【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子設(shè)備的啟停，以及自然雷電所產(chǎn)生的干擾信號(hào)是構(gòu)成電子系統(tǒng)外部的主要干擾源。干擾是客觀存在的，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往又是不可避免的，不可能為了電子電路的可靠運(yùn)行而去清除干擾源，那是不現(xiàn)實(shí)的。只能是適應(yīng)環(huán)境，抑制干擾，加強(qiáng)電子系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證電子電路的可靠運(yùn)行?？垢蓴_技術(shù)主要是從干擾進(jìn)入電子系統(tǒng)的通路上來(lái)采取抑制措施。根據(jù)干擾傳播通道，干擾主要分為： 來(lái)自電網(wǎng)的干擾； 來(lái)自地線的干擾； 來(lái)自信號(hào)通道的干擾； 來(lái)自空間電磁輻射的干擾。上述四種干擾，危害性最大的是來(lái)自電網(wǎng)的干擾和來(lái)自地線的干擾，其次為來(lái)自信號(hào)通道的干擾，而來(lái)自空間電磁輻射的干擾一般不太嚴(yán)重，只要電子系統(tǒng)與干擾源保持一定距離或采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧旧暇涂山鉀Q。這里只重點(diǎn)介紹前面三種干擾及抗干擾措施。（2）常用的抗干擾措施 電網(wǎng)干擾及抗干擾措施大多數(shù)電子電路的直流電源都是由電網(wǎng)交流電源經(jīng)整流濾波、穩(wěn)壓后提供的。若此電子系統(tǒng)附近有大型電力設(shè)備接于同一個(gè)交流電源線上，那么，電力設(shè)備的啟停將產(chǎn)生很高的浪涌電壓疊加在50HZ的電網(wǎng)電壓上。此外，雷電感應(yīng)也在電網(wǎng)上產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻浪涌電壓，其幅值可以達(dá)到電網(wǎng)電壓的幾倍到幾十倍。這些干擾信號(hào)沿著交流電源線進(jìn)入電子系統(tǒng)，可干擾電子電路的正常工作。為了防止這些從交流電源線引入的干擾，常見(jiàn)的抗干擾措施有：A．采用交流穩(wěn)壓器。用來(lái)保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過(guò)電壓與欠電壓，有利于提高整個(gè)電子系統(tǒng)的可靠性。由于交流穩(wěn)壓器比較貴，在一些小型電子電路中一般不用，只用于較大型的電子系統(tǒng)，以及抗干擾要求比較高的場(chǎng)合。B．接電源濾波器。它接在電源變壓器之前，其特性是讓交流50HZ基波通過(guò)，而濾去高頻干擾信號(hào)，改善電源波形。在市場(chǎng)上可以購(gòu)到體積小、價(jià)格合理的電源濾波器。C．采用帶有屏蔽層的電源變壓器。由于高頻干擾信號(hào)通過(guò)電源變壓器的主要傳播通道是初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間的分布電容，而不是初、次級(jí)之間的電磁耦合。因此，在初、次級(jí)線圈之間加一個(gè)金屬屏蔽層，并將屏蔽層接地，可有效地減小分布電容值，從而有效地抑制高頻干擾信號(hào)通過(guò)電源變壓器進(jìn)入初級(jí)線圈，這是最常見(jiàn)的抗電源干擾的措施。D．雙T濾波器。它用于整流電路之后，其特性是阻止50HZ工頻干擾或其他固定頻率的干擾信號(hào)進(jìn)入電子電路。雙T電路參數(shù)計(jì)算公式為：f ＝RC。若欲阻止50HZ工頻干擾，則選用f ＝50HZ。在抗干擾要求不高的場(chǎng)合，可以不采用抗干擾措施，以免增加電路的復(fù)雜性。E．電容濾波?！?，并接到直流穩(wěn)壓電路的輸入和輸出端以及集成塊的電源引腳上，用以濾掉高頻干擾。 地線干擾及抗干擾措施地線干擾是存在于電子系統(tǒng)內(nèi)的干擾。由于電子系統(tǒng)內(nèi)各部分電路往往共用一個(gè)直流電源，或者雖然不用同一個(gè)電源，但不同電源之間往往共用一個(gè)地，因此，當(dāng)各部分電路的電流均流過(guò)公共地電阻時(shí)便產(chǎn)生電壓降，此電壓降便成為各部分之間相互影響的噪聲干擾信號(hào)，即所謂地線干擾?？沟鼐€干擾的措施：A．盡量采用一點(diǎn)接地，即各部分的地自成一體后再分別接到公共地的一點(diǎn)上，印制電路板上采用此方法不太方便布線，而都是采用串聯(lián)接法，為了減少地線噪聲干擾，可適當(dāng)加大地線寬度。B．強(qiáng)信號(hào)電路和弱信號(hào)電路的地應(yīng)分開(kāi)，然后再在一點(diǎn)上接公共地。C．模擬地和數(shù)字地也應(yīng)分開(kāi)，然后再在一點(diǎn)上接公共地，切忌兩者交叉混連。