数字电路范文1
【关键词】数字电路 物理电路 高电平 低电平
1 简介
每天一起床，手机开始播报今天的天气预报，温馨地提示空气质量如何，当你忙碌了一天，在回家的路上拨一下手机，门口的摄像头从你的瞳孔中读取到你的个人信息，马上通知中央电脑主人回来了，门就自动打开了。借助数字技术，这些都将成为现实，走进普通的家庭。而要把数字技术和日常生活联系起来，就要应用我们正在学习的物理知识。
本文以物理电路为基础，重点说明物理电路是数字电路的基础，从而对数字电路的特点、优越性及发展进行阐述。
2 物理电路
如图1所示：当开关打开时， 无论滑动变阻器怎么变化，电路中电流表读书为零，电压表读数为零。只有当开关闭合，滑动变阻器有阻值时电流表、电压表才会有读数。
3 数字电路及其特点
所谓数字电路，就是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
数字电路的特点，在一个周期内数字电路的电流和电压是脉动变化的。数字电路对信号的传输是通过开关特性（如三极管）来实现操作的。在模拟电路中， 电压、电流、频率，周期的变化是互相制约的，而数字电路中电压、电流、频率、周期的变化是离散的。数字电路只是在小电压，小电流底功耗下工作，完成或产生稳定的控制信号。数字电路是通过它特有的逻辑运算来完成整个电路的操作过程。 由于数字电路所处理的是逻辑电平信号，因此，从信号处理的角度看，数字电路系统具有更高的信号抗干扰能力。
模拟信号有无穷多种可能的波形，而数字信号只有两种波形（高电平和低电平），这就为信号的接收与处理提供了方便。数字电路中有限的波形种类保证了它具有极强的抗干扰性，受扰动的波形只要不超^一定门限总能够通过一些整形电路（如斯密特门）恢复出来，从而保证了极高的准确性和可信性，而且基于门电路、集成芯片所组成的数字电路也简单可靠、维护调度方便，很适合于信息的处理。
简单地说就是：数字电路的输入和输出信号电压值要么与电源电压接近，要么与0V接近，只有这两种情况。 图2为数字信号。
4 物理电路和数字电路的关系
图1中：
当开关打开时，电路中无电流电压，相当于数字电路中的“0”。
当开关闭合时，电路中有电流电压，相当于数字电路中的“1”。
其实，通过图1，这个简单的例子我们可以认识到，物理中学过的电路图，它就是数字电路中最简单基础的逻辑电路，数字电路可以简单的理解为是两种状态。如：开或关、是或者不是，有或者没有，高电压或者低电压等等。
数字电路是将高中的实际简单线性电路转化成更抽象的数字分析的数字电路，高中知识是基础，着重分析问题的能力，大学知识是深化，体现是解决问题的能力，两者不能简单的划等号。
5 数字电路设计
举例：
设计要求：客厅有一灯，开关为一个两位密码A，B。只有A和B都是1的时候灯才会亮，否则灯关闭。
电路的设计 ： A B 表示两位密码 ，只有0和1两种状态。
Y表示灯，0表示灯灭，1表示灯亮。
电路的实质：其实，A和B就是两个开关。1表示接通，0表示断开。A和B两个开关串联，只有同时接通，灯才会亮。但是做成数字电路，我们就不需要关心真实电路到底是什么样子的，只需要知道密码就可以了。当然，这只是一个简单的例子，数字电路的优越性不止于此。
6 数字电路的发展
从AT&T公司杰出的科学家香农博士第一次量化地描述了信息，并把人类带入用信息论指导的时代，数字通信随之诞生，并且使今天的每一个人受益。伴随着现在科技的进步与经济的飞速发展，数字电子技术得到了快速发展的时期，数字电子技术的应用领域得到了不断扩大，现阶段数字电子技术的发展与壮大使得全球信息化进程得到发展。和世界上任何事物一样IT产业也是快速变化和发展的。以前想都不敢想的应用会不断涌现，数字技术的研发必须针对多年后的市场。在我国各行各业中，数字电子技术的应用比例越来越大。为了更好地发挥数字电子技术的作用，保证数字电子技术满足社会发展的要求，就需要开发更加有效的新型数字电子技术与产品。
7 结束语
本文基于物理电路的学习，主要阐述了物理电路与数字电路的关系及数字电路的特点，从而进一步讨论了数字电路的优越性和它的发展。随着科技的发展，数字电子技术将会更广泛的应用于日常生活中，要大力发展数字电子技术，为电子产品数字化奠定坚实的基础。数字电子技术也一定会迎来下一个浪潮，我梦想能成为下一个浪潮的弄潮儿，站在浪潮之巅，努力拼搏。
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基本教程[M].清华大学出版社，2007，8，1.
[2]阎石.数字电子技术基础第四版[M].高等教育出版社，1998.
[3]吴军.浪潮之巅[M].电子工业出版社，2011.
