摘要PSM发射机控制系统复杂,数字化程度高,由于大量使用了数字元件,而数字元件需要各种时钟脉冲信号来实现其功能,555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在PSM发射机中得到广泛应用。
　　中图分类号:TN91文献标识码:A
　　
　　0 引言
　　PSM发射机系统中用到各种各样的时钟信号,来使数字器件进行工作,在这些时钟信号中绝大部分都是由555定时器经过不同的外围电路组合而产生的。TCU控制板、CCU控制板、伺服控制板以及PB控制板上都使用555定时器来产生时钟信号,经过外围电路处理后产生多种频率的时钟信号,然后将这些时钟信号分别送到数字器件中,来实现不同的控制功能。
　　1 555定时器的结构工作原理
　　在数字电路中,为了使数字电路能够根据需要来产生不同的功能,常常需要时钟信号来控制。其中555定时器就是应用比较广泛的一种时基信号,利用它可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。在PSM发射机系统中主要是应用555定时器为主要元件够成的多谐振荡器来产生时钟脉冲控制信号。图1为555定时器各脚引线(端子)图。
　　引脚说明:1脚为电源接地端;2脚为触发端;3脚为输出端;4脚为复位端;5脚为控制电压端;6脚为门限端;7脚为放电端;8脚为电源端。
　　图2为555定时器的内部结构图。由图可知,555定时器由比较器、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
　　工作原理:V1是比较器C1的输入端,V2是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压V3和V4是由电源电压VCC经过三个等值电阻R分压得到的。当5脚悬空时V3 = VCC,V4 = VCC。
　　4脚是复位端,只要在4脚端加上低电平,输出端VO就被置为低电平,此时不会受到其他输入端的影响,在正常工作情况下4脚通常处于高电平。
　　
　　图2555定时器内部结构图
　　由结构图可知,当V1>V3、V2>V4时,比较器C1的输出V5 = 0、比较器C2的输出V6 = 1,RS触发器被置0,G3输出为高电平,三极管TD导通,同时3脚输出为低电平。
　　当V1V4时,比较器C1和C2的输出均为高电平,触发器的状态保持不变,G3的输出、三极管TD和3脚输出端的状态均保持不变。
　　当V1　　当V1>V3、V2　　2 555定时器在PSM发射机应用分析
　　在PSM发射机系统中,TCU控制板、CCU控制板、伺服控制板以及PB200功放单元的PB控制板上都用到了555定时器。这些555定时器根据板子不同具有不同的功能,有的用于产生时钟脉冲信号,有的用于定时,还有的用于产生三角波信号。
　　为了能够详细讨论输出信号形状,必须要知道电容的充放电原理。在电工原理中可知电容的充放电公式为:
　　f (t) = f (∞) + [f (0+) - f (∞)]e- 式(1)
　　在此式中,f (t)表示在t时刻电容上的电压或者电流;
　　f (∞)表示电容上的电压或电流的新的稳态值;
　　f (0+)表示电容上的电压或者电流的初始值;
　　 表示电路中的时间常数。
　　在下面电容上电压或电流的计算中,主要计算的是电容上的电压。
　　⑴TCU控制板555定时器产生时钟脉冲的工作原理分析
　　如图3(A)所示为TCU控制板555定时器的应用原理图。分析电容的充放电过程,当输出引脚3为高电平时,就通过电阻R8给电容C3进行充电,当电容上的电压充到VCC时,由于555定时器内部触发器的作用输出引脚3将被置为低电平,此时由于电容C3上已充电,所以电容C3会通过电阻R8进行放电,当电容C3上的电压放电到低于VCC时,输出引脚3立刻就会输出高电平,此时3脚的输出经过R8给电容C3又开始进行充电,以后电容C3总是周而复始的进行着相同的充放电过程。图3(B)为电容上电压变化过程。
　　
　　图3TCU控制板555定时器原理图
　　下面讨论一下如何计算电容的充放电时间。在充电时f(∞)表示当充电时间无限长时到达的稳态值,此时电容上的电压为VCC;f(0+)表示为电容上电压的初始值,此时为1/3VCC;为时间常数,此时为R8C3;充电时的最终状态值f(t)为2/3VCC;将以上各数值代入式(1)得:
