按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路研究與應(yīng)用

雷媛媛

摘 要：按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路是一種依靠按鍵開(kāi)關(guān)觸發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)電路，它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在沒(méi)有外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路始終處于原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)，在通過(guò)按鍵輸入觸發(fā)信號(hào)作用下，雙穩(wěn)態(tài)電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。這就是雙穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)。該文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，著重介紹幾種按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：按鍵觸發(fā) 雙穩(wěn)態(tài)電路 CD4069 CD4013

中圖分類(lèi)號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（a）-00-02

按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路主要由按鍵觸發(fā)電路、控制電路、執(zhí)行電路等組成的，被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化控制中。該文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，著重介紹幾種典型的按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。

首先，我們來(lái)了解一下什么是雙穩(wěn)態(tài)電路？雙穩(wěn)態(tài)電路是具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路。未加外力雙穩(wěn)態(tài)電路處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，加上外力之后它會(huì)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。這種暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間（時(shí)間由你設(shè)定）后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)，該文主要介紹由按鍵觸發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)電路，該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、性能穩(wěn)定，廣泛用于一鍵控制開(kāi)關(guān)中。

1 幾種典型的按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路

1.1 由門(mén)電路構(gòu)成的按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路

電路如圖1所示。該雙穩(wěn)態(tài)電路由CD4069中的3個(gè)非門(mén)、電阻R1和R2、電容C1、按鍵開(kāi)關(guān)共同構(gòu)成的。CD4069中的1腳與按鍵相連，2腳與3腳相連，4腳與5腳相連，R1接在1腳和4腳之間，R2接在2腳和按鍵之間，按鍵與C1串聯(lián)，1腳為該電路的輸入端，6腳為電路的輸出端。電路的工作過(guò)程如下。

（1）在沒(méi)有按下按鍵時(shí)，U1：A的1腳為低電平信號(hào)，U1：A的2腳為高電平信號(hào)，電路通過(guò)R2為C1充電，電容C1的兩端為高電壓，U1：B的3腳為高電平信號(hào)，U1：B的4腳為低電平信號(hào)，U1：C的5腳為低電平信號(hào)，U1：C的6腳為高電平信號(hào)，即雙穩(wěn)態(tài)電路的輸入為低電平信號(hào)，輸出為高電平信號(hào)，電路處于第一種穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）在按下按鍵時(shí)，由于電容C1的兩端為高電壓，所以U1：A的1腳變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，U1：A的2腳變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，電容C1通過(guò)R2放電，C1的兩端變?yōu)榈碗妷?，U1：B的3腳變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，U1：B的4腳變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，U1：C的5腳變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，U1：C的6腳為低電平信號(hào)，即雙穩(wěn)態(tài)電路的輸入為高電平信號(hào)，輸出為低電平信號(hào)，電路處于第二種穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）如果再按下按鍵，由于電容C1的兩端為低電壓，所以U1：A的1腳又變回為低電平信號(hào)，U1：A的2腳又變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，電路通過(guò)R2又為C1充電，電容C1的兩端又變?yōu)楦唠妷?，電路又回到了第一種穩(wěn)定狀態(tài)，如此循環(huán)下去。

所以，該雙穩(wěn)態(tài)電路的現(xiàn)象為：每按一次按鍵，電路就會(huì)由一種穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榱硗庖环N穩(wěn)定狀態(tài)。每一種穩(wěn)定狀態(tài)維持的時(shí)間由用戶按鍵的時(shí)間決定，控制起來(lái)非常的靈活、方便。

1.2 由CD4013構(gòu)成的按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路

電路如圖2所示。該雙穩(wěn)態(tài)電路由集成塊CD4013、電阻R1、按鍵開(kāi)關(guān)共同構(gòu)成的。CD4013的R、S端接地，Q非端與D端相連，CLK接在按鍵和電阻R1串聯(lián)電路中間，作為該電路的輸入端，Q為該電路的輸出端。