作者简介
秦夏伟（1999-），男。现就读于西安市五环中学。
数字电路范文2
关键词：八路优先抢答器；抢答主体电路；定时CP电路
1 引言
作为现代技术人员只掌握和了解模拟电路的运用与设计，已经远远不能适应当代社会的经济和人们生活娱乐的需求。因此作为现代技术人员要掌握数字电路的运用与设计是必需的。且数字信号和模拟信号相比具有抗干扰能力强，信号失真小等优点。
2 八路优先抢答器电路所用元器件
（1）集成电路：74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 1片，74LS00 1片。
（2）电阻： 510Ω 23只，10KΩ 10只，6.8 kΩ l只，68kΩ l只。
（3）电容： 0.1μF 1只，1μf 1只。
（4）开关：轻触开关 10个，拨动开关1个。
（5）其它：发光二极管2只，共阴极LED数码管3只。
3 主要集成块介绍
3.1 集成电路74LS148
74LS148 优先编码器为16脚的集成芯片其中I0―I7为输入信号，A2，A1，A0为三位二进制编码输出信号，是使能输入端，是使能输出端，为片优先编码输出端。
当使能输入=1时，禁止编码、输出（反码）： A2，A1，A0为全1，当使能输入=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余优先级别依次为：I6，I5，I4，I3，I2，I0。
3.2 集成电路74LS192
74LS192引脚排列如图4.2.1所示，74LS192逻辑图如图4.2.1所示：
3.3 集成电路74LS279
74LS279为四个RS基本触发器，其中的两个RS基本触发器有两个S输入端。同时触发器也是够成具有记忆功能的时序电路基本单元，反过来说时序电路之所以能完成在没有输入的时候保持原有状态的输出，就是因为它当中含具有记忆功能的触发器。
74LS279为四个RS 触发器。四个锁存器中有两个具有2个置位端（，），1Q～4Q 为四个输出端，1 （，）～4为置位端（低电平有效），1～4为四个复位端（低电平有效）。
3.4 集成电路74LS48
74LS48是译码显示驱动集成电路，是用来驱动共阴极LED数码管显示相对应的十进制数。
输入端A～D是四个输入端用来接受BCD8421码的，经过其内部电路的译码将输入的BCD8421码翻译成能驱动LED数码管显示的高低电平，并通过a～g七个输出端将其高低电平输出。
3.5 集成块74LS00的介绍
74LS00其实就是将我们数字电路中四个常用的逻辑“与非门”电路集成在一个有十四个引脚的集成块中。其逻辑功能和“与非门”一样，逻辑功能是“有0出1，全1出0”即输出Y=。
4 系统框图以及各部分的作用
4.1 各部分的作用
（1）抢答按键：抢答按钮是提供八个参赛者和八个代表队抢答使用，并把优先抢答的信号即第一个抢答的信号输送给下一级。
（2）优先编码电路：对抢答按键输入的信号进行编码，由于不可能有两个人同时同点按下抢答按键，所以优先编码器只对一路信号进行编码这也是完全符合优先编码器74LS148的工作特点。
（3）锁存器是对编码后的信号进行锁存，让其在编码器没有信号输送过来的情况下维持原有的信号输出。
（4）译码电路的作用是对输送进来的信号进行译码并驱动LED数码管显示。
（5）LED显示的作用是显示相对应的十进制数码。
（6）主持人开关的作用是主持人通过开关来控制抢答比赛的进程从而控制比赛。
（7）结束提示电路的作用是在抢答结束时，提示主持人这轮抢答比赛结束。
（8）秒脉冲产生电路的作用是产生一个时基秒脉冲，并提供给CP定时电路做计数定时输出。
5 电路原理图以及功能和工作原理
5.1 电路主要功能
（1）能提供八个参赛者或者八个代表队进行抢答使用。
（2）能根据比赛的要求确定是否需要定时抢答。
（3）有定时抢答的功能。在定时时间到时若还没有人抢答则提示主持人宣布此轮抢答比赛结束。
（4）只有首先（优先）抢答的人抢答才会有显示，后续抢答无效。且抢答成功后，CP计时停止。
（5）能完成抢答清零的工作和重新定时的工作，能多次循环使用。
5.2 CP定时输出电路的工作原理
5.2.1 NE555组成的秒脉冲多谐振荡器。
当接通电源时，由于电容的两端的电压不能突变，低电平触发端2脚为低电平，输出端3脚为高电平。
电源通过电阻R1和R2对电容器C充电，当电容电压充到电源电压的2/3时，高电平触发端6脚为高电平，输出端3脚为低电平。同时放电管（第7脚）导通，2脚上的电容经过电阻R2放电。
当电容器电压下降到电源的1/3时，输出端3脚为高电平。电容器放电停止，电源通过电阻R1和R2再次对接2脚上的电容CT充电，如此反复，形成振荡，输出连续矩形脉冲。
5.2.2 CP定时电路的主要工作原理
由电阻和LED发光二极管组成的电路接在电源和NE555的3脚，每当NE555产生一个秒脉冲，LED闪烁一次并输出秒脉冲给74LS192组成的计数器中，我们可以通过对74LS192的预置来实现定时的功能。在=0（低电平）时，通过对74LS192的D0～D3来预置时间，此次电路设定为30秒，在开关S10按下时给由两个74LS192组成的计数器预置数。即有30个秒脉冲输入时CP定时输出端输出CP定时信号。
