专利名称：一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路的制作方法
技术领域：
本电路属于航天测试领域，在卫星地面测试设备中用于给被测产品提供固定脉宽的指令信号的电路，是一种实用的脉冲产生的电路。
背景技术：
通常在卫星地面测试设备中用于给被测产品提供固定脉宽的指令信号的电路中， 脉宽的产生由时序控制芯片(如单片机，FPGA等)对时钟进行计数，将要求的脉宽值与时钟频率进行比较计算，得到脉宽对应的时间常数，由时序控制芯片进行计数输出。这种方法可以精确地输出脉冲宽度，比较适合用于对脉宽要求比较严格的场合。但是对于脉冲宽度不是很严格的场合中，此电路的硬件开销较大，成本较高，且所占用的印制板面积较大，不适合有小体积要求的产品使用。另外，通常产品中没有对脉冲宽度进行限制，当时序控制芯片出现故障时，所产生的脉冲有可能因此损坏被测产品。
发明内容为了解决在要求小体积且对脉宽精度不严格的场合下能够通过外部按键产生相应的指令脉冲的问题，提出一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路。一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路包括按键、第一单稳态电路、第二单稳态电路、脉宽保护电路、指令耦合电路、合格电平与输出单元；通过按键触发第一单稳态电路产生一次单稳态过程，调整第一单稳态电路的稳定时间，第一单稳态电路产生的脉冲输出给第二单稳态电路，调整第二单稳态电路的稳定时间，产生相应的脉宽信号；第二单稳态电路输出的脉宽信号与合格电平输出的幅值信号都输入给指令耦合电路，脉宽信号控制指令耦合电路中的模拟开关将幅值信号进行耦合，输出所要求幅值和宽度的脉冲信号，该脉冲信号通过继电器开关输出给输出单元；脉宽保护电路的输入为第二单稳态电路输出的脉宽信号，根据脉宽信号的宽度控制输出，输出连接继电器开关的控制端，正常情况下脉宽保护电路输出为低电平，继电器开关处于闭合状态， 当脉宽信号宽度超宽时，脉宽保护电路输出高电平，控制继电器开关断开，切断电路。本实用新型的优点与积极效果在于(1)电路设计简单，脉冲宽度调节容易；(2)所用器件较少，占用电路板空间小；(3)硬件成本低，维护方便。
图1是本实用新型的脉冲产生及脉宽保护电路的结构框图；图2是本实用新型的脉冲产生及脉宽保护电路中的单稳态触发电路图；图3是本实用新型的脉冲产生及脉宽保护电路中的脉宽保护电路图；图4是本实用新型的脉冲产生及脉宽保护电路中的脉宽保护电路的仿真电路图；[0014]图5是本实用新型实施例中脉宽保护时间常数设计的实验波形；图6是本实用新型实施例中脉宽保护切断电路时的实验波形；图7是本实用新型实施例中脉宽保护正常情况下的实验波形。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。本实用新型的基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，如图1所示，主要包括按键111、第一单稳态电路112、第二单稳态电路113、脉宽保护电路114、指令耦合电路115、合格电平116、输出单元117和继电器开关118。指令触发是用单稳态器件实现，单稳态电路只有一个稳定状态，触发翻转后经过一段时间会回到原来的状态，利用其特性设计的脉宽产生电路，外围器件少且简单，设计计算方便，可以方便地通过调整外部电阻电容的大小实现脉宽的改变。用户通过按键111，触发第一单稳态电路112，使第一单稳态电路112的输出由低变高，并持续一定时间后回到低电平，从而产生一个脉冲，此过程为一次单稳态过程。调整第一单稳态电路112的稳定时间到300 700ms之间，利用第一次长时间的单稳态过程做为指令触发的输入，以达到消抖的作用。将第一单稳态电路112产生的脉冲输出给第二单稳态电路113，通过调整第二单稳态电路113的稳定时间，产生相应的脉宽信号。