74HC123D 单稳态多谐振荡器中文资料

74HC123D是一款高性能、低功耗的双路可再触发单稳态多谐振荡器，隶属于高速CMOS逻辑系列。它以其精确的脉冲生成能力、灵活的触发方式以及广泛的电源电压范围，在数字电路设计中占据着重要地位。这款器件集成了两个独立的单稳态多谐振荡器，每个振荡器都可以独立工作，产生精确的、可控宽度的输出脉冲，使其成为时间延迟、脉冲整形、频率分频和各种控制应用中的理想选择。

74HC123D的工作原理基于外部电阻-电容（RC）网络的充放电过程。当器件被触发时，内部电路会立即启动RC网络的充电，并在此期间维持输出处于高电平（或低电平，取决于配置）。一旦RC网络充电达到预设阈值，内部比较器会翻转，导致输出恢复到其稳态。这个过程的时间常数由外部RC元件的数值决定，因此用户可以通过选择合适的电阻和电容来精确控制输出脉冲的宽度。其可再触发特性意味着在输出脉冲尚未结束时，如果再次接收到触发信号，脉冲的计时会重新开始，从而延长输出脉冲的持续时间。这一特性在需要保持一定时间窗口或者应对不确定触发间隔的应用中显得尤为重要。

核心特性与优势

74HC123D凭借其一系列卓越的特性，在多种应用场景中脱颖而出。首先，它属于高速CMOS（HC）逻辑系列，这意味着它具有极低的功耗，特别适合电池供电或对功耗敏感的应用。同时，HC系列器件具有较高的抗噪声能力，能够在工业和汽车等噪声较大的环境中稳定工作。其宽电源电压范围是另一个显著优势，通常支持2V至6V的电源电压，使其能够兼容各种数字系统。这为设计者提供了极大的灵活性，无需担心电源电压不匹配的问题。

其次，74HC123D提供双路独立单稳态设计，这使得一个芯片可以同时处理两个独立的定时任务，有效节省了PCB空间和物料成本。每个单稳态电路都包含一个非门的触发输入（A）和一个触发输入（B），以及一个清零输入（CLR）。这种多样的输入方式使得器件能够响应上升沿、下降沿或电平触发，极大地增加了其应用灵活性。可再触发能力是该器件的核心亮点之一。当一个输出脉冲正在进行时，新的触发信号可以重新启动计时，从而延长输出脉冲的持续时间。这在需要脉冲展宽、看门狗定时器或事件间隔监测等应用中非常有用。

此外，74HC123D的输出脉冲宽度可以通过外部的电阻和电容进行精确调节，且调节范围非常宽，从几十纳秒到几十秒甚至更长。这种灵活性使得它能够适应从高速数字系统到低速控制系统的各种定时需求。通常，脉冲宽度TW的计算公式为TW=K⋅REXT⋅CEXT，其中K是一个与具体器件和温度有关的常数，通常接近0.37。在实际应用中，还需要考虑器件内部的等效电阻和电容对脉冲宽度的影响。

最后，74HC123D还具备清零（CLR）功能，允许用户在任何时候强制结束当前的输出脉冲并使输出返回稳态。这个功能在需要紧急停止或复位定时器的应用中非常实用。这些全面的特性使得74HC123D成为通用定时和脉冲生成任务的理想选择。

工作原理详解

74HC123D单稳态多谐振荡器的工作核心在于其内部的RC定时网络和比较器。每个单稳态单元都包含一个内部基准电压源、一个高增益比较器、一个触发逻辑电路以及一个输出驱动器。当器件处于稳态时，外部电容$C_{EXT}$通常处于放电状态，输出端维持其稳态（通常是低电平）。

触发过程：

1. 触发信号：74HC123D支持多种触发方式。例如，当触发输入A（低电平有效）从高电平变为低电平，且触发输入B（高电平有效）为高电平，或者触发输入B从低电平变为高电平，且触发输入A为低电平，器件就会被触发。触发信号会被内部触发逻辑识别并转换为启动信号。