6 电路实践与校检
用2块实验电路板分别做成主体电路与CP定时电路并通过导线将2块实验电路板按一定的方式连接在一起。根据电路原理图的可操作性布置芯片、元件、导线等。
在焊接过程中，由于经验不足多次发生虚焊或者相邻焊点接触导致短路等事故。
制作的第一块板即主体电路一开始测试时不能工作，又由于没有稳压电源而不能检验。情急之下，灵机一动，把3节干电池制成4.5伏电压源，又用万用表逐点排查，原来有虚焊的点。找出原因后并排斥故障后，电路板正常工作。
第二块板由于有了第一块板的的经验一试就成功。
最后把二块实验电路板按一定的方式连接在一起实现了优先抢答的功能。
7 小结
通过以上论述与介绍本次设计的数显八路优先抢答器能满足普通比赛的要求。电路的功能齐全，同时主体电路与定时电路还能拆开使用。电路价格便宜。本电路使用的集成块较多，电路成本大大降低。与之由分立原件组成的电路相比成本大大降低。因电路的构造原因需要主持人掌握一定的操作能力。
参考文献
（1）谢自美《电子线路设计.实验.测试》（第一版）.武汉： 华中科技大学出版社，2014。
数字电路范文3
关键词：电力；电子电路；数字化控制
前言
在电力领域运用的电力电子电路技术，即在一定状况下利用电力电子器件控制和变换电能。从转换功率上来看，通常在1W到1GW之间，这与信息电子技术存在显著的差异，信息电子技术是对电子技术进行的模拟，运用于计算机的信息处理之中，而电力电子技术运用于对转换电力。在新形势下，数字化控制技术取代了传统模拟控制，能够消除温度漂移、便于调整变参数等诸多优点，使数字化控制技术为电力电子电路的安全性与可靠性大大提升。
1.在电力电子电路中运用单片机进行调控
单片机，即在电力电子电路中的单片微控制器，表面上看，它只是逻辑功能芯片，但在一定状况下它能集成计算机的集成系统于一个芯片上，甚至可以说微型芯片能成就计算机。微型芯片不仅在物质表现在存在体积小、质量轻的优点，在计算机软件的开发和运用过程中也提供了理论依据上的完善，为单片机详细掌握计算机构造和运行原理打下基础。在电力电子电路的使用中，单片机主要作用于电路中的运算和调节电压电流，这直接影响着整个电路系统的运行。在电力电子电路数控技术中真正实现了双调控制高频PWM控制，在特定层面上来看，单片机的运用能缓解甚至解决PWM中高频与精度之间的使用矛盾。另外，单片机还能运用至工业测控、智能仪器表等结构中，在未来甚至可能运用到生活家电之中。单片机的运用是传统模拟电路运用的全新突破，以数字化控制技术提升工作效率。但当前的单片机控制存在一些精度和频率上的矛盾尚待解决，因此DSP作为更现金的电子电路技术油然而生。
2.运用DSP在电力电子电路中进行调控
DSP即数字信号处理器，继承了波特率发生器与FIFO缓冲器于一身的新一代可编程处理器。DSP能一共更加高速同步和标准异步串口，甚至有的片内还具有采样/保持、A/D转换电路、PWM信号输出等功能。DPS与单片机相比，CPU的处理速度更快、集成度更高、存储容量更大的优势。属于RISC（即精简指令系统计算机）的DSP能将多数指令完成于一个周期之内，以并行处理技术在同一指令周期内完成多项指令。另外，DSP运用改进的哈佛结构，数据和程序空间独立，能同时对程序与数据进行存储。另外，DSP的高速硬件乘法器使其具有强大的数据运算能力。相对来讲，单片机属于CISC（即复杂指令系统计算机），运行指令周期一般要2~3个指令周期，它采用诺依曼机构，将数据和程序放在同一空间进行存储，这样在同一时刻无法同时访问指令和数据。受单片机的ALU功能限制，乘法运算需要通过软件来完成，因此要占更多的指令周期，相对速度慢。而DSP的单指令执行时间则快8~10倍，单次乘法运行时间则比单片机快16~30倍。在电力电子电路中，DSP主要控制主电路、监控及保护系统并进行系统童心等，其中具体运用电路有UPS逆变控制电路、功率因数校正电路、交流电机调速电路与谐波抑制电路等。DSP在电力电子电路系统中，还能负责数字锁相、控制显示、检测和上位机的通信。虽然DSP是使用中有诸多优势，但也存在一定的不足，例如PWM信号频率与精度、运算时间与精度、选择采样频率、采样超时等，这些缺陷直接影响着电路的控制性能。
3.在电力电子电路中FPGA的运用实践
FPGA即可编程门列阵。它是以GAL与EPLD编程器为基础发展而来的，它更加切合新形势下对专用继承电路的运用需求，更解决了定职电路在某些方面的不足、弥补了传统可编程器件门电路数有限的缺憾。FPGA属于可重构器件，在其内部逻辑上能根据用户需求进行个性化设定，因此相对及成都较高、处理速度也较快，使之在现阶段的电力电子电路中被广泛运用。FPGA可简要划分为三个部分，即可编辑逻辑块、可编程I/O模块和可编程内部连线。FPGA的及成都较高，比如，在一片FPGA之中，至少有几千个等校门，而通过FPGA能对这些十分复杂的逻辑进行系统化的科学处理，从而完成多块机车定点路与分立元件组成电路。FPGA还能利用VHDL进行电路系统的相关设计，通常能分为对电路系统的行为描述、门级描述和RTL描述三个层次，若各方面条件都适合，则电力电子电路能混合仿真三个层次，便于对电路系统进行数字化设计，因此在其体积、成本、可靠性等方面都具有显著优点。相对来讲，DSP更适用于取样速率低、软件更为复杂的情况下进行使用，而在系统取样速率较高、数据率较高、相对操作条件简单、任务较为固定的状况下，则更适合使用FPGA。目前，FPGA在逆变器控制系统、PWM控制与直流电机的调速中都有不同程度的运用和发展。
