嵌入式硬件篇---单稳态多谐施密特电路
一、单稳态触发器（Monostable Multivibrator）
1. 电路连线图
+Vcc|┌─────┐│ R1 │└─────┘| ┌─────┐
TH(6) ─────┤ │ ││ │ C1 ││ │ ││ └─────┘│ ││ └───────┐│ ││ ┌───────┴───────┐│ │ ││ DIS(7) TR(2) ─────触发信号│ │ ││ │ ││ │ ┌────┴────┐│ │ │ ││ └────────┤ 0.01μF ││ │ ││ ┌────────┴────────┐│ │ ││ CV(5) GND│ ││ ││ OUT(3) ──────────输出信号│ ││ ││ RST(4) ────┐│ │ │└────────┴───────┴─── +Vcc
2. 参数计算
- 定时电容 C1：通常选用 0.1μF~100μF 的电解电容，容量越大，定时时间越长。
- 定时电阻 R1：范围一般为 1kΩ~10MΩ，阻值过大可能导致充电电流过小，影响稳定性。
- 输出脉冲宽度 T：T=1.1×R1×C1
例如：R1=100kΩ，C1=10μF 时，T=1.1×100kΩ×10μF=1.1s
3. 工作原理
- 稳态：无触发时，输出 OUT 为低电平，DIS (7) 脚导通，C1 被短路放电。
- 触发：TR (2) 脚输入低于 1/3Vcc 的负脉冲时，输出跳变为高电平，DIS (7) 脚断开，电源通过 R1 向 C1 充电。
- 暂稳态：C1 电压上升至 2/3Vcc 时，TH (6) 脚触发，输出回到低电平，DIS (7) 脚再次导通，C1 放电，等待下一次触发。
4. 参数测量方法
- 脉冲宽度测量：
- 使用示波器观察 OUT (3) 脚波形，测量高电平持续时间。
- 实际值可能与理论值有 5%~10% 误差，主要由电容漏电和电阻精度引起。
- 触发灵敏度测试：
- 输入不同幅度的触发脉冲，确保触发电压低于 1/3Vcc 时电路正常工作。
二、多谐振荡器（Astable Multivibrator）
1. 电路连线图
+Vcc|┌─────┐│ R1 │└─────┘| ┌─────┐
TH(6) ─────┤ │ ││ │ C1 ││ │ ││ └─────┘│ ││ └───────┐│ ││ ┌───────┴───────┐│ │ ││ DIS(7) TR(2) ───┐│ │ │ ││ │ │ ││ │ ┌────┴────┴───┐│ │ │ ││ └────────┤ 0.01μF ││ │ ││ ┌────────┴────────┐ ││ │ │ ││ CV(5) GND ││ │ ││ │ ││ OUT(3) ───输出信号──────┘│ ││ ││ RST(4) ────┐│ │ │└────────┴───────┴─── +Vcc
2. 参数计算
- 振荡频率 f：f=1.44/「(R1+2R2)×C1」
- 占空比 D：D=「R1+R2」/「R1+2R2」×100%
例如：R1=R2=10kΩ，C1=0.1μF 时，f=(10k+2×10k)×0.1μF1.44≈480HzD=10k+2×10k10k+10k×100%≈66.7%
3. 工作原理
- 充电阶段：电源通过 R1+R2 向 C1 充电，C1 电压上升至 2/3Vcc 时，输出变低，DIS (7) 脚导通。
- 放电阶段：C1 通过 R2 和 DIS (7) 脚放电，电压降至 1/3Vcc 时，输出变高，DIS (7) 脚断开，循环继续。
4. 参数测量方法
- 频率测量：
- 使用示波器测量 OUT (3) 脚波形的周期，计算频率f=T1。
- 频率误差主要由电阻电容精度和电源波动引起。
- 占空比测量：
- 示波器测量高电平时间TH和低电平时间TL，占空比D=TH+TLTH×100%。
三、施密特触发器（Schmitt Trigger）
1. 电路连线图
+Vcc|┌─────┐│ R1 │└─────┘| ┌─────┐
TH(6) ─────┤ │ ││ │ C1 ││ │ ││ └─────┘│ ││ └───────┐│ ││ ┌───────┴───────┐│ │ ││ DIS(7) TR(2) ───输入信号│ │ ││ │ ││ │ ┌────┴────┐│ │ │ ││ └────────┤ 0.01μF ││ │ ││ ┌────────┴────────┐│ │ ││ CV(5) GND│ ││ ││ OUT(3) ──────────输出信号│ ││ ││ RST(4) ────┐│ │ │└────────┴───────┴─── +Vcc
2. 参数计算
- 上阈值电压 V_TH：VTH=2/3VCC
- 下阈值电压 V_TR：VTR=1/3VCC
- 回差电压 ΔV：ΔV=VTH−VTR=1/3VCC
3. 工作原理
- 正向阈值：输入信号上升到 2/3Vcc 时，输出从高电平跳变为低电平。
- 负向阈值：输入信号下降到 1/3Vcc 时，输出从低电平跳变为高电平。
- 回差特性：两个阈值不同，可有效抑制输入信号的噪声干扰。
4. 参数测量方法
- 阈值电压测量：
- 输入缓慢变化的三角波信号，使用示波器观察输出跳变点对应的输入电压值。
- 抗干扰能力测试：
- 在输入信号中叠加小幅度噪声，验证输出是否稳定，回差越大，抗干扰能力越强。
四、实验注意事项
- 电源滤波：
- 电源端并联 10μF 电解电容和 0.1μF 陶瓷电容，减少纹波干扰。
- 触发信号要求：
- 单稳态触发脉冲宽度应小于输出脉冲宽度，否则可能导致触发失败。
- 元件选择：
- 定时电容建议使用钽电容或低漏电电解电容，提高精度。
- 电阻选用 1% 精度的金属膜电阻。
- 占空比改进：
- 在多谐振荡器电路中，可在 R1 两端并联二极管，使放电路径仅通过 R2，实现占空比可调（需满足 R1<R2）。
五、典型应用场景
- 单稳态触发器：
- 按键消抖、脉冲展宽、延时控制（如 LED 闪烁延时）。
- 多谐振荡器：
- LED 闪烁电路、蜂鸣器驱动、PWM 调速（需配合滤波电路）。
- 施密特触发器：
- 数字信号整形、模拟信号阈值检测（如光控开关）、噪声抑制。
通过以上电路，你可以灵活实现定时、振荡和信号处理功能。实际应用中，可根据需要调整 R、C 参数，以满足不同的频率、占空比或定时要求。