D觸發器在改進編碼檢測電路中的運用

李達文 詹永飛

摘 要：介紹了D觸發器的工作原理以及74HC74觸發器的功能，針對編碼檢測電路存在的故障鎖存問題，提出了利用74HC74觸發器改進檢測電路的措施，并對改進后的編碼檢測電路進行了分析，結果表明電路可行。

關鍵詞：D觸發器 74HC74 檢測電路 故障鎖存

中圖分類號：TM57 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0185-02

1 D觸發器的基本原理

1.1 觸發器的基本概念

觸發器是用于存儲一位二進制信號的基本單元電路，具有記憶功能。觸發器具備兩個基本特點：一是具有兩個自行保持的穩定狀態0和1；二是在不同的輸入信號作用下，能夠置成0狀態或1狀態。所有的觸發器都具有兩個輸出端Q和，所謂觸發器的0狀態是值輸出端處于Q=0，=1狀態；觸發器的1狀態是指輸出端處于Q=1，=0狀態。

1.2 D觸發器的工作原理

凡是在時鐘信號作用下，具有置0、置1功能的觸發器，叫做D觸發器。我們以利用CMOS傳輸門的邊沿觸發器為例對D觸發器的工作原理進行分析。

利用CMOS傳輸門的D觸發器，如圖1所示，其電路結構上是由兩個觸發器構成，一主一從，但是該觸發器的動作特點與主從RS觸發器和JK觸發器完全不同。

工作原理：CP=0時，TG1和TG4導通，TG2和TG3截止。由于TG1導通，D信號能夠傳輸到G1門的輸入端，使得主觸發器的Q′=D，但是由于此時TG2截止，所以主觸發器的狀態無法保持，Q′始終隨著D而變化；又由于TG3截止，TG4導通，所以從觸發器的狀態能夠保持不變。當CP出現上升沿時，即CP=1時，TG1和TG4截止，TG2和TG3導通。由于TG1截止，D信號不能被傳輸到G1門的輸入端，此時D信號的變化，不能影響主觸發器的狀態，又由于TG2導通，所以CP上升沿到來前一瞬間D的狀態被傳輸到主觸發器，并被主觸發器保持下來；而此時TG3導通，所以主觸發器的狀態被傳輸到從觸發器，即Q=Q′=D，雖然此時TG4截止，從觸發器的狀態不能自行保持，但是由于Q始終等于Q′，而Q′保持不變，故從觸發器的狀態能夠得到保持。

根據上述工作原理，可得到利用CMOS傳輸門的D觸發器的特性方程為：

Qn+1=DQn+Dn

化簡得：Qn+1=D。

2 編碼檢測電路存在的問題

DX-600中波發射機是由美國哈里斯公司生產的全固態中波發射機，該機器系統龐大、電路結構復雜、故障檢測繁瑣，維護量大，維護難度高。該機器主要由3個功放單元、合成器、控制單元以及附屬設備組成，主要包括射頻信號系統、音頻信號系統、控制與檢測系統，其中控制與檢測系統是核心。其工作原理是模擬的音頻信號經過A/D轉換后變成12BIT的數字信號，并經調制編碼成為功放模塊導通與否的控制信號，各導通模塊輸出進行合成，合成輸出電壓取決于瞬時功放模塊導通的數目，輸出經過匹配濾波，最終由四塔定向天線發射出去。

在DX-600中波發射機中，每個功放單元均有7塊調制編碼板，調制編碼板的主要作用是將數字化的音頻信號編碼成控制功放模塊導通的調制信號，該電路板主要包括調制編碼的控制與檢測電路。由于7塊調制編碼板的控制與檢測輸出部分都是并聯的，作為整機調制最重要的部分，一旦某塊板出現故障，立即造成機器故障關機，無法再開啟，對安全播出影響巨大。

如圖2所示，該電路是調制編碼板的編碼故障檢測電路部分，當調制編碼各部分正常工作時，將送出高電平信號給緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出低電平信號，此時三極管Q5不導通，R54鉗在高電平位置，J8-33輸出高電平正常信號，同時DS9不亮；當調制編碼出現電源等故障時，將送出低電平信號給緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出高電平信號，此時三極管Q5導通，R54被拉低，J8-33輸出低電平正常信號，送到控制板執行關機命令，同時故障檢測燈DS9亮紅燈，指示編碼電源故障。由于7塊調制編碼板的檢測輸出是并聯的，當其中一塊調制編碼板出現故障時，因為該板的故障檢測燈DS9無法鎖存指示，所以無法判斷故障是哪塊編碼板引起的，而且更換一塊電路板至少需要5 min，即使用排除法也要二三十分鐘，容易造成嚴重的停播事故。我臺發射機曾經出現過類似的調制編碼板電源故障，但是由于故障檢測燈DS9不能鎖存，而且功放單元發生故障后立即關機了，無法判斷故障來源，只能采取逐一更換電路板的方法來排除，時間久，效率低，嚴重影響了播出安全和播出效果。

3 編碼檢測電路的改進

3.1 74HC74觸發器

如圖3所示，該表為74HC74的功能表，74HC74為單輸入端的雙D觸發器，其觸發原理：當SET端為高電平、CLR端為低電平時，無論輸入D端和時鐘CP為任何狀態，觸發器輸出Q端均為低電平；當SET端、CLR端為高電平時，此時若輸入D端和CP也為高電平，則觸發器輸出Q端為高電平。

3.2 改進的檢測電路

針對原電路無法鎖存的問題，結合74HC74觸發器的功能原理，我們對電路進行改進，設計了以D觸發器為主的編碼檢測鎖存電路。如圖4所示，該電路與原電路相比，增加了74HC74觸發器和S10復位開關。

電路原理：當調制編碼各部分正常工作時，故障檢測信號為高電平，經緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出低電平信號，此時三極管Q5不導通，R54鉗在高電平位置，J8-33輸出高電平正常信號；同時送到U1的CP端為低電平，U1不觸發，Q端輸出保持低電平，DS9不亮；當調制編碼出現電源等故障時，故障檢測信號變為低電平，經緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出高電平信號，此時三極管Q5導通，R54被拉低，J8-33輸出低電平正常信號，送到控制板執行關機命令；同時送到U1的CP端和D端均為高電平，U1觸發，Q端輸出高電平，DS9亮紅燈并鎖存。此時可根據DS9的指示快速找到發生故障的調制編碼板，按S10開關可將DS9復位。

4 結語

經過實驗論證，確定改進后的編碼檢測電路能夠實現故障指示的實時鎖存以及復位功能，使技術員能夠立刻找到故障點，迅速排除故障，而且故障排除時間縮短至僅為原先的1/10，實踐證明效果很好，而且具有推廣價值。DX系列的中波發射機雖然是目前最世界上最先進的全固態中波發射機之一，但是設計也是會有不足之處的，我們在日常維護中需要多思考，多總結，并對相關電路進行改進，更好地保證安全播出。

參考文獻

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