4.结束语
因此，在电力电子电路中运用数字化控制技术，与传统的模拟控制电路相比固然具有显著的优势，但在更深入的研究中却存在一定的局限性。随着我国电力电子电路技术的日趋复杂化、高频化发展，芯片的单一使用往往无法满足预期效果。可见，在电力电子电路的研究与发展中，利用控制芯片的优势和相关运用条件进行组合运用，将有利于发挥其最大的数字化控制作用，才能真正促进电力电子电路的优化发展，这也是当前电力电子电路中数字化控制技术的主要发展趋势。
【参考文献】
[1]赵异波，何湘宁．电力电子电路的数字化控制技术[J]．电源技术应用，2012，11（01）：6-8．
[2]秦瑜瑞．浅谈电力电子电路的数字化控制技术[J]．科学中国人，2015，32（04）：55．
[3]袁宁．计算机控制技术在电力电子电路中的应用[J]．通信电源技术，2013，03（03）：27-40．
数字电路范文4
关键词: 模拟电路数字电位器集成运放增益可调
中图分类号: TN7 文献标识码:B
作为工科院校,实践教学环节很重要。通过实践可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,实践起着培养学生形成创新思维的作用,也是培养学生创新能力的重要途径。通过实践环节,学生们理论与实践才能紧密联系,学生才能开拓视野,掌握课堂之外的新器件、新技术、新思路,这些也正是我们实验教学的真正目的。
然而,当前《模拟电子技术》教学中,利用实验箱和各功能模块电路板进行实验,具有教学易于统一操作等优点,但同时出现了内容过于陈旧,器件日益老化等问题,久而久之,学生学习的热情在慢慢消减。
为此,必须进行实验项目创新和改革,不仅要让学生理论知识得到验证,而且更重要的是要有真正质的提升。“基于数字电位器的可调增益放大器设计”就是此类项目,在原有实验模块基础上进行改革,既减少了实验室投入,又进行了知识革新。
1 集成运算放大器
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1.1 反相比例运算电路
电路如图1所示。对于理想运放, 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1 // RF。
图1反相比例运算电路 图2同相比例运算电路
1.2 同相比例运算电路
图2是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为:
R2=R1 // RF
当R1∞时,UO=UI,即得到电压跟随器。
2X9313数字电位器
X9313为工业级的32抽头数字电位器,最大阻值为10 kΩ,采用8引脚。X9313结构框图如图3所示。它由输入部分、非易失性存储器和电阻阵列三部分组成。
图3X9313结构框图
两个顶脚引线分别接 和 ,中间抽头为 。 、 和 为三个控制端。 为片选端, 为低电平时,X9313选中。此时才能接收 和 的信号。 在下降沿使计数器增或减1(视 电平而定)。如果 =1,滑动端向 方向滑动, 与 之间的电阻减小一个阶值。反之,如果 =0,滑动端向 方向滑动。
X9313数字电位器功能如表1所示。
3 X9313数字电位器板
X9313驱动电路包括NE555P单脉冲产生电路、高低电平电路和X9313WP应用电路。
X9313数字电位器板如图4所示,电路走线在板的底层,屏蔽电路细节,板上标明各功能端名称。为了适合学生用于模拟电子电路实验需要,将该数字电位器板设计成通用电位器的形式,即常见的 、 、 三个端。使用时,加上电源+5V,通过单刀开关设定 的Up或Down状态。整个数字电位器在按键作用下,阻值呈步进递增或递减。与模拟电位器的区别是它是有源的,并且中间抽头滑动方向可自行设定。
图4X9313数字电位器板
4增益可调运算放大器
基于X9313数字电位器的增益可调放大器电路典型应用如图5所示。运用数字电位器
实现运算放大器电路增益可调,可调增益范围是可以确定的。通过测得X9313数字电位器板阻值变化范围,可以计算步进增益理论值的大小。
图5 X9313增益可调运算放大器电路
实际教学中,X9313数字电位器板对学生是屏蔽的,只需认知驱动原理和使用方法,与模拟电位器使用大致相当。
5 结语
通过此项革新,学生扩展了思路,认识到除了固定阻值电阻和机械电位器以外,还有数字电位器。学生自己动脑解决实验中遇到的问题,在学会基本运放电路的基础上,知识得以真正提升;并且为学生扩展思路,为后续课程的学习留下足够空间,例如进而可以通过单片机系统进行增益大小的自动控制实现等。