将第二单稳态电路113输出的脉宽信号与合格电平116输出的电平信号通过指令耦合电路115进行耦合，得到所要求幅值和宽度的脉冲信号。为了得到所需要的脉冲信号，需要将脉宽信号与合格电平116输出的幅值信号通过指令耦合电路115中的模拟开关进行耦合，即利用脉宽信号作为模拟开关的控制信号，控制模拟开关的导通时间，从而将所需要的幅值信号按照脉冲宽度所对应的时间导入至电路中，从而得到满足脉宽和幅值要求的脉冲信号。指令耦合电路115将得到的脉冲信号通过一个继电器开关118输出给输出单元117。 为了防止脉冲超宽对后续电路产生不良影响，设计脉宽保护电路114。其原理是将第二单稳态电路113产生的脉宽信号输出给脉宽保护电路114，用脉宽保护电路114来控制继电器开关118。正常情况下脉宽保护电路114输出为低电平，继电器开关118处于闭合状态，之前电路所产生的脉冲信号可以正常地输出到输出单元117中。当脉冲信号宽度超宽时，脉宽保护电路114输出高电平，控制继电器开关118断开，从而切断电路。 所述的按键111、第一单稳态电路112与第二单稳态电路113采用一个单稳态触发电路实现，如图2所示，单稳态触发电路主要器件为型号为74HC123的单稳态芯片Ul，其具有两个单稳态通路，分别用来实现第一单稳态电路112与第二单稳态电路113。将单稳态芯片Ul的第一个单稳态通路的触发输入端B 1连接至按键111，同时将该第一个单稳态通路的输出端Ql连接到该单稳态芯片Ul上第二个单稳态通路的触发输入端B2上。当按键111按下时，触发第一个单稳态通路即第一单稳态电路112进入单稳态工作状态，稳定时间由单稳态芯片Ul的引脚RCextl和Cextl上所接电阻和电容值决定，如图2所示，在按键 111与触发输入端Bl连接的电路上并联有一电路，该并联的电路上依次串联有IOK的电阻 Rl, IM的电阻R2，最后连接到引脚RCextl上，在引脚RCextl和引脚Cextl连接有IuF的电容Cl。第一单稳态电路112延时300 700ms以后，单稳态芯片Ul的引脚Ql输出，触发第二个单稳态通道即第二单稳态电路113进入单稳态工作状态，其稳定时间由单稳态芯片Ul
4的引脚RCext2和引脚Cext2上所接电阻和电容值决定，如图2所示，引脚RCext2依次串联 IM的电阻R3、可变电阻RP1，接于+5V电源，在引脚RCext2和引脚Cext2连接有0. IuF/1 % 的电容C2。从而单稳态芯片Ul的引脚Q2输出的信号为要求的脉宽信号。调节可变电阻 RP1，可得到更为准确的脉宽信号。R4为下拉电阻，用于给单稳态芯片Ul的两个引脚Al和 A2 一个确定的低电平，R5为上拉电阻，用于给单稳态芯片Ul的CLR2引脚一个确定的高电平。它们不是电路中的关键元件，仅作为外围元件使用。单稳态触发电路中稳定时间的具体确定如下本实施例中电源Vee = 5V，要求的脉冲宽度Tw根据此式确定TW = 0.45 X RxX Cx; 其中，Rx表示决定稳定时间的电阻值；CX表示决定时间常数的电容值。第一单稳态电路112 的稳定时间是根据电阻R2与电容Cl决定，第二单稳态电路113的稳定时间是根据电阻R3、 可变电阻RPl与电容C2决定。例如需要设计的脉宽宽度Tw = 56ms,则根据Tw = 0. 45 X RxX Cx = 56ms ；
SfSm ^进一步有&xG= ^^。0.12444s ；
0.45则Cx = Iuf 时，Rx 1244K Ω ；当 Cx = 0. Iuf 时，Rx 12444Κ Ω。所述的脉宽保护电路114是利用脉宽信号对电容充电，根据充电时间来判断脉冲宽度的，超宽时利用继电器将信号通路断开并保持，等待操作人员利用面板的复位开关复位后释放，回路恢复正常。如图3所示小数字为芯片或器件的引脚号，脉宽保护电路114采用单刀双掷继电器开关118对电路进行导通与切断。正常情况下，输入脉宽信号PULSE0UT 通过一个由集成运算放大器芯片LM124构成的电压跟随器UlA进入电路，其中电压跟随器 UlA的4脚连接+12V, 11脚连接+12VGND。