2. RC充电启动：一旦被触发，内部开关会立即断开外部电容$C_{EXT}与地的连接，并开始通过外部电阻R_{EXT}向C_{EXT}$充电。与此同时，输出端会立即翻转到其活动状态（例如，高电平）。

3. 定时周期：电容$C_{EXT}上的电压会呈指数上升。这个上升过程的快慢由R_{EXT}和C_{EXT}的乘积决定。内部比较器持续监测C_{EXT}$上的电压，并将其与内部的基准电压进行比较。

4. 脉冲结束：当$C_{EXT}$上的电压达到内部预设的阈值电压（通常是电源电压的某个固定比例，例如$2/3 V_{CC}$）时，比较器会翻转其状态。这个翻转信号会驱动输出端恢复到其稳态（例如，低电平），并同时触发内部开关，使$C_{EXT}$迅速放电，为下一次触发做好准备。

5. 可再触发特性：如果在输出脉冲尚未结束（即$C_{EXT}$上的电压尚未达到阈值电压）时，器件再次接收到有效的触发信号，内部计时器会立即复位，$C_{EXT}$的充电过程会重新开始。这意味着输出脉冲的持续时间会被延长，直到在新的触发信号到来之前，$C_{EXT}$上的电压达到了阈值。

清零（CLR）功能：

**清零输入（CLR）**是异步的，并且是低电平有效的。当CLR引脚被拉低时，无论当前脉冲是否完成，输出都会立即强制返回到其稳态，并且$C_{EXT}$会迅速放电。这是一个优先级最高的控制输入，常用于紧急复位或同步操作。

脉冲宽度计算：

输出脉冲宽度TW通常可以通过以下公式近似计算：

TW≈K⋅REXT⋅CEXT

其中：

• TW 是输出脉冲宽度，单位是秒（s）。

• REXT 是外部定时电阻，单位是欧姆（Ω）。

• CEXT 是外部定时电容，单位是法拉（F）。

• K 是一个常数，对于74HC123D，其典型值约为0.37。然而，需要注意的是，实际的K值可能会受到电源电压、温度、器件个体差异以及所选RC元件的容差等因素的影响。为了获得更精确的脉冲宽度，建议参考数据手册中提供的图表或使用迭代实验的方法进行调整。

选择$R_{EXT}和C_{EXT}$时，需要注意以下几点：

• $R_{EXT}$的范围：数据手册通常会给出$R_{EXT}的推荐范围，例如从几千欧姆到几兆欧姆。过小的R_{EXT}可能会导致内部放电电流过大，损坏器件；过大的R_{EXT}$可能会受到漏电流的影响，导致脉冲宽度不稳定。

• $C_{EXT}$的类型：为了获得稳定的脉冲宽度，建议使用高质量、低泄漏的电容，例如聚酯电容或陶瓷电容。电解电容由于其较大的容差和较高的泄漏电流，通常不适合用于精确计时。

• 寄生效应：在高速应用中，PCB板上的寄生电容和电阻也可能对脉冲宽度产生影响，因此在设计时应尽量减小布线长度和交叉耦合。

引脚功能与封装

74HC123D通常采用**SOIC-16（小外形集成电路）或DIP-16（双列直插式封装）**等封装形式，具体封装可能因制造商而异。理解其引脚功能对于正确使用该器件至关重要。

以下是典型的16引脚74HC123D的引脚功能描述：

• 1A, 2A (引脚1, 9): 触发输入A (低电平有效)

• 这些是非门输入，通常与一个高电平信号配合使用，当其从高电平变为低电平（下降沿）时触发单稳态器。

• 1B, 2B (引脚2, 10): 触发输入B (高电平有效)

• 这些是门控输入，当其从低电平变为高电平（上升沿）时触发单稳态器，前提是A输入处于适当的电平。

• 1CLR, 2CLR (引脚3, 11): 清零输入 (低电平有效)

