【正文】 的一部分，這時可以通過擴展的方法（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，就不宜采用這些器件來設(shè)計所需的邏輯電路了。 47 根據(jù)邏輯函數(shù)式對照比較的結(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，畫出設(shè)計的邏輯電路圖。 2. 時序邏輯電路的設(shè)計 在設(shè)計時序邏輯電路時，要求設(shè)計者根據(jù)給出的具體邏輯問題，求出實現(xiàn)這一邏輯功能的邏輯電路，所得到的設(shè)計結(jié)果力求簡單。 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。對中、大規(guī)模集成電路，最簡的標(biāo)準(zhǔn)則是使用的集成電路數(shù)目最少、種類最少、相互之間的連線最少。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)。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)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號。 按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 （ 2）狀態(tài)化簡 若兩個電路狀態(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。狀態(tài)化簡的目的就在于將等價狀態(tài)合并，以求得最簡的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 （ 3）狀態(tài)分配 狀態(tài)分配又稱為狀態(tài)編碼，時序邏輯電路的狀態(tài)是用觸發(fā)器狀態(tài)的不同組合來 表示的。首先，需要確定觸發(fā)器的數(shù)目 n ，因為 n個觸發(fā)器共有 2n種狀態(tài)組合，所以為獲得時序電路所需的 M個狀態(tài)，必須取 2n1＜ M≤ 2n。其次，要給每個電路狀態(tài)規(guī)定對應(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 49 工作稱為狀態(tài)編碼。 （ 4）確定觸發(fā)器的類型并求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程 因為不同邏輯功能的觸發(fā)器驅(qū)動方式不同，所以用不同類型觸發(fā)器設(shè)計出來的電路也不一樣，在設(shè)計具體的電路前，必須選定觸發(fā)器的類型，同時還應(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。 （ 5）畫 邏輯圖 根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。 （ 6）檢查 檢查設(shè)計的電路能否自啟動。 如果電路不能自啟動，則需要采取措施加以解決，一種方法是在電路開始工作時，通過預(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。 第三章 電子電路安裝技術(shù) 50 電子電路設(shè)計完畢后，需要進行電路安裝。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，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 51 這是一個空間布局的問題。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)雜的場合時 ，布局是十分艱難的，常常要對多個布局方案進行比較。 整體結(jié)構(gòu)布局沒有固定的模式，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，要開鑿?fù)L(fēng)孔，必要時加裝小型排風(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)盡可能遠離發(fā)熱部件。 （ 4）注意電磁干擾對電路正常工作的影響。 容易接受干擾的 52 元器 件（如高放大倍數(shù)的放大器的第一級）應(yīng)盡可能遠離干擾源（如變壓器、高頻振蕩器、繼電器、接觸器等）。當(dāng)遠離有困難時，應(yīng)采取屏蔽措施（即將干擾源屏蔽或?qū)⒁资芨蓴_的元器件屏蔽起來）。