D．不論哪種方式接地，接地線應(yīng)短而粗，以減小接地電阻 信號(hào)通道干擾和抗干擾措施在遠(yuǎn)距離測(cè)量、控制和通信中，電子系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)線很長(zhǎng)，線間很近，信號(hào)在此長(zhǎng)線內(nèi)的傳輸過(guò)程中很容易受到干擾，導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變或失常，從而影響電子電路的正常工作，必須予以足夠的重視。長(zhǎng)線信號(hào)傳輸所遇到的干擾有：A．周?chē)臻g電磁場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)線的電磁感應(yīng)干擾。信號(hào)線越長(zhǎng)及周?chē)姶艌?chǎng)越強(qiáng)，則干擾強(qiáng)度越大。B．信號(hào)間的干擾。當(dāng)強(qiáng)信號(hào)線與弱信號(hào)線靠得很近時(shí)，通過(guò)線間分布電容和互感產(chǎn)生線間干擾。信號(hào)線間越近和線越長(zhǎng)，干擾強(qiáng)度就越大。C．長(zhǎng)線信號(hào)的地線干擾。信號(hào)線越長(zhǎng)表明信號(hào)源與電子系統(tǒng)的距離越遠(yuǎn)，則信號(hào)地線也越長(zhǎng)，即地線電阻就越大，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)源的地與電子系統(tǒng)的地不是等電位，而形成較大的電位差，此電位差構(gòu)成長(zhǎng)線信號(hào)的地線干擾信號(hào)。針對(duì)上述信號(hào)通道上的干擾，常用的抗干擾措施有：A．使用雙絞線傳輸。即每個(gè)信號(hào)都采用互絞的線進(jìn)行傳輸，其中一條是信號(hào)線，另一條是地線。雙絞線是抑制空間電磁干擾、線間串?dāng)_和信號(hào)地線干擾最有效且簡(jiǎn)便的方法。因?yàn)榭臻g電磁場(chǎng)在每個(gè)絞環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是相同的，但對(duì)每一條線來(lái)說(shuō)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可互相抵消，因此，不會(huì)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生影響。其次，信號(hào)電流在兩條線上大小相等、方向相反，所以雙絞線對(duì)其他信號(hào)的互感是零，抑制了串?dāng)_。另外，各個(gè)信號(hào)的地線是單獨(dú)的，可有效地抑制信號(hào)間通過(guò)地線的干擾。B．采用光電耦合傳輸。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，兩者相互絕緣地密封在一起，信號(hào)從發(fā)光二極管一方輸入，使發(fā)光二極管發(fā)光，光照射到光敏晶體管基極上，使光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并從集電極輸出。輸入與輸出被隔離開(kāi)，只有光耦合，而無(wú)電的聯(lián)系，因此，兩邊的地可以不同，彼此可以獨(dú)立。若電子系統(tǒng)的每條輸入信號(hào)與輸出信號(hào)線之間均采用光電耦合傳輸信號(hào)，則可以有效地抑制信號(hào)線干擾和信號(hào)線上的噪聲干擾，這是因?yàn)閮蛇叺牡厥仟?dú)立的，所以不存在地線干擾。由于光電耦合器輸入阻抗很低，而疊加在信號(hào)上的噪聲信號(hào)的內(nèi)阻很高，所以，盡管噪聲信號(hào)的幅值較高，但進(jìn)入光電耦合器的噪聲很小，只形成很微弱的電流，不足以使發(fā)光二極管發(fā)光，從而抑制了噪聲信號(hào)的傳輸。光電耦合器分為傳送模擬信號(hào)和傳送數(shù)字信號(hào)兩種類(lèi)型。二、數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)數(shù)字電路作為電子電路的一大分支，其應(yīng)用是極為廣泛的。常用的數(shù)字電路有編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、寄存器、計(jì)數(shù)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。常見(jiàn)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（RAM、ROM）也屬于數(shù)字電路。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的研究和應(yīng)用又取得了新的進(jìn)展，其中尤以可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用令人矚目。