【正文】 ，并且轉(zhuǎn)換到同一個次態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)，等價狀態(tài)是重復(fù)的，可以合并為一個。 定義輸入輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。設(shè)計同步時序邏輯電路的一般步驟如下： （ 1）邏輯抽象 把要求實現(xiàn)的時序邏輯功能表示為時序邏輯函數(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： 分析給定的邏輯問題，確 定輸入變量、輸出變量以及電路的 48 狀態(tài)數(shù)。 當(dāng)選用小規(guī)模集成電路做設(shè)計時，電路最簡的標(biāo)準(zhǔn)是所用門電路的數(shù)目最少，而且門電路的輸入端數(shù)目也最少。 最后，按照上面比較的結(jié)果，畫出設(shè)計的邏輯電路圖。 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設(shè)計所需的邏輯電路了。 兩者形式類同，所選器件的邏輯函數(shù)式包含更多的輸入變量和乘積項，這時只需對 多余的變量輸入端和乘積項作適當(dāng)處理，也能很方便地得到所需要的邏輯電路。因為每 46 一種中規(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)式類似的形式。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。 （ 2）利用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯電路 由于人們在實踐中遇到的邏輯問題層出不窮，因而為解決這些邏輯問題而設(shè)計的邏輯電路也不勝枚舉。 工藝設(shè)計。 B． 在使用中規(guī)模集成常用組合邏輯電路實現(xiàn)電路時，需要把函 45 數(shù)式變換為適當(dāng)?shù)男问剑员隳苡米钌俚钠骷妥詈唵蔚倪B線接成所要求的邏輯電路。 A． 在使用小規(guī)模集成門電路進行設(shè)計時，為獲得最簡單的設(shè)計結(jié)果，應(yīng)將函數(shù)式化成最簡形式，即函數(shù)式中相加的乘積項最少，而且每個乘積項的因子也最少。 將邏輯函數(shù)化簡或變換成適當(dāng)?shù)男问健? 寫出邏輯函數(shù)式。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)計者 44 人為選定，這項工作也叫做邏輯狀態(tài)賦值。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。在許多情況下，提出的設(shè)計要求是具有一定因果關(guān)系的實際問題，這時就需要通過邏輯抽象的方法，用一個邏輯函數(shù)來描述這一因果關(guān)系。 （ 1）組合 邏輯電路的設(shè)計 組合邏輯電路在設(shè)計過程中，應(yīng)注意掌握組合邏輯電路的分析和設(shè)計工具，如：邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖、時序圖等。分析組合邏輯電路，就是通過分析確定電 43 路的邏輯功能，再根據(jù)給出的實際邏輯問題，求出實現(xiàn)這一邏輯功能的最簡單邏輯電路，這即是設(shè)計組合電路時要完成的工作。 1. 常用組合邏輯電路的設(shè)計 根據(jù)邏輯功能的不同特點，可以把數(shù)字電路分成兩大類，一類為組合邏輯電路（簡稱為組合電路），另一類則是時序邏輯電路（簡稱時序電路）。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)用又取得了新的進展，其中尤以可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用令人矚目。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、計數(shù)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。 光電耦合器分為傳送模擬信號和傳送數(shù)字信號兩種類型。 若電子系統(tǒng)的每條輸入信號與輸出信號線之間均采用光電耦合傳輸信號，則可以有效地抑制信號線干擾和信號線上的噪聲干擾，這是因為兩邊的地是獨立的，所以不存在地線干擾。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，使光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并從集電極輸出。另外，各個信號的地線是單獨的，可有效地抑制信號間通過地線的干擾。因為空間電磁場在每個絞環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相同的，但對每一條線來說，感應(yīng)電動勢可互相抵消，因此，不會對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生影響。即每個信號都采用互絞的線進行傳輸，其中一條是信號線，另一條是地線。信號線越長表明信號源與電子系統(tǒng)的距離越遠(yuǎn)，則信號地線也越長，即地線電阻就越大，會導(dǎo)致信號源的地與電子系統(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 線信號的地線干擾信號。信號線間越近和線越長，干擾強度就越大。 B． 信號間的干擾。長線信號傳輸所遇到的干擾有： 40 A． 