此外，輸入級也應(yīng)盡可能遠離輸出級。 （ 5）注意電路板的分塊與布置。 如果電路規(guī)模不大或電路規(guī)模雖大但安裝空間沒有限制，則盡可能采用一塊電路板，否則采用多塊電路板。分塊的原則是按電路功能分塊，不一定一塊電路一個功能，可以一塊電路有幾個功能。電路板的布置可以采用臥式或立式，這要視具體空間而定。不論采用哪一種，都應(yīng)考慮到安裝、調(diào)試和檢修的方便。 此外，與指示和顯示有關(guān)的電路板最好是安裝在面板附近。 （ 6）注意連線的相互影響。 強電流線與弱電流線應(yīng)分開走，輸入級的輸入線應(yīng)與輸出級的輸出線分開走。 （ 7）操作按鈕、調(diào)節(jié)按鈕、指示器與顯示器都應(yīng)安裝在裝置的面板上。 （ 8）注意安裝、調(diào)試和維修的方便，并盡可能注意整體布局 53 的美觀。 前面的七項布局原則是從技術(shù)角度出發(fā)提出來的。在盡量滿足這些原則的前提下，應(yīng)特別注意安裝、調(diào)試和維修方便，以及整體美觀。否則就不是一個好的整體布局，甚至是一個無法實現(xiàn)的整體布局。 2. 電路板結(jié)構(gòu)布局 在一塊板上按電路圖把元器件組裝 成電路，其組裝方式通常有兩種：插接方式和焊接方式。插接方式是在面包板上進行，電路元器件和連線均接插在面包板的孔中；而焊接方式是在印刷板上進行，電路元器件焊接在印刷板上，電路連線則為特制的印刷線。 不論是哪一種組裝方式，首先必須考慮元器件在電路板上的結(jié)構(gòu)布局問題。布局的優(yōu)劣不僅影響到電路板的走線、調(diào)試、維修以及外觀，也對電路板的電器性能有一定影響。 電路板結(jié)構(gòu)布局沒有固定的模式，不同的人所進行的布局設(shè)計有不同的結(jié)果，但無論如何，以下的布局原則可以參考： 54 （ 1）首先布置主電路的集成塊和晶體管的位置。 安排的原則是 ，按主電路信號流向的順序布置各級的集成塊和晶體管。當(dāng)芯片多，面板面積有限時，則布成一個“ U”字型，“ U”字型的口一般盡量靠近電路板的引出線處，以利于第一級的輸入線、末級的輸出線與電路板引出線之間的連線。此外，集成塊之間的距離（即空余面積）應(yīng)視其周圍元器件的多少而定。 （ 2）安排其他電路元器件（如電阻、電容、二極管）的位置。其原則是，按級就近布置。即各級元器件圍繞各級的集成塊或晶體管布置。如果有發(fā)熱量較大的元器件，則應(yīng)注意它與集成塊或晶體管之間的間距應(yīng)足夠大。 （ 3）連線布置。 其原則是，第一級輸入線與末級的輸 出線，強電流線與弱電流線、高頻線與低頻線等應(yīng)分開走，其間距應(yīng)足夠大，避免相互干擾。 （ 4）合理布置接地線。 為避免各級電流通過地線時產(chǎn)生相互間的干擾，特別是末級電流通過地線對第一級的干擾，以及數(shù)字電路部分電流通過地線對模擬電路產(chǎn)生干擾，通常采用地線割裂法使 55 各級地線自成回路，然后再分別一點接地，如圖 31（ a）所示。換言之，各級的地是割裂的，不直接相連，然后再分別接到公共地線上。 圖 31 地線布置圖 （ a） 一點接地 （ b） 串聯(lián)接地 根據(jù)上 述一點接地的原則，布置地線時應(yīng)注意如下幾點： 輸出級與輸入級不允許共用一條地線。 數(shù)字電路與模擬電路不允許共用一條地線。 輸入信號的“地”應(yīng)就近接在輸入級的地線上。 輸出信號的“地”應(yīng)接公共地，而不是輸出級的“地”。 各種高頻和低頻退耦電容的接“地”端應(yīng)遠離第一級的地。 顯然，上述單點接地的方法可以完全消除各級之間通過地線產(chǎn) 56 生的相互影響，但接地方式比較麻煩，且接地線比較長，容易產(chǎn)生寄生振蕩。因此在印刷電路板的地線布置上常采用另一種地線布置方式，即串聯(lián)接地方式，如圖 31（ b）所示，各級的 地線直接相連后再接到公共地上。 在這種接地方式中，各級地線可就近相連，接地比較簡單，但因存在地線電阻（如圖中虛線所示），各級電流通過相應(yīng)的地線電阻產(chǎn)生干擾電壓，影響各級的工作。為了盡量抑制這種干擾，常常采用加粗和縮短地線的方法，以減小地線電阻。 （ 5）電路板的布局還應(yīng)注意美觀和檢修方便。 為此集成塊的安置方式應(yīng)盡量一致，不要橫豎不一，電阻、電容等元器件也應(yīng)如此。 二、元器件插接與焊接技術(shù) 前面已提到元器件在電路板上的組裝方式有插接和焊接兩種，現(xiàn)分別介紹如下。 57 1. 插接方式 （ 1）常用的兩種面包板結(jié)構(gòu) 圖 32是兩種面包板正面結(jié)構(gòu)圖。