下面主要討論常用數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法。1. 常用組合邏輯電路的設(shè)計(jì)根據(jù)邏輯功能的不同特點(diǎn)，可以把數(shù)字電路分成兩大類(lèi)，一類(lèi)為組合邏輯電路（簡(jiǎn)稱(chēng)為組合電路），另一類(lèi)則是時(shí)序邏輯電路（簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)序電路）。對(duì)于組合邏輯電路，任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。分析組合邏輯電路，就是通過(guò)分析確定電路的邏輯功能，再根據(jù)給出的實(shí)際邏輯問(wèn)題，求出實(shí)現(xiàn)這一邏輯功能的最簡(jiǎn)單邏輯電路，這即是設(shè)計(jì)組合電路時(shí)要完成的工作。所謂的“最簡(jiǎn)”是指電路所用的器件數(shù)最少、器件種類(lèi)最少、器件之間的連線也最少。（1）組合邏輯電路的設(shè)計(jì)組合邏輯電路在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意掌握組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)工具，如：邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖、時(shí)序圖等。組合邏輯電路的基本設(shè)計(jì)步驟如下： 邏輯抽象。在許多情況下，提出的設(shè)計(jì)要求是具有一定因果關(guān)系的實(shí)際問(wèn)題，這時(shí)就需要通過(guò)邏輯抽象的方法，用一個(gè)邏輯函數(shù)來(lái)描述這一因果關(guān)系。邏輯抽象的工作通常包括以下幾個(gè)方面：A．分析事件的因果關(guān)系，確定輸入變量和輸出變量。一般總是把引起事件的原因作為輸入變量，而把事件的結(jié)果作為輸出變量。B．邏輯狀態(tài)的含義。以二值邏輯的0、1分別代表輸入變量和輸出變量的兩種不同狀態(tài)，這里的0和1的具體含義完全由設(shè)計(jì)者人為選定，這項(xiàng)工作也叫做邏輯狀態(tài)賦值。C．根據(jù)給定的因果關(guān)系列出邏輯真值表，將一個(gè)實(shí)際的邏輯問(wèn)題抽象成一個(gè)邏輯函數(shù)，而且這個(gè)函數(shù)首先是以真值表的形式給出的。 寫(xiě)出邏輯函數(shù)式。為了便于對(duì)邏輯函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化和變換，需要把真值表轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的邏輯函數(shù)式。 將邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)或變換成適當(dāng)?shù)男问健榱水a(chǎn)生所需要的邏輯函數(shù)，即可以用小規(guī)模集成的門(mén)電路組成邏輯電路，也可以用中規(guī)模集成的常用組合邏輯器件或可編程邏輯器件等構(gòu)成相應(yīng)的邏輯電路，應(yīng)該根據(jù)對(duì)電路的具體要求和器件的資源情況，決定采用哪一類(lèi)型器件。A．在使用小規(guī)模集成門(mén)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為獲得最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)果，應(yīng)將函數(shù)式化成最簡(jiǎn)形式，即函數(shù)式中相加的乘積項(xiàng)最少，而且每個(gè)乘積項(xiàng)的因子也最少。如果對(duì)所用器件的種類(lèi)有附加的限制，則還應(yīng)將函數(shù)式變換成與器件種類(lèi)相適應(yīng)的形式。B．在使用中規(guī)模集成常用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)電路時(shí)，需要把函數(shù)式變換為適當(dāng)?shù)男问剑员隳苡米钌俚钠骷妥詈?jiǎn)單的連線接成所要求的邏輯電路。 根據(jù)化簡(jiǎn)和變換后得到的邏輯函數(shù)式，畫(huà)出邏輯電路的連線圖，完成原理性設(shè)計(jì)（或稱(chēng)邏輯設(shè)計(jì)）。 工藝設(shè)計(jì)。為了把邏輯電路實(shí)現(xiàn)為具體的電路裝置，還需要做一系列的工藝設(shè)計(jì)工作，包括設(shè)計(jì)機(jī)箱、面板、電源、顯示電路、控制開(kāi)關(guān)等，最后還必須進(jìn)行組裝和調(diào)試。