• 这些是异步清零输入。当这些引脚被拉低时，对应的单稳态器输出会立即复位到稳态，且定时电容放电。

• 1Q, 2Q (引脚4, 12): 非反向输出

• 当单稳态器被触发时，这些引脚从稳态（通常为低电平）翻转到高电平，并在定时周期结束后恢复到低电平。

• 1$overline{Q},2overline{Q}$ (引脚5, 13): 反向输出

• 这些引脚与Q输出相反。当单稳态器被触发时，这些引脚从稳态（通常为高电平）翻转到低电平，并在定时周期结束后恢复到高电平。

• 1RX/CX, 2RX/CX (引脚6, 14): 外部定时电阻/电容连接点

• 这些引脚是外部定时电阻$R_{EXT}$和电容$C_{EXT}$的连接点。通常，电容的一端连接到这个引脚，另一端连接到地。电阻的一端连接到电源电压$V_{CC}$，另一端连接到这个引脚。

• GND (引脚8): 地

• 电源地参考点。

• VCC (引脚16): 电源电压

• 正电源电压输入，通常范围为2V至6V。

工作模式：

74HC123D的触发逻辑允许其在多种模式下工作：

• 下降沿触发（通过A输入）：当B输入为高电平，且A输入从高到低变化时触发。

• 上升沿触发（通过B输入）：当A输入为低电平，且B输入从低到高变化时触发。

• 脉冲触发：可以通过A和B输入的组合实现更复杂的脉冲触发。

理解这些引脚的功能和组合方式是成功设计和调试电路的关键。

典型应用场景

74HC123D因其多功能性和可靠性，被广泛应用于各种数字和模拟混合电路中。以下是一些典型的应用场景：

• 脉冲展宽器：这是74HC123D最常见的应用之一。当输入信号的脉冲宽度过窄，无法满足后续电路的要求时，74HC123D可以将其展宽为所需的持续时间。例如，在传感器接口中，传感器输出的瞬时脉冲可能需要展宽以驱动继电器或微控制器中断。

• 时间延迟器：通过设置合适的RC值，74HC123D可以产生精确的时间延迟。例如，在电源上电时序控制中，可以使用它来延迟某些模块的启动，以确保系统稳定。在工业自动化中，可以用于控制设备的启动或停止顺序。

• 频率分频器：虽然不是专门的频率分频器，但通过巧妙的连接和再触发特性，74HC123D可以实现简单的频率分频功能。例如，可以将其输出反馈到触发输入，形成一个自激振荡器，从而产生固定频率的方波。通过调整RC值，可以改变振荡频率。

• 脉冲恢复与整形：在噪声环境中，数字信号可能会出现毛刺或失真。74HC123D可以用于清除这些毛刺，并重新整形信号，生成干净、标准的脉冲。其可再触发特性也有助于在信号中断后快速恢复正常输出。

• 看门狗定时器：在微控制器系统中，74HC123D可以作为一个独立的看门狗定时器。微控制器需要周期性地“喂狗”（通过清零输入或触发输入）以防止系统复位。如果微控制器由于某种原因停止响应（例如程序崩溃），74HC123D的定时器会超时，并产生一个复位信号，强制微控制器重启。

• 按键去抖动：机械按键在按下和释放时会产生多余的抖动脉冲。使用74HC123D可以有效地消除这些抖动，确保每次按键只产生一个干净的触发信号。通过设置合适的脉冲宽度，可以忽略抖动期间的多次触发。

