徐文宽，连龙刚，王保成，周江华

　　（中国科学院光电研究院，北京 100094）

　　摘要：设计了PWM信号转I/O信号的电路，并进行了仿真和实验。将可再触发的单稳态多谐振荡器74HC123与上升沿触发的Dtype触发器74HC74配合使用，通过调节可变电阻来调节74HC123的时间参数，从而实现将PWM输入信号转换为I/O信号。通过纯硬件电路实现了PWM信号转I/O信号，仿真结果与电路实验结果相符。

　　关键词：脉冲宽度调制信号；I/O信号；振荡器；触发器；仿真

0引言

　　最近几年，飞艇技术迅速发展，飞行控制技术的快速进步则起到了至关重要的作用。飞行控制计算机作为飞艇飞行的控制中心，负责艇上大多数关键设备的控制，包括鼓风机、发动机、排气阀、压舱阀、撕裂幅等设备的开关。

　　MP2028是加拿大某公司设计的一款飞行控制计算机，其输出信号只有脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）信号。而飞艇上的大多数设备的控制需要的是一个I/O信号，因此需要设计一款电路将PWM信号转换为I/O信号，根据PWM信号的脉宽来决定输出信号电平的高低，从而实现被控设备的开启和关闭。本文详细介绍此电路的原理、仿真和实验结果。

1电路原理［13］

　　在该电路中，控制电路为低电压、小电流，被控电路为高电压、大电流，因此需要通过继电器来控制被控电路的开断。

　　该电路主要通过两款芯片74HC123和74HC74来实现PWM信号到I/O信号的转换，原理图如图1所示。

　　1.1原理图介绍

　　该电路可以分为四个模块，分别是：电源模块、信号输入模块、信号转换模块和输出模块。电源模块由L7805电源芯片将5~24 V电压转化为5 V电压；信号输入模块有两路，由两个三针接线端子J2、J3组成，电容C6、C7和下拉电阻R5、R6主要是为了滤除高频干扰。信号转换模块是系统的核心，由可再触发的单稳态多谐振荡器74HC123和上升沿触发的Dtype触发器74HC74两个芯片实现两路信号的转换，每块芯片内部集成两组完全相同的功能，C4、R1和C5、R2分别实现两路信号的时间常数的调节。输出模块由三极管T1、T2分别驱动两个电磁继电器K1、K2实现，二极管D3、D4用来吸收电磁继电器断电瞬间线圈的感应电流。

　　1.2时序分析

　　74HC123为可再触发的单稳态多谐振荡器，其功能表如表1所示。 

　　在本电路中，74HC123的引脚连接如下：nRD接高电平，nA接低电平，nB接输入信号。74HC74的引脚连接如下：SD和RD接高电平，CP接74HC123的nQ图2电路时序图引脚的输出信号，D接输入信号。由此分析电路的时序图如图2所示。

　　从图中可以看出，当输入信号nB的脉宽小于tW时，输出信号Q变为低电平；当输入信号nB的脉宽大于tW时，输出信号Q变为高电平。因此，可以把输出信号Q作为一个开关信号，其开关由输入nB信号的脉宽和tW共同决定。

　　1.3参数计算

　　tW由74HC123芯片的外接电阻REXT和外接电容CEXT决定，公式如下：

　　tW=0.55×REXT×CEXT

　　MP2028的输出脉宽信号可以在1 ms~2 ms间任意可调，所以可以选择合适的REXT和CEXT的值，使tW在1.5 ms左右。根据公式计算选取C4和C5为0.01 μF，R1和R2为333 kΩ。在电路中可以把REXT设计为可调电阻，这样就有很大的灵活性了。

2电路仿真

　　使用Multisim对电路进行仿真，仿真原理如图3所示。分别设置输入信号的脉宽为1.2 ms和1.8 ms的输出信号,仿真结果分别如图4和图5所示。其中方波为输入信号，另一条线为输出信号。仿真结果与设计预期完全相符。

3电路实验

　　按照电路原理图设计了PCB，并制作了实际电路板进行实验。实验时输入信号由信号发生器产生，输出信号由示波器采集。输入信号和输出信号的波形分别如图6~图9所示。

　　由实验结果可知，此电路的设计完全符合预期，实现了由PWM信号到I/O信号的转换。

4结论

　　本文详细介绍了PWM信号转I/O信号电路的原理、仿真和实验情况。通过可再触发的单稳态多谐振荡器74HC123和上升沿触发的Dtype触发器74HC74配合使　

　　用，实现了脉宽阈值可调的PWM信号转I/O信号电路。此电路为纯硬件电路，具有简单、可靠且参数可调的优点。

参考文献

　　［1］ 闫石等.数字电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2008.

　　［2］ 吴征,苏淑靖.基于FPGA+PWM的多路信号发生器设计［J］.电子技术应用,2014,40(3):3840,44.

　　［3］ 郭林杰,赵建勇.基于双PWM协调控制的永磁风力发电系统研究［J］.微型机与应用,2013,32(8):6871.