（2）利用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路由于人們?cè)趯?shí)踐中遇到的邏輯問(wèn)題層出不窮，因而為解決這些邏輯問(wèn)題而設(shè)計(jì)的邏輯電路也不勝枚舉。然而人們發(fā)現(xiàn)，其中有些邏輯電路經(jīng)常大量地出現(xiàn)在各種數(shù)字系統(tǒng)中，這些電路包括編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器等。為了方便人們使用，這些邏輯電路已經(jīng)被制成了中規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化集成電路產(chǎn)品。在使用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)，第一步進(jìn)行邏輯抽象；第二步寫(xiě)出邏輯函數(shù)式，這和使用小規(guī)模集成電路時(shí)沒(méi)有區(qū)別；第三步將邏輯函數(shù)變換為適當(dāng)?shù)男问?，而不一定要求化為最?jiǎn)形式。因?yàn)槊恳环N中規(guī)模集成電路的組合邏輯電路都有確定的邏輯功能，并可以寫(xiě)成邏輯函數(shù)式的形式，所以，為了使用這些器件構(gòu)成所需要的邏輯電路，必須把要產(chǎn)生的邏輯函數(shù)變換成與所用器件的邏輯函數(shù)式類(lèi)似的形式。將變換后的邏輯函數(shù)式與選用器件的函數(shù)式對(duì)照比較，有以下四種可能的情況： 兩者形式完全相同，使用這種中規(guī)模集成器件效果最為理想。 兩者形式類(lèi)同，所選器件的邏輯函數(shù)式包含更多的輸入變量和乘積項(xiàng)，這時(shí)只需對(duì)多余的變量輸入端和乘積項(xiàng)作適當(dāng)處理，也能很方便地得到所需要的邏輯電路。 器件的邏輯函數(shù)式是要求產(chǎn)生的邏輯函數(shù)的一部分，這時(shí)可以通過(guò)擴(kuò)展的方法（將幾片聯(lián)用或附加少量其他器件）組成要求的邏輯電路。 如果可用的中規(guī)模集成電路的品種有限，而這些器件的邏輯函數(shù)式又與要求產(chǎn)生的邏輯函數(shù)在形式上相差甚遠(yuǎn)，就不宜采用這些器件來(lái)設(shè)計(jì)所需的邏輯電路了。根據(jù)邏輯函數(shù)式對(duì)照比較的結(jié)果，即可確定所用的器件各輸入端應(yīng)當(dāng)接入變量或常量（1或0），以及各片之間的連接方式。最后，按照上面比較的結(jié)果，畫(huà)出設(shè)計(jì)的邏輯電路圖。2. 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路時(shí)，要求設(shè)計(jì)者根據(jù)給出的具體邏輯問(wèn)題，求出實(shí)現(xiàn)這一邏輯功能的邏輯電路，所得到的設(shè)計(jì)結(jié)果力求簡(jiǎn)單。當(dāng)選用小規(guī)模集成電路做設(shè)計(jì)時(shí)，電路最簡(jiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是所用門(mén)電路的數(shù)目最少，而且門(mén)電路的輸入端數(shù)目也最少。對(duì)中、大規(guī)模集成電路，最簡(jiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)則是使用的集成電路數(shù)目最少、種類(lèi)最少、相互之間的連線最少。設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路的一般步驟如下：（1）邏輯抽象把要求實(shí)現(xiàn)的時(shí)序邏輯功能表示為時(shí)序邏輯函數(shù)，可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的形式，也可用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式，這就需要： 分析給定的邏輯問(wèn)題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常都是取原因作為輸入邏輯變量，取結(jié)果作為輸出邏輯變量。 定義輸入輸出邏輯狀態(tài)和每個(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號(hào)。 按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫(huà)出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）狀態(tài)化簡(jiǎn)若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同一個(gè)次態(tài)去，則稱(chēng)這兩個(gè)狀態(tài)為等價(jià)狀態(tài)，等價(jià)狀態(tài)是重復(fù)的，可以合并為一個(gè)。