为了使学生掌握到更新的知识和技术,对教学内容进行改革和创新是永不止步的,国内大学都在进行着有益的尝试。
数字电路范文5
关键词: 电磁脉冲;数字电路;辐照效应;探讨
在电子系统工作中,电磁脉冲是一种常见的电磁干扰源, 具有频谱宽、功率高等特点,如雷电电磁脉冲、静电放电电磁脉冲等。随着科学技术的发展,用电设备的外部电磁环境下日趋复杂,从而使得电子设备或系统将面临着各种自然和人为的电磁骚扰,最终影响到整个电子系统的正常工作。因此,开展电磁脉冲对数字电路的辐照效应和进一步研究抗电磁脉冲的设计原则和防护措施在航天、国防、电子等领域都具有重要意义。
1 电磁脉冲对数字电路的辐照试验探讨
雷电电磁脉冲辐照系统主要由被试电路、界波电磁脉冲模拟器和测试设备三部分构成。其中,有界波电磁脉冲模拟器由前过渡段、脉冲源、后过渡段、平行板段(传输线)和终端器几个部分构成。在试验过程中,首先将受试设备设置在平行板传输线工作空间中,同时,选用LSG-8015雷电浪涌发生器高压脉冲源,这样使之能够产生国际标准IEC 61000-4-5所规定的综合波浪涌电压波形。此外,对被试电路接收的耦合电压的测量,尽可能采用TEK-TDS680B示波器;而对于工作空间内脉冲场的测量,则应采用光纤传输的宽带电场测试系统进行测量, 传输线工作空间中央的电场波形。
跟据以上的试验配置安排,按照以下图一所示的被试电路摆放方向进行辐照试验,然后,再分别测量与非门输入端的波形和与非门输出端的波形。接下来,根据测量要求逐步改变场强的大小,再对与非门的输入与输出端电压波形进行测量。与非门的输入与输出端在场强峰值为8·75kV/m的电压波形辐射。从图可看出,主要当当输入信号是低电平或者输入信号是高电平时受到干扰的情况,其中通道1是输入波形,通道2输出波形。图四中原本处于低电平或高电平的信号,在受到干扰后,产生了振荡,产生了辐照效应先是高频振荡,后为低频衰减振荡。
2 辐照耦合结果
2.1 改变浪涌极性对耦合结果的影响
在磁脉冲对数字电路的辐照试验中,改变浪涌极性前后呈现出以下相同点,同一E水平下,低频振荡的振荡频率、感应波形的高频振荡和持续时间基本相同;器件接收到的U与E仍成线性上升趋势;不同E下的感应电压波形与改变极性前基本相似,都是由高、低频振荡组成。而在不同的极性下,感应结果主要体现在以下方面的不同:电路对于电场的方向就不同,放电极性不同,即相当于天线形状不同。
2.2 改变与非门类型的耦合结果
由于芯片的内部结构在一定程度上决定了耦合结果,将对管脚接收到的感应电压产生一定的影响。因而,在本试验中将同一公司生产的低功耗与非门74LS00肖特基TTL电路替换为74HC00,这两者的感应电压波形基本一致。通过测试不同E下感应电压峰峰值Upp,其试验结果如下表1所示。同一E下,测试了二者的工作波形,供电电池约6V,与非门输入端与CD4047输出端并联,数据显示74HC00的Upp普遍低于74LS00。测试结果为:74HC00输入端高电平仅5V,而74LS00输入端高电平约6V,由此可见,在此电压下,74HC00输入端阻抗比74LS00比更低,其分压也比较低。
2.3 改变EUT方向对结果的影响
将线圈平面旋转90°,改变引线线圈在电磁场中的方向,垂直于磁场方向,使线圈平面平行于电场的传输方向,通过这样的试验设置使得线圈在电磁场中既受到磁场的作用,还受到电场作用。改变电磁场的方向后,随E线性变化在同样E下的U的增长率也有随着变大。因为,在线圈改变方向后,使之同时受到磁场和电场的双重作用,进而使得U会增大。此外,改变方向后,接收到的电压波形几乎没什么变化,与改变极性前极为相似,都是由高、低频振荡组成。只是感应电压波形在改变方向前后有些差异,但是,其高频振荡部分并没有出现太大变化,基本相同,且衰减较快,但低频振荡在改变方向后周期减小,由此可见,改变被试设备的方向对U及波形都有影响。因此,在控制信号传输线上耦合了干扰电压,当电路受到电磁辐照时,引起了地电位的波动,干扰电容的正常运行,该电压会传导到多谐振荡器的充放电电容的两端,改变电容充放电到阈值电压的时间,从而影响多谐振荡器输出方波的高、低电平持续时间及占空比。
3 结语
综上所述,随着电子技术的不断发展与变革,电子系统的工作环境日益复杂,并会影响到数字电路中电子系统的正常工作。电磁脉冲对电路的辐照耦合的因素有接收天线形状、场的强度、阻抗特性、器件电路的内部结构与设备或系统在线上的信号、电磁场中的方向等。电磁脉冲具有功率高、前沿陡、频带宽等特点,其电磁辐射极可能对电子设备造成影响和破设,不利于电子系统的正常、高效运作,甚至在超过一定强度后,电磁脉冲还会会使器件发生潜在性失效或永久性损伤,从而给企业和个人造成经济损失和灾难性事故。因此,在设计计电路及安装系统时,这就要求相关人员必须根据干扰电磁场及系统的特性,借鉴国外先进的设计理念,采取各种有效的防范措施,尽量减小和避免电磁脉冲对数字电路的干扰,确保整个电
子系统的正常、可靠、安全地工作。
参考文献:
[1]周星、程二威、王书平,电磁脉冲对数字电路的辐照法与注入法比较[J].河北大学学报(自然科学版),2010(05).