• 序列控制器：在复杂的控制系统中，可能需要按照特定的时间序列激活不同的组件。74HC123D可以与其他逻辑门和定时器配合，生成精确的控制脉冲序列。

• 单脉冲发生器：在需要特定持续时间的单个脉冲的应用中，如相机快门控制、激光脉冲触发等，74HC123D可以提供稳定可靠的单次脉冲输出。

这些应用仅仅是冰山一角，74HC123D的灵活性使其能够适应更多定制化的定时和脉冲生成需求。在实际设计中，结合具体的系统要求，可以发挥其更大的潜力。

选型与注意事项

在选择和使用74HC123D时，有几个关键因素需要考虑，以确保电路的稳定性和性能：

1. 电源电压（VCC）：

• 74HC123D通常支持2V至6V的宽电源电压范围。在设计时，应确保所选电源电压在其工作范围内。

• 不同的电源电压可能会对内部基准电压和定时常数产生微小影响，因此在精确计时应用中，应尽量保持电源电压稳定。

2. 外部RC元件的选择：

• 电阻（R_EXT）：选择时应遵循数据手册推荐的范围。过小可能导致内部电流过大，过大则可能受漏电流影响。通常建议使用金属膜电阻，以获得更好的精度和稳定性。

• 电容（C_EXT）：这是影响脉冲宽度最关键的元件。

• 类型：强烈推荐使用低泄漏、温度稳定性好的电容，如聚酯（Polyester/Mylar）电容、陶瓷电容（特别是C0G/NP0类型）或薄膜电容。电解电容由于较大的容差、温度漂移和高泄漏电流，不适合用于精确计时。

• 容值：应根据所需的脉冲宽度和选定的$R_{EXT}$计算得出。

• 容差：电容的容差直接影响脉冲宽度的精度。对于高精度应用，应选择容差较小的电容（如±1%或±5%）。

• 寄生效应：在PCB布局时，应尽量使$R_{EXT}和C_{EXT}$靠近74HC123D的RX/CX引脚，并缩短布线长度，以减少寄生电阻和电容对计时精度的影响。特别是对于短脉冲应用，寄生效应会更加明显。

3. 触发信号的特性：

• 边沿速率：输入触发信号的上升/下降沿应足够快，以确保器件能够可靠地识别。缓慢变化的输入信号可能导致不稳定的触发。

• 噪声：触发输入端应避免噪声干扰。必要时，可以使用施密特触发器输入或增加去耦电容来增强抗噪声能力。

• 输入电平：确保触发信号的逻辑高/低电平符合74HC123D的输入规范。

4. 输出负载能力：

• 74HC123D的输出引脚具有一定的驱动能力，但应避免超出其最大额定电流。如果需要驱动大电流负载，应在输出端增加缓冲器或驱动器。

5. 清零功能的使用：

• CLR引脚是异步的，低电平有效。在设计时，应根据需要合理利用此功能进行复位或紧急停止。如果不需要清零功能，应将其通过上拉电阻连接到VCC，以防止误触发。

6. 温度对精度的影响：

• RC定时电路的精度会受到温度变化的影响。如果应用环境存在宽泛的温度变化，且对计时精度要求很高，可能需要考虑使用温度补偿电阻或电容，或者选用内部集成了更稳定振荡器的专用定时芯片。

7. 功耗：

• 作为HC系列器件，74HC123D具有低静态功耗。然而，在高频工作或驱动较大负载时，动态功耗会增加。在低功耗应用中，应考虑其工作频率和负载。

8. 可再触发特性：

• 充分理解74HC123D的可再触发特性。这在需要脉冲展宽、看门狗或需要脉冲在持续期间重新开始计时的应用中非常有用。如果不希望重新触发，则需要确保在当前脉冲结束之前，不会有新的触发信号到来，或者使用其他非再触发的单稳态器件。

9. 数据手册查阅：

• 最重要的一点：始终参考特定制造商提供的74HC123D的数据手册（Datasheet）。数据手册包含了精确的电气特性、推荐工作条件、定时常数K值、脉冲宽度计算图表、封装信息以及应用注意事项。不同制造商的同型号器件可能会有细微的差异。

通过仔细考虑以上因素，可以最大程度地发挥74HC123D的性能，确保电路的可靠性和稳定性，并满足应用对计时精度的要求。