電工電子平臺(tái)查錯(cuò)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭映旭

摘 要：本文從功能分析入手，分模塊研究功能實(shí)現(xiàn)，論述了查錯(cuò)功能的設(shè)計(jì)思路及過(guò)程。詳細(xì)敘述了功能輸入電路的設(shè)計(jì)構(gòu)思及實(shí)現(xiàn)。并綜合介紹了計(jì)算機(jī)并行口，敘述了功能實(shí)現(xiàn)部分的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：差錯(cuò)功能;功能輸入;功能實(shí)現(xiàn)

一、引言

電工電子試驗(yàn)臺(tái)查錯(cuò)功能的設(shè)計(jì)將分為兩部分來(lái)設(shè)計(jì)，一部分是功能選擇輸入部分，另一部分則是功能實(shí)現(xiàn)部分，即繼電器發(fā)生動(dòng)作。本文主要敘述查錯(cuò)功能電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

二、電工電子平臺(tái)查錯(cuò)功能設(shè)計(jì)方法及步驟

電工電子平臺(tái)查錯(cuò)功能設(shè)計(jì)將查錯(cuò)功能分成兩部分，分功能塊設(shè)計(jì)，然后再將兩部分整合成一個(gè)完整的模塊實(shí)現(xiàn)既定的功能。具體的設(shè)計(jì)步驟依然是在功能分析的基礎(chǔ)上提出電路設(shè)計(jì)的方案;調(diào)試各部分具體電路;分析各部分電路的測(cè)試結(jié)果;最終確定設(shè)計(jì)的電路并PCB制板。

三、功能輸入部分的設(shè)計(jì)

（一）功能描述

功能輸入部分的功能主要是為用戶提供一個(gè)功能選擇的面板，同時(shí)將用戶選擇的功能以相應(yīng)的信號(hào)輸出。用戶功能一共包括0～F共十六個(gè)功能。用戶功能的輸入方式包括手動(dòng)輸入和計(jì)算機(jī)輸入。

（二）電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

輸入電路的任務(wù)是要根據(jù)用戶選擇的功能，輸出不同的信號(hào)。而擬設(shè)計(jì)可供選擇的功能共有16種。這主要是考慮到二進(jìn)制信號(hào)的特點(diǎn)。一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)有0，1兩種可能，兩個(gè)二進(jìn)制信號(hào)則有22種排列組合，三個(gè)有23種，所以在這里設(shè)計(jì)了16個(gè)功能，可以用4個(gè)二進(jìn)制信號(hào)來(lái)表示。在實(shí)驗(yàn)中16個(gè)功能不一定全用，可根據(jù)實(shí)際情況選用。這樣設(shè)計(jì)的目的是為以后系統(tǒng)的升級(jí)留下余地。

（1）手動(dòng)選擇設(shè)計(jì)方案

輸出二進(jìn)制邏輯信號(hào)的初步電路設(shè)計(jì)是非常簡(jiǎn)單的，其設(shè)計(jì)可以類同第三章八路邏輯開(kāi)關(guān)量輸出電路的設(shè)計(jì)，只需使用一個(gè)有三引腳的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的左右兩個(gè)引腳分別接+5V電源接地，中間的引腳用來(lái)輸出邏輯信號(hào)。當(dāng)需要手動(dòng)選擇功能時(shí)，可以依次撥動(dòng)四個(gè)類似的開(kāi)關(guān)，輸出不同的信號(hào)。

（2）計(jì)算機(jī)選擇方案設(shè)計(jì)

初步設(shè)想由實(shí)驗(yàn)者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)上的功能選項(xiàng)，再通過(guò)軟件，將所選功能以相應(yīng)信號(hào)輸出。由于配合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的虛擬示波器的數(shù)據(jù)采集電路通過(guò)并行口與計(jì)算機(jī)相連，為了利用已有的電路與軟件，功能選擇信號(hào)輸出擬采用并行口輸出。

（3）方案設(shè)計(jì)分析與實(shí)現(xiàn)

輸入電路的輸出信號(hào)的產(chǎn)生：一路信號(hào)輸出是由硬件電路實(shí)現(xiàn)，另一路是由計(jì)算機(jī)并口實(shí)現(xiàn)。要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是協(xié)調(diào)兩路信號(hào)的控制方式，即其中一路信號(hào)起作用時(shí)則另一路應(yīng)無(wú)效。

本文設(shè)計(jì)的手動(dòng)邏輯電路如圖1 （A）所示。電路中R1為上拉電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，電路導(dǎo)通，輸出Uo為低電平。若S1斷開(kāi)，電路不導(dǎo)通，輸出Uo為高電平。在這里只需要一個(gè)普通開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)高低電平輸出。

