栾荣飞
江苏无线电厂有限公司 江苏南京210000
摘要：脉冲信号属于数字信号，在当今社会生活中具有广泛的应用，本文依据光电耦合器、555时基电路设计了一种脉冲信号采样电路，能有效的解决采样电路关于杂波干扰、采样电压兼容、信号隔离、静电防护等问题。本文电路设计简单、成本低廉，已经有一定时间的应用验证，证明该电路的有效性、可靠性和可行性。
关键字：555时基电路 光电耦合器 脉冲信号 隔离 干扰
冲信号属于数字量信号，具有相对稳定的电压幅值，信号频率可变，设备工作时可以通过单位时间内传递一定数量的脉冲信号实现信息交互非常方便，但在实际应用电路中，由于电路不可避免会遇到杂波干扰、采样电路和脉冲信号电压幅值不兼容、信号隔离防护以及静电防护等问题，对脉冲信号的采样电路提出了一定的要求。
常见的脉冲信号采样电路包括微控制器直接连接、利用三极管的开关作用、使用放大器和稳压管搭建等方式，虽然电路设计简单方便实现，但是在应对上述问题时还有欠缺，本文采用光电耦合器、555时基电路组合的方式，能有效的处理上述问题且电路设计简单稳定可靠。
1.电路设计
本文电路设计用于实现脉冲信号的采样功能，通过对单位时间内接收的脉冲计数获取相应的数据信息，电路设计时考虑杂波干扰、电压兼容、信号隔离、静电防护等问题。根据电路功能，本文电路共分为四个部分，包括电源电路、光电耦合隔离电路、单稳态触发器电路、微控制器电路。
1.1电源电路
电源电路为整体电路提供电压5V和3.3V，通过控制电源芯片的使能端电平控制芯片的电压输出使能。本电路采用SGM2036型电源芯片，芯片输出电压可通过电阻调节，内部集成线性稳压器、运算放大器、参考电源等模拟电路，具有体积小、功耗低等优点。
1.2光电耦合隔离电路
光电耦合隔离电路采用信号隔离的方式采集脉冲信号，电路原理图如图1-1所示，在本电路中，脉冲信号低电平有效，光电耦合器输入端导通后内部红外二极管发光，从而快速开启晶体管集电极和发射极。本电路采用PC817型光电耦合器，利用光信号将脉冲信号从输入端传递到输出端，从而使电路具备信号隔离和静电防护的作用。
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1.3单稳态触发器电路
单稳态触发器电路用于响应前端传递的脉冲信号，并将相应的信号传递给后端采样电路，电路原理图如图1-1所示，在电路中将555时基电路芯片的TH和TR引脚连接作为输入端构成施密特触发器，再将积分电路接到输入端组成单稳态触发器电路。施密特触发器和积分电路具有消除杂波干扰的能力，保证采样的脉冲信号更加准确。电路工作时，低电平脉冲信号拉低输入端电平，电容迅速放电，同时OUT引脚输出高电平分压后触发微控制器引脚中断完成一次信号采样。本电路采用NE555型时基电路，芯片具有功能范围广、灵活配置、输出信号稳定等诸多有点。
1.4 微控制器电路
微控制器电路用来采样和分析脉冲信号并将结果存储到微控制器中，本电路采用STM32F103T8U6型32位微控制器，芯片工作频率最高可达72MHz，集成Cortex-M3核心和丰富的外设资源，如UART、SPI、IIC、ADC、CAN等。
2.软件设计
本文电路软件设计采用KEIL5 IDE软件和C语言开发。软件设计流程图如图2-1所示，电路上电后微控制器完成系统初始化工作进入待机状态，当脉冲信号发生时，微控制器触发中断服务函数，在中断服务函数中计数脉冲以及超时标志位和超时累积变量清零，同时启动定时器循环探测引脚电平进行超时计数，若脉冲信号一直保持低电平，则超时累积变量持续计数，一旦超过预设值，微控制器会立即置位超时标志位并生成故障信息，否则将超时累积变量清零停止计时再次进入待机状态。
3.实验测试
根据本文说明设计电路，通过发板、采购物料、焊接、程序调试最终完成电路板制作，电路板实物如图3-1所示。
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本次实验测试使用自动脉冲信号源，软件上采用KEIL5 IDE软件在线仿真调试模式。在本次实验中，脉冲信号电平5V，微控制器工作电平3.3V，因此可以使用本文电路进行实验验证。实验时将脉冲引脚接到脉冲信号发生器上，打开发生器产生脉冲并记录相关数据，通过多次测试对比可得以下实验数据。
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4 保持低电平状态 产生错误信息
根据实验数据可知，在多次实验测试中实际脉冲计数和微控制器捕获得到的数据相同，当脉冲信号发生后保持一定时间的低电平，微控制器会显示错误信息，因此本文电路设计满足采样脉冲信号的需求。
4.结论
在复杂的实际应用电路中，为应对信号的杂波干扰、脉冲信号电平和采样电路电平不兼容、保护内部电路而对外部输入信号进行隔离、电子元器件的静电防护等问题，本文利用光电耦合器和555时基电路设计了脉冲信号采样电路并详细分析了电路设计过程以及解决相关问题的理论依据。通过实验测试表明，本文设计的脉冲采样电路能准确的采样脉冲信号，具备处理上述问题的能力。