面包板是一個有許多小方孔的塑料板，每個小方孔內(nèi)裝有供插接元器件引腳或?qū)Ь€的金屬簧片。因此，電路元器件和連線可以插入小孔中，組裝成任何要求的電路。 圖 32 面包板正面結(jié)構(gòu)圖 58 （ a） 兩側(cè)各一條插孔 （ b） 兩側(cè)各二條插孔 圖 32（ a）畫出的面包板的結(jié)構(gòu)為：板中間有一條無孔的槽，槽的兩邊各有 65 5 個插孔，縱向每邊 5 個孔為一組（ ABCDE 或FGHIJ），且 5 個孔中的金屬簧片是連通的，因此槽的兩邊有 65 組插孔。所有插孔之間的中心距離與集 成塊引腳間的中心距離（ ）相等。雙列直插式集成塊安裝在無孔的槽上，其引腳插于槽兩邊的插孔中，如圖 33 所示。由于每個引腳只占一個孔，因此，一組插孔中還有 4 個孔可作為該引腳與其他元器件連接的引出端，使接線十分方便。此外，面包板最外邊各有一條 11 5的小插孔（如圖中 X和 Y標(biāo)記），每 5個孔是相通的。各組之間是否相通，各廠家產(chǎn)品不同，使用前要用萬用表測量一下。此兩條插孔一般可作為公共信號線、接地線和電源線的插接孔。圖中四角上的圓孔為面包板安裝孔。 圖 32（ b）所示的面包板和圖 32（ a）的不同之處在于最 外邊的插孔。前者為兩條 11 5的插孔，且每一條的孔是相通的，而后者為一條 11 5 的插孔，且只 5個組的孔是相通的。因此，前者每 59 一條插孔作公共信號線、地線和電源線時，提供的孔比較多，使用起來比較方便。另外，這種面包板的背面貼有一層泡沫塑料，用于防止靜電。 一塊面包板的面積是有限的，當(dāng)電路規(guī)模比較大時，可用多塊面包板拼起來使用。 （ 2）插接技術(shù) 在面包板上插接元器件組裝電路前，同樣有個布局的問題，其布局的原則基本上同前述的電路板結(jié)構(gòu)布局的原則，但有一個限制條件，這就是集成塊的位置不能隨意布置，必須插在面包板中間槽的兩邊，如圖 33 所示。 圖 33 雙列直插式集成塊插入面包板的方式 60 在面包板上組裝電路應(yīng)注意以下幾點： 所有集成塊的插入方向要保持一致，以便于正確布線和查線。不能為了臨時走線方便或能縮短導(dǎo)線長度而把集成塊倒插。 對多次用過的集成塊的引腳，必須修理整齊，引腳不能彎曲，所有的引腳應(yīng)稍向外偏，以使引腳與插孔接觸良好。 分立元件插接時，不用剪斷引線，以利于重復(fù)使用。為了防止裸露的導(dǎo)線及引腳短路，必須套上套管。 關(guān)于連線的插接。準(zhǔn)備連線時，通常用 的單股硬導(dǎo)線（導(dǎo)線太細易接觸不良 ，太粗會損傷插孔）。根據(jù)布線要求確定連線長度，并剪好導(dǎo)線，剝?nèi)?dǎo)線兩頭絕緣皮（剝?nèi)?6mm左右為宜），然后把導(dǎo)線兩頭彎成直角。把準(zhǔn)備好的連線插入相應(yīng)位置的插孔內(nèi)。插接連線時，應(yīng)用鑷子夾住導(dǎo)線后垂直插入或拔出插孔，不要用手插拔，以免把導(dǎo)線插彎。 連線要求貼緊面包板，不要留空隙。為了查線和美觀，連線應(yīng)用不同的顏色（一般情況，正電源線用紅色，負電源線用藍色，地線用黑色，信號線用黃色），連線也應(yīng)盡量采用橫平豎直的布線， 61 不準(zhǔn)連線跨接在集成塊上，也不準(zhǔn)導(dǎo)線重疊。一個插孔只準(zhǔn)插一根線。 插孔允許通過的電流不能過大（ 500mA 以下），因此電流大的負載不能用插孔接線，必須改用其他接線方式。 用插接方式組裝電路的最大優(yōu)點是：不用焊接，不用制印刷板，容易更改線路和器件，而且可以多次使用，使用方便，造價低廉，因此，在產(chǎn)品研制、開發(fā)過程中和課程設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。但是插接方式最大的缺點是：插孔經(jīng)多次使用后，其簧片會變松，彈性變差，容易造成接觸不良，而這種問題往往是很難查找的。所以應(yīng)選購簧片質(zhì)量好的面包板，對多次使用后的面包板應(yīng)從背面揭開，取出彈性差的簧片，用鑷子加以調(diào)整，使彈性增強，以延長面包板的使用壽命。 2. 焊接方式 用焊接方式組裝電路的主要工作是在印刷電路板上焊接元器 62 件。這種方式不太適合在實驗教學(xué)中應(yīng)用，因此，這里暫不予以介紹。 三、半導(dǎo)體器件引腳識別 半導(dǎo)體器件種類繁多，引腳數(shù)目與功能各異，初學(xué)者往往感到茫然，然而器件引腳的識別又是組裝電路所必須的知識。應(yīng)學(xué)會準(zhǔn)確地識別各種元器件的引腳，以免出錯而造成人為故障或事故。 準(zhǔn)確識別器件的引腳，最可靠的方法還是查閱器件手冊。