周圍空間電磁場對長線的電磁感應(yīng)干擾。 C． 模擬地和數(shù)字地也應(yīng)分開，然后再在一點上接公共地，切忌兩者交叉混連?？沟鼐€干擾的措施： A． 盡量采用一點接地，即各部分的地自成一體后再分別接到公共地的一點上，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。 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。 E． 電容濾波。 若欲阻止 50HZ 工頻干擾，則選用 f ＝ 50HZ。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進入電子電路。因此，在初、次級線圈之間加一個金屬屏蔽層，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通過電源變壓器進入初級線圈，這是最常見的抗電源干擾的措施。 C． 采用帶有屏蔽層的電源變壓器。它接在電源變壓器之前，其特性是讓交流50HZ 基波通過，而濾去高頻干擾信號，改善電源波形。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合。 為了防止這些從交流電源線引入的干擾，常見的抗干擾措施有： A． 采用交流穩(wěn)壓器。此外，雷電感應(yīng)也在電網(wǎng)上產(chǎn)生強烈的高頻浪涌電壓，其幅值可以達(dá)到 電網(wǎng)電壓的幾倍到幾十倍。 （ 2）常用的抗干擾措施 電網(wǎng)干擾及抗干擾措施 37 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。 上述四種干擾，危害性最大的 是來自電網(wǎng)的干擾和來自地線的干擾，其次為來自信號通道的干擾，而來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?，基本上就可解決。 抗干擾技術(shù)主要是從干擾進入電子系統(tǒng)的通路上來采取抑制措施。 干擾是客觀存在的，在工業(yè)現(xiàn)場往往又是不可避免的，不可能 36 為了電子電路的可靠運行而去清除干擾源，那是不現(xiàn)實的。電子系統(tǒng)內(nèi)的噪聲信號，尤其是功率級內(nèi)高頻振蕩電路和功率開關(guān)電路所產(chǎn)生的噪聲信號是系統(tǒng)內(nèi)部的主 要干擾源。因此，設(shè)計者必須結(jié)合具體電路的實際情況，在實踐中去解決抗干擾問題。因此，干擾與抗干擾成為電子電路設(shè)計中的一個非常重要的內(nèi)容。 （ 10）列出參考文獻，格式為作者、文獻名、刊物名、出版單位、出版時間、卷號和頁碼。 （ 9）所用元器件的編號列表。應(yīng)列出名稱、型號、生產(chǎn)廠家等； 測試的數(shù)據(jù)、波形，必要時應(yīng)與計算結(jié)果比較并進行誤差分析； 組裝與調(diào)試的方法、技巧和注意事項； 調(diào)試中出現(xiàn)的故障及其診斷與排除方法。 （ 6）繪出總體電路圖及必要的波形圖 ，并說明電路的工作原理。 34 （ 4）總體方案選擇的論證，內(nèi)容包括曾考慮過的各方案框圖、簡要原理和優(yōu)缺點以及所選定方案的理由等。 （ 2）內(nèi)容提要。因此，調(diào)試之后很可能要對前面的“選擇元器件和參數(shù)計算”一節(jié)中所確定的方案再作修改，最后完成實際的總體電路，制作出符合設(shè)計要求的電子設(shè)備來。如斷開負(fù)載電路仍不能正常工作，則要檢查輸入信號波形是否符合要求。 當(dāng)遇到電路中某個元器件靜態(tài)正常而動態(tài)有問題時，不要急于 33 更換元件，應(yīng)首先檢查電路本身的負(fù)載能力及提供輸入信號信號源的負(fù)載能力。 前面介紹的通用方法對一般電子電路都適用，但它具有一定的盲目 性，效率低。在這個閉環(huán)回路中只要有一個模塊出故障，則整個系統(tǒng)都存在故障現(xiàn)象。如果懷疑某個元器件損壞，必須對它進行單獨測試，并對已損壞的元器件進行更換。在實驗、實習(xí)中大量使用的是中規(guī)模集成電路，由于它的接線端比較多，使用時會將接線端 接錯，從而造成故障。 D． 斷開故障模塊輸出端所接的負(fù)載，可以判斷故障來自模塊本身還是負(fù)載。 C． 測量元器件接線端的電源電壓。查找模塊內(nèi)部故障的步驟如下： A． 檢查用于測量的儀器是否使用得當(dāng)。查找的順序可以從輸入到輸出，也可以從輸出到輸入。 D． 誤操作。 B． 元器件使用不當(dāng)。 假如是原來正常運行的電子電路，使用一段時間出現(xiàn)故障，其原因可能是元器件損壞，或連線發(fā)生短路，也可能是使用條件的變化影響電子設(shè)備的正常運行。分析和排除故障的過程，就是從故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測試，做出分析判斷、逐步找出問題的過程。出現(xiàn)故障時，不要手忙腳亂，馬虎從事，要認(rèn)真查找故障原因，仔細(xì)作出判斷，切不可一遇到故障解決不了時就 拆線重新安裝，因為重新安裝的線路仍然存在各種問題，況且原理上的問題也不是重 30 新安裝電路就能解決的。通過收集第一手資料可以幫助自己積累實際經(jīng)驗，切不可低估記錄的重要作用。 D． 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和檢測，還要認(rèn)真記錄，包括記錄觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)、波形及相位關(guān)系，必要時在記錄中應(yīng)附加說明，尤其是那些和設(shè)計不符合的現(xiàn)象更是記錄的重點。 