功能，用户可根据　［４］陈绍钧．新编ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００５数据库管理入门与提高【Ｍ】．　姓名、性别、民族、籍贯、生源地、入学时间、学制等条件进行　１版．北京：人民邮电出版社，２００８．　任意组合进行查询［６１。　【５】孙践知．网络程序设计案例￣ｔ－－ＡＳＰ．ＮＥＴ＋ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ［Ｍ］．　４．２统计功能　１版．北京：清华大学出版社，２００８．　可根据需要输入组合条件后点击图３中的按钮通过水　［６］刘乃丽．完全手册ＡＳＰ．ＮＥＴ　２．Ｏ网路开发详解［Ｍ］．１版．北　晶报表呈现在网页上展示统计结果，也可通过系统将所显示　京：电子工业出版社．２ｏ０８．　的统计图表倒出到ｗｏｒｌｄ、ｅｘｃｅｌ中以便进行修改和编辑。　【７］乐焕白，徐家慧，刘军，等．调度综合数据平台构建与关键　５　结束语　技术研究［Ｊ］．陕西电力，２００９（４）：３６－４１．　ＬＥ　Ｈｕａｎ－ｂａｉ，ＸＵ　Ｊｉａ－ｈｕｉ，ＬＩＵ．Ｊｕｎ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｃｏｎｓｔｍ—　本系统能够满足我院对学生信息管理的要求，完成对学　ｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｉｓｐａｔｃｈ　ｄａｔａ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　生信息的存贮、快速查询和统计等操作，并且能够方便用户　［Ｊ］．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ，２００９（４）：３６—４１．　对数据进行输入、修改、删除等操作，对数据的冗余和一致性　（上接第１６页）　电子技术，２０１０，３３（１５）：１８４—１８６．　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｏｄｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｏｈａｉ　ＲＥＮ　Ｊｕｎ—ｙｕａｎ．Ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｓｉｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１０，３１（２）：１６５—１６７．　ｗａｖｅ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　ｌｆｉｐ－ｌｆｏｐ［Ｊ１．Ｍｏｄｅｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，　［７］腾香．二进制译码器逻辑功能ｇ￣Ｍｕｌｔｉｓｉｍ４５．＂真方案［Ｊ］．现代　２０１０，３３（１５）：１８４—１８６．　电子技术，２０１０，３３（２０）：ｌ１—１３．　【５】任骏原．７４ＬＳ１６１异步置零法构成任意进制计数器的　ＴＥＮＧ　Ｘｉａｎｇ．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｂｉｎａｒｙ　ｄｅｃｏｄｅｒ　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ＇ｂＳ－真［Ｊ］．电子设计工程，２０１１，１９（１４）：１３５－１３７．　ｌｏｇｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１０，３３（２０）：　ＲＥＮ　Ｊｕｎ—ｙｕａｎ．Ｍｕｈｉｓｉｍ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍｏｄｕｌｏ—Ｎ　ｃｏｕｎｔｅｒ　１１－１３．　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｂｙ　７４ＬＳ１６１ｗｉｔｈ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｒｅｓｅｔ　ｍｅｔｈｏｄ【Ｊ］　．【８］马敬敏．基本ＲＳ触发器工作状态的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ＠真【Ｊ］．电子　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ｌ，１９（１４）：１３５－１３７．　设计工程，２０１１，１９（１７）：２４—２６．　［６】任骏原．数字电子技术实验教学模式的改革与实践［Ｊ］．渤　ＭＡ　Ｊｉｎｇ—ｍｉｎ．Ｍｕｈｉｓｉｍ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ＲＳ　ｆｌｉｐ－ｆｌｏｐ　海大学学报：自然科学版，２０１０，３１（２）：１６５—１６７．　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ阴．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１　１，１９　ＲＥＮ　Ｊｕｎ－ｙｕａｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　（１７）：２４—２６．　欢迎订阅２０１２年度《电子设计工程》（半月刊）　国内邮发代号：５２—１４２　国际发行代号：Ｍ２９９６　订价：１５．０Ｏ元／期３６０．Ｏ０元／年　－１９－