圖1（B）所示電路為圖1 （A）的改進(jìn)電路。電路中增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)二極管。其中D0為計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)。當(dāng)S2斷開(kāi)時(shí)，無(wú)論S1斷開(kāi)與否，Ui的值始終為高電平。并且在輸出端加上了一個(gè)二極管，這樣Uo將完全取決于計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)Do，而與手動(dòng)部分無(wú)關(guān)。

本文為了使手動(dòng)部分工作時(shí)，輸出結(jié)果Uo取決于手動(dòng)輸出，而與D。無(wú)關(guān)。采用的設(shè)計(jì)思路是使手動(dòng)工作時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出不工作，D。始終處于高電平。

當(dāng)Do始終處于高電平時(shí)，若手動(dòng)部分輸出低電平，二極管導(dǎo)通，最終輸出Uo被拉低成低電平。當(dāng)Ui為高電平時(shí)，二極管不導(dǎo)通，輸出U0由D。決定，而D。為高電平，Uo亦為高電平。結(jié)果可使Uo的輸出與Ui完全一致。

計(jì)算機(jī)輸出部分的電路的設(shè)計(jì)要求是該電路不工作時(shí)，輸出始終為高電平，如圖2所示，Di為計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)，與非門(mén)的一個(gè)輸入端與計(jì)算機(jī)輸出相連，另一個(gè)輸入端通過(guò)上拉電阻R接正電源。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)時(shí)，則與非門(mén)的輸入端電平一個(gè)為高電平，另一個(gè)由Di的狀態(tài)決定，此時(shí)輸出端的邏輯狀態(tài)取決于Di ;當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，帶上拉電阻的那一端由高電平變?yōu)榈碗娖?。無(wú)論Di端的狀態(tài)如何，輸出D。始終為高電平。這樣欲使該電路的輸出有效，只需將開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)：欲使該電路不工作，就將開(kāi)關(guān)閉合。

聯(lián)接圖1和圖2所構(gòu)成的選擇電路如圖3所示。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)時(shí)，功能選擇采用計(jì)算機(jī)選擇，無(wú)論手動(dòng)部分的S1是斷開(kāi)還是閉合，輸出Uo將由計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)D。決定，而此時(shí)D。的值由Di決定;當(dāng)開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)，采用手動(dòng)輸入，D。始終為高電平，當(dāng)手動(dòng)部分的S1閉合時(shí)，Uo為低電平，S1斷開(kāi)時(shí)，Uo為高電平。當(dāng)然這里只是一位信號(hào)產(chǎn)生的電路圖，要產(chǎn)生四位信號(hào)的電路原理是相同的。

四、功能實(shí)現(xiàn)部分的設(shè)計(jì)

功能實(shí)現(xiàn)部分的功用實(shí)際上就是依據(jù)輸入的不同信號(hào)，相應(yīng)的繼電器發(fā)生動(dòng)作，使實(shí)驗(yàn)電路斷開(kāi)或閉合。

選擇功能的個(gè)數(shù)是16個(gè)，從0～F。每一個(gè)功能都將對(duì)應(yīng)一個(gè)繼電器，這樣每選擇一項(xiàng)功能時(shí)，就會(huì)有一個(gè)繼電器動(dòng)作（功能0除外，當(dāng)選擇該功能時(shí)，實(shí)驗(yàn)電路為正常工作狀態(tài)，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作）。所以繼電器數(shù)量設(shè)計(jì)為15個(gè)。那么自然控制信號(hào)也應(yīng)該有15個(gè)。對(duì)于該部分電路，它的輸入是4個(gè)功能選擇信號(hào)，它的輸出則是15個(gè)控制信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能，只需要使用一個(gè)4-16譯碼器即可。多出的一個(gè)控制信號(hào)可以不接繼電器。在這里選用了帶鎖存器的譯碼器，其示意圖如圖4所示。

每個(gè)輸出信號(hào)將控制一個(gè)繼電器動(dòng)作。但是考慮到譯碼器正常工作時(shí)，S1—S16每個(gè)引腳的電流一般為l 0mA左右，且輸出電壓較低，用它直接輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器發(fā)生動(dòng)作顯然不可能。所以還應(yīng)該為它加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)接口。驅(qū)動(dòng)接口需采用ULN280×系列的達(dá)林頓陣列即可。將S1—S16作為達(dá)林頓陣列的輸入，由于是16個(gè)信號(hào)，所以選用兩個(gè)達(dá)林頓陣列芯片。達(dá)林頓管的輸出直接驅(qū)動(dòng)接繼電器。

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