[2]臧扬、刘文冰、魏明、路潇,FPGA静电电磁脉冲辐照效应试验研究[J].军械工程学院学报,2005(05).
[3]周星、王书平、魏光辉,雷电电磁脉冲对数字电路的辐照耦合试验研究[J].军械工程学院学报,2005(05).
数字电路范文6
【关键词】数字电路 故障 检测
1 前言
当前，以数字技术为主导的高科技产品已经渗入到日常生活的每个角落，我国的数字电路已经得到大力生产和发展。然而，在数字电路生产和开发阶段，相关人员常常忽视对数字电路的故障检测，由于数字电路的输出和输入口多，电路门和极易元件被密封安装在芯片内，检测人员无法对数字电路中的元件进行故障检测，造成数字电路故障检测的效率很低。因此，数字电路在线故障检测技术显得尤为重要。
2 数字电路的工作原理及故障特点
2.1 数字电路的工作原理
数字信号主要是指在时间上和数值上都离散的信号，数字电路就是专门处理离散的数字信号的电路。数字电路的工作原理就是通过两个状态的电路元器件来表示离散信号，它的基本电路单元相对比较简单。
2.2 数字电路的故障特点
数字电路故障具有复杂性的特点，因此，在数字电路的检测和诊断中，必须要严格依照数字电路规定的顺序进行电路施加测试，根据测试对数字电路进行逐个观察，检查电路是否正常。由于数字电路的测试对象繁多，测试电路的输入和输出变量的数据时可能存在一定程度的偏差，因此需要对数字电路进行逐个检查。
数字电路存在一定的物理缺陷，由于集成电路门和记忆元件是密封安装在芯片里的，导致检测人员无法直接通过肉眼观察数字电路的输入和输出波形，无法检测到电路门和记忆元件的逻辑电平，从而使得检测人员无法迅速检测出数字电路的故障所在。
3 数字电路故障原因
3.1 数字电路老化
数字电路在使用的过程中，由于发生碰撞或摩擦，会在一定程度上使数字电路的元器件受到损坏。数字电路的元器件大部分由金属材料构成，经过长期、反复的使用，会出现一部分元器件老化以及元器件参数性能降低的情况。另外，在高温或者极其严寒的恶劣天气下，一部分数字电路元器件也会发生参数值改变的情况。
3.2 数字电路接触不良
数字电路发生故障的原因有很多，但因数字电路接触不良引起的电路故障所占比重很大。日常生活中的许多保管不善或使用不当的行为，都有可能造成电器的外观被破坏，导致数字电路元件直接暴露在空气中，甚至出现让电器进水的情况，在这种情况下，电器内部的元器件和芯片容易被氧化，最终造成数字电路的电路板发生故障。同时，在数字电路安装时，若出现断线、漏线以及插错电路元器件等事故，这些事故都会造成数字电路产生故障。
3.3 电路受工作环境影响
电路的正常运行离不开良好的运行环境，但由于受到人力和财力方面的制约，有一部分的电路运行环境相对较差，当运行环境的温度、湿度以及电磁场发生改变时，就会导致数字电路发生故障，进一步影响设备的正常工作。
3.4 数字电路元器件过了有效期
数字电路元器件均具有使用期限，只有在规定的使用期限内使用才能保证元器件的正常运行。当电路元器件过了使用的有效期后，元器件无法负荷电路运转，最终会出现元器件性能指标降低、参数发生改变的情况。所以，当数字电路元器件超过使用的有效期限后，数字电路发生故障的频率也会有所提高。
3.5 元器件设计存在缺陷
按道理来说，普通的与非门输出的低电压可以带不超过10个的同类门电路，然而在现实的生活中，普通的与非门所带的同类门个数远远超过了10个。在这种情况下，数字电路输出的低电压将会迅速升高，从而破坏数字电路原有的性能；当电路输出高电平也同样会破坏电路原有的性能。这些问题最终都会导致电路系统无法正常运行。
4 传统的数字电路故障检测方法
4.1 观察检测法
观察检测法适用于有丰富电路故障检测经验的维修人员，主要就是利用肉眼直接观察电路故障的部位，根据电路故障出现的现象判断数字电路发生故障的主要原因。观察检测法在一定程度上为检测提供了便利，节省了维修人员和客户的时间。例如，在日常生活中，家里的电视机突然出现黑屏的现象，维修人员可以通过观察电视机的外观是否损坏、用手触摸电视机外壳的温度、查看电视机插头是否断开、闻闻电视机后盖是否存在异味等，利用这些方法判断电视机的故障部位，最后针对故障部位进行检测，整个故障检测过程方便快捷。
值得注意的是，观察检测法只适用于经验丰富的维修人员，对一些经验不足的维修人员来说，建议不要轻易使用，否则可能会把时间浪费在寻找故障部位上而影响故障的及时维修。
4.2 顺序检测法