+12V连接0. IuF电容C4到+12VGND。电压跟随器UlA的2脚与1脚相连构成电压跟随器形式。输入脉宽信号经过闭合的单刀双掷开关 118分为两路，一路输出到输出单元PULSEIN，一路输出到脉宽保护电路114。输入脉宽保护电路114的脉宽信号首先经过一个电压比较器U2A的5脚正输入端，电压比较器U2A的4脚负输入端的电压由电阻R9和RlO对+12V进行分压得到，电压比较器U2A的负输入端串接分压电阻R9接于+12V电源，同时串联分压电阻RlO接地，图中所示为6V。这样，当脉宽信号的幅值超过6V时，电压比较器U2A的输出脚2则会输出高电平， 反之当脉宽信号的幅值小于6V时电压比较器U2A输出低电平。电压比较器U2A的输出端串联上拉电阻Rll与电容C5接地，将脉冲幅值整形至12V，随后信号经过一个阻容滤波电路， 所述的阻容滤波电路由二极管D2、电阻R6，VRl与电容C3构成，电阻R6，VRl与电容C3串联接到+12VGND，对电容C3进行充电，充电时间由电容C3和电阻R6、VR1决定。二极管D2是为电容C3提供放电回路，二极管D2的阴极接于电压比较器U2A的输出端，阳极接于电压比较器U2B的正输入端，稳压管D3是使电容充电的最大值为8V，稳压管D3的阳极接地，阴极接于电压比较器U2B的正输入端。将电容C3的电压值连接至一个电压比较器U2B，比较器 U2B的翻转门限为5V，电压比较器U2B的负输入端串联下拉电阻R7接至+12VGND同时电压比较器U2B的负输入端直接接于+5V电源。电压比较器U2B的输出端串联上拉电阻R8接于+12V电源，将信号幅值上拉至12V。电压比较器U2B的输出端连接一级电压跟随器UlB 后接至继电器开关118的控制端。一级电压跟随器UlB的输出端还串接二极管Dl接地，二
5极管Dl的阳极接地，二极管Dl为续流二极管。正常情况下，调整电容C3充电的时间常数，使得在给定的脉冲宽度下不足以使得充电电压升至电压比较器U2B的翻转门限，此时电压比较器U2B输出为低电平，继电器开关118闭合。当给定脉冲宽度超宽时，电容C3在一定时间后电压值上升至比较门限，使得电压比较器U2B输出翻转，输出高电平，从而控制继电器开关118断开，切断了给定脉冲 PULSE0UT与输出单元PULSEIN之间的通路，并使PULSEIN端接地，从而保护了后续电路。当电路发生保护时，继电器开关118断开，即继电器开关118的引脚4与引脚8相连，引脚13 与引脚9相连。此时，按下按钮Si，接通电阻R12和R13，使得R12与R13对+12V进行分压， 继电器开关118的引脚8电压为IV，电压比较器U2A的正输入小于6V，输出为低，通过后续电路，使得继电器开关118的控制端电压为低电平，继电器开关118恢复初始状态，从而恢复电路到初始状态。由图3可知，脉冲宽度门限值由电阻R6、电阻VRl与电容C3决定。下面根据电容的容值、充电时间和充电电压关系，确定具体的充电电压和电容大小。一般按照脉宽在150 200ms时就保护动作。电容充放电时间具体设计的计算如下。下面推导中Ιω表示t时刻流经电阻R6、 电阻VRI与电容C3的电流，Utl表示图3中A1与A2之间的电压，U表示t时刻电容C3两端的电压。R表示电阻R6+电阻VRl的阻值，C表示电容C3的值，C1表示常数
权利要求1.一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，其特征在于，所述的电路包括按键、第一单稳态电路、第二单稳态电路、脉宽保护电路、指令耦合电路、合格电平、输出单元和继电器开关；通过按键触发第一单稳态电路产生一次单稳态过程，调整第一单稳态电路的稳定时间，第一单稳态电路产生的脉冲输出给第二单稳态电路，调整第二单稳态电路的稳定时间， 