該雙穩(wěn)態(tài)電路的工作過(guò)程如下。

（1）該電路中，CD4013的清零端R、置1端S均為低電平，在沒(méi)有按下按鍵時(shí)，時(shí)鐘輸入端CLK為低電平，集成塊CD4013處于保持狀態(tài)，其輸出端Q輸出0，Q非端為高電平信號(hào)，D端也為高電平信號(hào)，電路處于第一穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）按下按鍵時(shí)，時(shí)鐘輸入端CLK由低電平變?yōu)楦唠娖剑ń邮艿缴仙孛}沖信號(hào)），集成塊CD4013處于觸發(fā)狀態(tài)，輸出端Q=D，而D端為高電平，所以Q端也輸出高電平，電路進(jìn)入另一種穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)Q非端變成了低電平信號(hào)，D端也跟著變成了低電平信號(hào)。

（3）當(dāng)用戶再次按下按鍵時(shí)，時(shí)鐘輸入端CLK再一次接受到上升沿脈沖信號(hào)，集成塊CD4013又處于觸發(fā)狀態(tài)，輸出端Q=D，而此時(shí)D端已經(jīng)變成了低電平，所以Q端也回到了低電平狀態(tài)，電路又回到了第一種穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)Q非端又變成了高電平信號(hào)，D端也跟著變成了高電平信號(hào)。

該雙穩(wěn)態(tài)電路的現(xiàn)象為：每按一次按鍵，時(shí)鐘輸入端CLK接受到一個(gè)上升沿脈沖信號(hào)，電路輸出端就會(huì)由一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另外一種穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩種穩(wěn)態(tài)的自由切換。

2 雙穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)以上電路的分析，可以總結(jié)出按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路的幾大特點(diǎn)。

（1）雙穩(wěn)態(tài)電路中有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。

（2）在按下按鍵時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路能立即從一種穩(wěn)態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)態(tài)。

（3）按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間由相鄰兩次按鍵間隔的時(shí)間決定。

（4）按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路的每個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)間可以任意設(shè)定，操作非常方便。

利用雙穩(wěn)態(tài)電路的這些特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)多種功能電路的控制。

3 雙穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用

3.1 鎖存信號(hào)

利用雙穩(wěn)態(tài)電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后會(huì)一直保持，有記憶效用，可用于鎖存信號(hào)。

只需要將圖2的輸出端接入與非門(mén)的其中一個(gè)輸入端，與非門(mén)的另一輸入端與信號(hào)源相連，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鎖存。該電路的初始狀態(tài)為低電平信號(hào)，即Q=0，輸入信號(hào)UI被鎖存，輸出U0=1；當(dāng)按下按鍵時(shí)，Q=1，并維持此狀態(tài)不變，輸入信號(hào)UI可以通過(guò)，輸出U0=UI。

當(dāng)再次按下按鍵時(shí)，Q=0，并維持此狀態(tài)不變，輸入信號(hào)UI被鎖存，輸出U0=1，從而實(shí)現(xiàn)單鍵鎖存信號(hào)的能力。

3.2 電源一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)

利用按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路每按一下按鍵輸出就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次的特點(diǎn)，可用于單鍵控制負(fù)載開(kāi)關(guān)電路中。

只需在圖2的輸出端1腳接一個(gè)1K電阻R2和一個(gè)PNP型三極管Q1即可，其中Q1的發(fā)射極接9V直流電源，直流電源和地線之間接一個(gè)100μF的電解電容，基極接R2的另一端，集電極為輸出端U0，輸出端U0與地線之間接一個(gè)470μF的電解電容。該電路的初始狀態(tài)為低電平信號(hào)，即Q=0，三極管Q1導(dǎo)通，輸出U0=9V，負(fù)載工作電源接通，正常工作；當(dāng)按下按鍵時(shí)，Q=1，并維持此狀態(tài)不變，三極管Q1截止，輸出U0=0V，負(fù)載工作電源被切斷，停止工作。

當(dāng)再次按下按鍵時(shí)，Q=0，并維持此狀態(tài)不變，三極管Q1導(dǎo)通，輸出U0=9V，負(fù)載工作電源接通，正常工作，從而實(shí)現(xiàn)單鍵控制負(fù)載的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

由于按鍵觸發(fā)型雙穩(wěn)態(tài)電路具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，可以通過(guò)按鍵自由控制兩種穩(wěn)態(tài)的切換，操作方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，因此廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制中。該文中的按鍵也可以用熱敏電阻、光敏電阻等傳感元件來(lái)替代，原理同上，不再贅述。

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