B． 測試儀器和被測電路應(yīng)具有良好的共地，只有使儀器和電路之間建立一個共地參考點，測試的結(jié)果才是準(zhǔn)確的。使用示波器時，最好把示波器信號輸入方式置于“ DC”檔，即采用直流耦合方式可以同時觀察被測信號的交、直流成分。整機聯(lián)調(diào)只需要觀察動態(tài)結(jié)果，即把各種測量儀器及系統(tǒng)本身顯示部分提供的信息與設(shè)計指標(biāo)逐一比較，找出問題，然后進一步修改電路參 數(shù)，直到完全符合設(shè)計要求為止。 E． 整機聯(lián)調(diào) 對于復(fù)雜的電子電路系統(tǒng)，在分塊調(diào)試的過程中，由于是逐步擴大調(diào)試范圍，故實際上已完成了某些局部聯(lián)調(diào)工作。模擬電路比較復(fù) 雜，而對數(shù)字電路來說，由于集成度比較高， 28 一般調(diào)試工作量不大，只要元器件選擇合適，邏輯關(guān)系就不會有太大問題。 靜態(tài)調(diào)試一般指在沒有外加信號的條件下測試電路各點的電位，如測試模擬電路的靜態(tài)工作點，數(shù)字電路的各輸入、輸出電平及邏輯關(guān)系等，將測試獲得的數(shù)據(jù)與設(shè)計值進行比較，若超出指標(biāo)范圍，應(yīng)分析原因，并進行處理。比較理想的調(diào)試程序是按信 號的流向進行，這樣可以把前面調(diào)試過的輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后的聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。下面介紹分塊調(diào)試。另一種方法是整個電路安裝完畢后，實行一次性調(diào)試。 調(diào)試的方法有兩種。測試是在安裝后對電路的參數(shù)及工作狀態(tài)進行測量，調(diào)整則是在測試的基礎(chǔ)上對電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)進行修正，使之滿足設(shè)計要求。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，待故障排除后方可重新通電。 C． 通電檢查 把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源電壓加入電路，但暫不接入信號源信號。使用萬用表對檢查連線很有幫助。查線的方式有兩種：一種是按照設(shè)計電路接線圖檢查安裝電路，在安裝好的電路中按電路圖一一對照檢查接線；另一種方法是按照實際線路，對照電路原理圖按兩個元件接線端之間的連線去向檢查。因此，調(diào)試必須按一定的方法和步驟進行。 （ 2）電子電路的調(diào)試 電子電路的調(diào)試在電子工程中占有重要地位，是對設(shè)計電路的正確與否及性能指標(biāo)的檢測過程，也是初學(xué)者實踐技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。 正確的組裝方法和合理的布局，不僅可使電路整齊美觀、工作可靠 ，而且便于檢查、調(diào)試和故障的排除。 為了便于查線，可根據(jù)連接線的不同作用選擇不同顏色的導(dǎo)線，一般習(xí)慣是正電源用紅色線，負(fù)電源用藍(lán)色線，地線用黑色線，信號線用黃色線等。 24 組裝分立元件時應(yīng)使標(biāo)志朝上或朝向易于觀察的方向，以便于查找和更換。無論采用哪種方法均應(yīng)注意以下幾個方面： 所有元器件在組裝前應(yīng)盡可能全部測試一遍，以保證所用元器件均合格。 （ 1）電子電路的安裝 簡單的電子電路安裝可在接插板（面包板）上完成。它是把理論付諸于實踐的階段，也是將理論電路轉(zhuǎn)換為實際電路和電子設(shè)備的過程。 （ 2）審圖 因為在設(shè)計過程中有些問題難免考慮不周，所以在畫出總電路圖之后，要進行全面審查，審圖時應(yīng)注意以下幾點： 先從全局出發(fā)，檢查總體方案是否合適，有無問題，再檢查各單元電路的原理是否正確，電路形式是否合適； 檢查各單元電路之間的配合有無問題； 檢查電路圖中有無煩瑣之處，是否可以簡化； 要特別注意電路圖中各元器件是否工作在額定值范圍內(nèi)，以免實驗時損壞； 解決所發(fā)現(xiàn)的全部問題后，若改動較多，應(yīng)當(dāng)復(fù)查一遍。 如果電路比較復(fù)雜，設(shè)計者經(jīng)驗不足，有些問題在畫出總體電路之前難以解決，可以先畫出總電路圖的草圖，調(diào)整好布局和連線之后，再畫出正式的總電路圖。除中大規(guī)模器件外，其余元器件的符號應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化。 電路圖中的大規(guī)模集成電路，通常用方框圖表示。電路圖的安排要緊湊、協(xié)調(diào)，疏密恰當(dāng) ，避免出現(xiàn)有的地方畫的很密，有的地方卻空出一大塊。連線要盡量短。連線通常畫成水平線或豎線，一般不畫斜線。 盡量把總電路圖畫在同一張紙上，如果電路比較復(fù)雜，一張圖畫不下，應(yīng)把主電路畫在同一張紙上，而把一些比較獨立或次要的部分（例如直流穩(wěn)壓電源）畫在另一張或幾張紙上，并用適當(dāng)?shù)姆绞秸f明各圖之間的信號關(guān)系。 （ 1）畫總電路圖的一般方法 畫總電路圖應(yīng)注意信號的流向，通常從輸入端或信號源畫起，由左到右或由上到下按信號的流向的主通道依次畫出單元電 21 路。 4. 總體電路圖設(shè)計 設(shè)計好各單元電路以后，應(yīng)畫出總電路圖。 在滿足性能指標(biāo)和上述