　　
　　解此方程即可得:t1 = R8*C3*ln2,此即为充电时间。
　　当电容放电时,f (∞)值为0,f(0+)值为2/3VCC,放电时的最终状态值f (t)为1/3VCC,由于充放电的通路相同,所以放电的时间常数与充电时的时间常数一致。将以上各值代入式(1),得:
　　
　　解此式即可得到放电时间:t1 = R8*C3*ln2。
　　通过计算可知,此电路充放电时间常数相同,所以时钟周期T为: T = 2ln2 €?R8 €?C3
　　频率为:f = 。
　　由于CCU控制板的时钟电路TCU控制板上的时钟电路相同,在此不再赘述。
　　(2)伺服控制板555定时器构成的电路原理分析。如图4所示。
　　
　　图4伺服控制板555定时器
　　C5的充放电过程分析:当输出引脚3为高电平时,NE555定时器内部的三极管T处于截止状态,此时电源通过电阻R2、R1给电容C5开始充电;当电容C5上的电压充到2/3VCC时,输出引脚3会变为低电平,此时NE555定时器内部三极管T会处于导通状态,于是电容C5就通过电阻R1向NE555定时器的7引脚开始放电。当电容上的电压降到1/3VCC时,输出3脚又会变为高电平,电容C5周而复始的进行着充放电过程。
　　时钟信号充放电时间分析:由555定时器构成的时钟信号电路与TCU、CCU控制板上的有所不同,既有时钟信号输出又有三角波输出。充电时,f (t)为2/3VCC;
　　下面再简单讨论一下电容C5是如何产生三角波的。在电容充电时
　　f (∞)为VCC;
　　f (0+)为1/3VCC;
　　表示电路中充电时间常数为(R1+R2)*C5。
　　代入式(1)得:
　　令1 = (R1+R2)*C5为常数,
　　化简得:f (t) = VCC - VCC*e -式(2)
　　在电容放电时,f (∞)为0;
　　f (0+)为2/3VCC;
　　表示电路中充电时间常数为R1*C5。
　　代入式(1)得:
　　令2 = R1*C5为常数,
　　化简得:f (t) = VCC*e -式(3)
　　由式(2)与式(3)即可粗略画出其函数曲线如图4(B)所示,由图可以看出,电容上的电压近似为三角形,此三角波的输出是用于进行脉宽调制的。在伺服控制板上还有一555定时器构成的单稳态触发器定时电路,如图5所示。
　　此电路与普通单稳态触发器电路有着明显区别,首先在输入2脚增加了电容C53,同时还把输入端与复位脚4相连。
　　下面简单分析此电路的工作过程。
　　在单稳态触发电路中,通电后电路会自动稳定在输出为低电平状态,此时电容C54上没有电平。
　　电容C53的充放电时间常数为:
　　电容C54的充放电时间常数为:
　　由上面两式计算可以看出电容C53的充放电时间常数远远小于电容C54的充放电时间常。
　　当触发信号为低电平时,输出状态为低电平。
　　当触发信号由低电平变为高电平时,由于电容C53的充电作用使2脚的电平随电容C53电平的变化而变化。当电容C53上的电压低于1/3VCC时,脚3输出高电平,此时VCC会经过电阻R57给电容C54充电。当电容C53的电压大于1/3VCC时,输出状态保持高电平不变,直到电容C54上的电平充至2/3VCC时为止。由于电容C53的充放电时间常数很小,所以电容C53充电时间很短。当电容C54上电压在充到2/3VCC之前时,触发脉冲变为低电平此时3脚输出就变为低电平。则触发脉冲的宽度等于电容C54的充电时间,此即为3脚输出的定时时间。在上述的电路中电容C53还具有消除瞬间误动作触发脉冲信号的功能。
　　除了在上述电路板上用到555定时器外,在PB控制板也用到555定时器。由于PB控制板上的时钟信号电路与图4的555定时器应用电路基本相似,在分析PB控制板555定时器构成的电路原理时可按照图4的方法进行分析,在此不再敖述。需提示:图纸上给定的元件数值代入上述公式时,由于元件的误差,计算出的理论值与实际有不少差异,这在实际应用中是不可避免的。
　　3 结语
　　通过以上对时钟脉冲电路的分析,使我们对时钟脉冲信号在PSM发射机中使用有了进一步了解。尤其通过555定时器电路分析,为提高了对复杂的PSM发射机控制系统分析判断提供了良好的借鉴。发射技术虽然高深莫测,但只要遵循业精于勤,认真分析、研究、就能够从实践中探索解决故障和问题的方法。