顺序检测法在检测数字电路故障时通常可以分为两种检测方法。第一种方法是在电路输入端加上信号，以输入级为起点向输出级方向进行检测，若出现信号中断或出现信号异常的现象时，即电路的故障部位所在。第二种方法是在电路输入级与输出级之间加上信号，若出现信号异常的现象，则以此为节点进行下一段电路的故障检测。当故障被电路节点中隔离出来后，维修人员就可以对故障进行观察，通过利用逻辑探头、逻辑脉冲发生器及电流跟踪器等设备进行检测，从而进一步确定电路故障的具体部位。
顺序检测法具有准确性高的特点，但这种方法在检测时需要花费较多时间，因此已经逐渐被社会淘汰。
4.3 对比检测法
对比检测法是检测数字电路故障时常用的一种检测方法。维修人员若想迅速检测数字电路的故障具体部位，通常会对各个电路的关键节点进行测试，从而得出具体的测试参数，根据相同且能正常运行的电器的各个关键节点，测试其具体参数，再与之前测试的故障电路的参数进行对比，若在对比时出现参数不一样的情况，则出现不一样的部位就是数字电视的故障点所在。
对比检测法虽然在检测数字电路故障时比较常用，但在时间效率方面却相对比较低，由于大部分数字电路发生故障的地方比较细小，维修人员能够快速检测出数字电路故障部位的情况很少。厂家在生产数字电路的过程中，通常会对数字电路的电路板相对细小的部位进行多次加工以保证电路板的质量，而在不容易发生故障的部位则没有进行加固，在这种情况下，维修人员很难判断数字电路发生故障的部位是否在电路板的关键节点上，因此必须进行逐一对比检测，检测的效率就降低了。
4.4 替代检测法
当出现电路比较复杂的情况，维修人员在使用观察检测法、顺序检测法和对比检测法后，依然无法找到故障的具体部位，这时可以考虑使用替代检测法进行数字电路故障检测。替代检测法通常是指将数字电路中的电子元器件用同等类型、同等质量的电子元器件代替，从而达到检测电路故障具体部位的目的。
维修人员只需要把同等类型、同等质量的电子元器件安转到原电路板中，打开电源开关，观察电路板是否可以正常运行。如果电路板可以正常运行，则说明是电子元器件出现故障，数字电路的故障部位很快就能找出；反之，则说明是电路板出现故障，找出电路板故障后，还要对电路板的各个部位进行检查，对故障再做进一步处理。替代检测法与其他检测方法一样，需要花费大量的时间和精力。
5 新型的数字电路在线检测技术
随着电子技术的发展，数字电路的使用性能得到大幅提高。在这样的背景下，导致数字电路抵抗外部环境干扰的能力降低，进一步增加了数字电路发生故障的频率。因此，为了增强数字电路的可靠性，快速检测数字电路中存在的故障，建议使用新型的数字电路在线检测技术。
所谓的“数字电路的在线检测”，主要是指在数字电路正常运行时对电路进行非并发测试和并发测试。非并发测试是在整个电路系统处于正常运行中但其中的子系统并非都处于运行状态下进行的。检测人员通过选择一个离线的子系统，在具有充足时间的情况下对其进行测试。然而非并发性测试无法检测数字电路的瞬态故障及间歇性故障。并发测试是在被测部位与电路系统正常运行的情况下同时进行的，从而完成电路故障检测。
5.1 在线内建自测技术
在数字电路在线故障检测技术方法中，在线内建自检测技术对昂贵的外部设备依赖程度低、故障检测覆盖率高等特点，因此一直备受国内外学者青睐。在线内建自测技术主要用于数字电路的非并发测试，是在数字电路的工作间隙完成对电路的检测的，和传统的只能在离线状态下对电路进行测试的检测方法不同，在线内建自测试可以在电路正常运行时完成对数字电路的故障检测。值得注意的是，使用在线内建自测技术对数字电路进行测试，必须要在电路正常运行的前提下进行。
在线内建自测技术的基本结构如图一所示。当选择器出现的输入是上一级电路的输出响应时，则不进行电路检测。当被测电路处于运转间隙的阶段时，被测电路的输入来源于测试向量发生器，随后对被测电路的输出响应和被测电路的期望值进行对比。若被测电路的输出响应和电路的期望值一样，则说明被测电路无故障存在；反之，则说明被测电路有故障存在。
传统的内建自测技术只能在离线状态下对数字电路进行故障检测，而在线内建自测技术与传统的技术相比，能在数字电路正常工作的情况下进行故障检测，并且能减少数字电路对昂贵的外部设备的依赖，为客户解决I/O端口数量有限的问题，还能降低故障测试时对数字电路造成的损耗。
5.2 全自检在线检测技术
全自检在线测试技术主要由全自检功能模块和全自检检验器两部分组成。全自检功能模块就是被测数字电路，并且要求被测电路中只允许发生单向故障。单向故障主要指数字电路内部的故障导致电路的个别输出由零变为一，或由一变为零的情况，但这两种情况不允许同时发生。在数字电路故障中，单向故障发生的概率较高。在数字电路正常运行时，全自检功能模块接上一级电路的输出响应，对电路的输出进行编码，与此同时，全自检功能模块以自身输出响应电路系统。