产生相应的脉宽信号；第二单稳态电路输出的脉宽信号与合格电平输出的幅值信号都输入给指令耦合电路，脉宽信号控制指令耦合电路中的模拟开关将幅值信号进行耦合，输出所要求幅值和宽度的脉冲信号，该脉冲信号通过继电器开关输出给输出单元；脉宽保护电路的输入为第二单稳态电路输出的脉宽信号，根据脉宽信号的宽度控制输出，输出连接继电器开关的控制端，正常情况下脉宽保护电路输出为低电平，继电器开关处于闭合状态，当脉宽信号宽度超宽时，脉宽保护电路输出高电平，控制继电器开关断开，切断电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，其特征在于， 所述的按键、第一单稳态电路与第二单稳态电路采用一个单稳态触发电路实现，所述单稳态触发电路主要器件为型号为74HC123的单稳态芯片Ul，单稳态芯片Ul的第一个单稳态通路的触发输入端Bl连接至按键，单稳态芯片Ul的第一个单稳态通路的输出端Ql连接到单稳态芯片Ul的第二个单稳态通路的触发输入端B2 ；单稳态芯片Ul的引脚RCextl通过串联电阻R1、电阻R2，接于第一个单稳态通路的触发输入端Bi，单稳态芯片Ul的引脚RCextl 和单稳态芯片Ul的引脚Cextl之间连接有电容Cl ；单稳态芯片Ul的引脚RCext2通过串联电阻R3、可变电阻RPl与电源连接，单稳态芯片Ul的引脚RCext2和单稳态芯片Ul的引脚Cext2连接有电容C2 ；单稳态芯片Ul的两个引脚Al和A2通过一个下拉电阻R4接地， 单稳态芯片Ul的引脚CLRl接于引脚Al，单稳态芯片Ul的引脚CLR2串联一个上拉电阻R5 接于5V电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，其特征在于， 所述的第一单稳态电路，其稳定时间调整到300 700ms之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，其特征在于， 所述的脉宽信号宽度超宽时是指脉宽大于150ms时。
5.根据权利要求1所述的一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，其特征在于， 所述的脉宽保护电路，主要包括电压比较器U2A、电压比较器U2B、阻容滤波电路和一级电压跟随器UlB ；电压比较器U2A的正输入端输入脉宽信号，负输入端串接分压电阻R9接于+12V电源，同时串联分压电阻RlO接地，电压比较器U2A的输出端串联上拉电阻Rll与电容C5接地，同时电压比较器U2A的输出端还连接一个阻容滤波电路；所述的阻容滤波电路由二极管D2、电阻 R6、可变电阻VRl与电容C3构成，电阻R6，可变电阻VRl与电容C3串联接地，二极管D2的阴极接于电压比较器U2A的输出端，阳极接于电压比较器U2B的正输入端；电压比较器U2B的正输入端串联一个稳压管D3接地，稳压管D3的阳极接地，电压比较器U2B的负输入端串联下拉电阻R7接地，同时电压比较器U2B的负输入端直接接于+5V电源，电压比较器U2B的输出端连接一个上拉电阻R8接于+12V电源，同时电压比较器U2B的输出端还连接一级电压跟随器 UlB接至继电器开关的控制端；所述一级电压跟随器UlB的负输入端连接至自身的输出端，一级电压跟随器UlB的输出端还串接二极管Dl接地，二极管Dl的阳极接地。
专利摘要本实用新型针对航天测试领域中在卫星地面测试设备给被测产品提供固定脉宽的指令信号方面，提出一种基于单稳态的脉冲产生及脉宽保护电路，该电路主要包括按键、两个单稳态电路、脉宽保护电路、指令耦合电路以及合格电平，两个单稳态电路中第一个单稳态电路的输出为第二个单稳态电路的输入，通过按键触发，产生脉宽信号，在指令耦合电路中对合格电平输出的幅值信号进行耦合，输出所要求幅值和宽度的脉冲信号，该脉冲信号通过继电器开关输出，脉宽保护电路根据输入的脉宽信号的宽度控制继电器开关，保护电路。本实用新型电路设计简单，脉冲宽度调节容易，所用器件较少，占用电路板空间小，硬件成本低，维护方便。
文档编号H03K17/56GK201985825SQ20112003005
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者韩亚钦 申请人:北京康拓科技有限公司