狀態(tài)化簡(jiǎn)的目的就在于將等價(jià)狀態(tài)合并，以求得最簡(jiǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（3）狀態(tài)分配狀態(tài)分配又稱(chēng)為狀態(tài)編碼，時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是用觸發(fā)器狀態(tài)的不同組合來(lái)表示的。首先，需要確定觸發(fā)器的數(shù)目n ，因?yàn)閚個(gè)觸發(fā)器共有2n種狀態(tài)組合，所以為獲得時(shí)序電路所需的M個(gè)狀態(tài)，必須取2n1＜M≤2n。其次，要給每個(gè)電路狀態(tài)規(guī)定對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器狀態(tài)組合，每組觸發(fā)器的狀態(tài)組合都是一組二值代碼，因此又將這項(xiàng)工作稱(chēng)為狀態(tài)編碼。（4）確定觸發(fā)器的類(lèi)型并求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程因?yàn)椴煌壿嫻δ艿挠|發(fā)器驅(qū)動(dòng)方式不同，所以用不同類(lèi)型觸發(fā)器設(shè)計(jì)出來(lái)的電路也不一樣，在設(shè)計(jì)具體的電路前，必須選定觸發(fā)器的類(lèi)型，同時(shí)還應(yīng)考慮器件的供應(yīng)情況，力求減少系統(tǒng)中使用的觸發(fā)器的種類(lèi)。（5）畫(huà)邏輯圖根據(jù)得到的方程式畫(huà)出邏輯圖。（6）檢查檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。如果電路不能自啟動(dòng)，則需要采取措施加以解決，一種方法是在電路開(kāi)始工作時(shí)，通過(guò)預(yù)置數(shù)將電路的狀態(tài)置成有效狀態(tài)循環(huán)中的某一種，另一種方法是修改邏輯設(shè)計(jì)。第三章 電子電路安裝技術(shù)電子電路設(shè)計(jì)完畢后，需要進(jìn)行電路安裝。電子電路的安裝技術(shù)與工藝在電子工程技術(shù)中占有十分重要的位置，不可輕視。安裝技術(shù)與工藝的優(yōu)劣，不僅影響外觀質(zhì)量，而且影響電子產(chǎn)品的性能、調(diào)試與維修，必須給予足夠的重視。一、電子電路安裝布局的原則按總體電路圖準(zhǔn)備好所需要的元器件后，如何把這些元器件按電路圖組裝起來(lái)，電路各部分應(yīng)放在什么位置，是用一塊電路板組裝，還是用多塊電路板組裝，一塊板上電路元件又如何布置等等，都屬于電路安裝和布局問(wèn)題。電子電路安裝布局分電子裝置整體結(jié)構(gòu)布局和電路板上元器件安裝布局兩種。1. 整體結(jié)構(gòu)布局這是一個(gè)空間布局的問(wèn)題。應(yīng)從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。例如，電源變壓器、電路板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、指示與顯示部分、操作部分以及其他部分等，在空間尺寸不受限制的場(chǎng)合，這些都比較好布局。但在空間尺寸受到限制且組成部分多而復(fù)雜的場(chǎng)合時(shí)，布局是十分艱難的，常常要對(duì)多個(gè)布局方案進(jìn)行比較。整體結(jié)構(gòu)布局沒(méi)有固定的模式，只有一些應(yīng)遵循的原則：（1）注意電子裝置的重心平衡與穩(wěn)定。為此，變壓器和大電容等比較重的器件應(yīng)安裝在裝置的底部，以使重心降低。還應(yīng)注意裝置前后、左右的重量平衡。（2）注意發(fā)熱部件的通風(fēng)散熱。為此，大功率管應(yīng)加裝散熱片，并布置在靠近裝置的外殼，要開(kāi)鑿?fù)L(fēng)孔，必要時(shí)加裝小型排風(fēng)扇。（3）注意發(fā)熱部件的熱干擾。為此，半導(dǎo)體器件、熱敏器件、電解電容等應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離發(fā)熱部件。（4）注意電磁干擾對(duì)電路正常工作的影響。容易接受干擾的元器件（如高放大倍數(shù)的放大器的第一級(jí)）應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離干擾源（如變壓器、高頻振蕩器、繼電器、接觸器等）。當(dāng)遠(yuǎn)離有困難時(shí)，應(yīng)采取屏蔽措施（即將干擾源屏蔽或?qū)⒁资芨蓴_的元器件屏蔽起