全自检检验器主要是根据编码特性对数字电路的编码输出进行检测的。所谓“编码特性”，就是将全自检检验器的编码与数字电路使用的编码对应。比较常见的做法是检测全自检功能模块的编码输出是否存在双尾码。若数字电路输出的是双尾码且只包括{0，1}或{1，0}的编码，则说明数字电路无故障；若数字电路输出的编码包含{0，0}或{1，1}的其中一组，则说明数字电路存在故障。
使用全自检在线检测技术检测数字电路的故障问题，不仅能快速检测出数字电路存在的故障，还能对自身的电路进行故障检测。在全自检在线检测技术电路自身无故障的情况下，数据栏中的电路输出f和g保持双尾码构成形式，因此说明全自检电路无故障。而当校验位补码生成器中出现固定0型故障时，利用全自检技术可以对自身电路进行检测，若数据栏中的电路输出f和g出现了非双尾码的情况，此时说明全自检技术自身出现故障。由于全自检在线检测技术同时具有检测数字电路和检测自身电路故障的优势，因此被运用到航空领域和医疗领域等对可靠性要求极高的场合。全自检在线检测技术的运行原理如图二所示。
5.3 扫描设计在线检测技术
在数字电路的日常应用中，时序电路出现比重相对较大，且一直呈上升趋势，而扫描设计在线检测技术在时序电路故障测试中能快速检测故障，因此扫描设计在线检测技术是当前数字电路设计领域中被广泛运用的具有较高可测性的检测技术。扫描设计的在线检测技术的大体思路是把时序电路分成组合电路与寄存器两个部分，随后使用扫描设计的寄存器替换原有的寄存器，从而形成一个或多个长的移位寄存器链，使时序电路的内部关键节点能够被检测人员观察和控制。
扫描设计在线检测技术主要分为全扫描和部分扫描两大部分。全扫描是指把数字电路中全部的寄存器连接成移位寄存器链；部分扫描是指把数字电路中部分寄存器连接成寄存器链。扫描设计在线检测技术在检测时，通常运用带多路选择器的D型触发器，把时序电路内部的寄存器连接成移位寄存器链，换言之就是将寄存器连接成内部扫描链。
扫描设计在线检测技术的有效运用，能够很好的完成数字电路的非并发测试。在数字电路进行工作运行前，先要对各个扫描单元进行自检测。当控制信号显示为11时，把每个扫描单元的功能DFF串联起来进行测试。测试数据将从SI端口输入，先后经过选择器B―功能DFF―选择器C，最终从SO端口输出。如果从SI端口输入的数据与从SO端口输出的数据一致，就说明数字电路各个单元相关的功能DFF不存在故障。当控制信号显示为00时，把每个扫描单元的功能DFF串联起来进行测试。测试数据将从SI端口输入，先后经过选择器A―测试DFF―选择器C―SO端口输出。如果从SI端口输入的数据与从SO端口输出的数据一致，就说明数字电路各个单元相关的测试DFF不存在故障。测试DFF的测试过程与扫描移入或移出的控制信号一致，并且能够与数字电路正常运行同时进行，从而实现非并发测试。
本文选用ISCAS’89集中的s298进行非并发在线测试，具体测试情况如表一、表二所示。s298中有三个输入端口，六个输出端口以及十四个D型触发器。本次非并发在线测试于s298运行三个周期后进行测试，测试完成后继续运行两个周期。把测试电路的输出情况与在同等初始状态下的直接运行四个周期的数字电路进行对比。表格中的“运行一”代表第一个运行周期，“测试一”表示第一个测试周期。“测试DFF”代表电路各个单元的测试DFF运行情况，把各个DFF的数据写在一起，转化成十六进制。
经过测试发现，表二中s298进行测试时的运行情况与表一中s298无测试时的运行情况基本吻合，数字电路的运行情况没有因非并发测试而改变，因此证明扫描设计在线检测技术在对数字电路进行非并发测试是可行的。
6 结语
综上所述，随着我国科学技术的高速发展，数字电路已经被广泛运用到人们的日常生活中，而对数字电路的故障检测也变得尤为重要。在传统的数字电路检测方法无法满足社会需要的背景下，可以使用在线内建自测技术、全自检在线检测技术、扫描设计在线检测技术等新型的数字电路在线维修技术，及时解决已经出现或可能出现的电路故障，对提高数字电路检测和维修的效率具有重要意义。因此，数字电路的故障检测技术必须要不断完善，才能更好的适应社会发展的需求，为人们的日常生活提供便利条件。
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