郭映旭

摘 要：本文從功能分析入手，分模塊研究功能實現(xiàn)，論述了查錯功能的設(shè)計思路及過程。詳細(xì)敘述了功能輸入電路的設(shè)計構(gòu)思及實現(xiàn)。并綜合介紹了計算機并行口，敘述了功能實現(xiàn)部分的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：差錯功能;功能輸入;功能實現(xiàn)

一、引言

電工電子試驗臺查錯功能的設(shè)計將分為兩部分來設(shè)計，一部分是功能選擇輸入部分，另一部分則是功能實現(xiàn)部分，即繼電器發(fā)生動作。本文主要敘述查錯功能電路的設(shè)計與實現(xiàn)方法。

二、電工電子平臺查錯功能設(shè)計方法及步驟

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

三、功能輸入部分的設(shè)計

（一）功能描述

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

（二）電路的設(shè)計與實現(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。而擬設(shè)計可供選擇的功能共有16種。這主要是考慮到二進制信號的特點。一個二進制信號有0，1兩種可能，兩個二進制信號則有22種排列組合，三個有23種，所以在這里設(shè)計了16個功能，可以用4個二進制信號來表示。在實驗中16個功能不一定全用，可根據(jù)實際情況選用。這樣設(shè)計的目的是為以后系統(tǒng)的升級留下余地。

（1）手動選擇設(shè)計方案

輸出二進制邏輯信號的初步電路設(shè)計是非常簡單的，其設(shè)計可以類同第三章八路邏輯開關(guān)量輸出電路的設(shè)計，只需使用一個有三引腳的撥動開關(guān)，撥動開關(guān)的左右兩個引腳分別接+5V電源接地，中間的引腳用來輸出邏輯信號。當(dāng)需要手動選擇功能時，可以依次撥動四個類似的開關(guān)，輸出不同的信號。

（2）計算機選擇方案設(shè)計

初步設(shè)想由實驗者用鼠標(biāo)點擊計算機上的功能選項，再通過軟件，將所選功能以相應(yīng)信號輸出。由于配合本系統(tǒng)設(shè)計的虛擬示波器的數(shù)據(jù)采集電路通過并行口與計算機相連，為了利用已有的電路與軟件，功能選擇信號輸出擬采用并行口輸出。

（3）方案設(shè)計分析與實現(xiàn)

輸入電路的輸出信號的產(chǎn)生：一路信號輸出是由硬件電路實現(xiàn)，另一路是由計算機并口實現(xiàn)。要解決的關(guān)鍵問題是協(xié)調(diào)兩路信號的控制方式，即其中一路信號起作用時則另一路應(yīng)無效。

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

圖1（B）所示電路為圖1 （A）的改進電路。電路中增加了一個開關(guān)和一個二極管。其中D0為計算機輸出的信號。當(dāng)S2斷開時，無論S1斷開與否，Ui的值始終為高電平。并且在輸出端加上了一個二極管，這樣Uo將完全取決于計算機輸出信號Do，而與手動部分無關(guān)。

本文為了使手動部分工作時，輸出結(jié)果Uo取決于手動輸出，而與D。無關(guān)。采用的設(shè)計思路是使手動工作時，計算機輸出不工作，D。始終處于高電平。

當(dāng)Do始終處于高電平時，若手動部分輸出低電平，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，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。

計算機輸出部分的電路的設(shè)計要求是該電路不工作時，輸出始終為高電平，如圖2所示，Di為計算機輸出信號，與非門的一個輸入端與計算機輸出相連，另一個輸入端通過上拉電阻R接正電源。當(dāng)開關(guān)S1斷開時，則與非門的輸入端電平一個為高電平，另一個由Di的狀態(tài)決定，此時輸出端的邏輯狀態(tài)取決于Di ;當(dāng)開關(guān)閉合時，帶上拉電阻的那一端由高電平變?yōu)榈碗娖?。無論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，只需將開關(guān)S1斷開：欲使該電路不工作，就將開關(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)開關(guān)S2斷開時，功能選擇采用計算機選擇，無論手動部分的S1是斷開還是閉合，輸出Uo將由計算機的輸出信號D。決定，而此時D。的值由Di決定;當(dāng)開關(guān)S2閉合時，采用手動輸入，D。始終為高電平，當(dāng)手動部分的S1閉合時，Uo為低電平，S1斷開時，Uo為高電平。當(dāng)然這里只是一位信號產(chǎn)生的電路圖，要產(chǎn)生四位信號的電路原理是相同的。

四、功能實現(xiàn)部分的設(shè)計

功能實現(xiàn)部分的功用實際上就是依據(jù)輸入的不同信號，相應(yīng)的繼電器發(fā)生動作，使實驗電路斷開或閉合。

選擇功能的個數(shù)是16個，從0～F。每一個功能都將對應(yīng)一個繼電器，這樣每選擇一項功能時，就會有一個繼電器動作（功能0除外，當(dāng)選擇該功能時，實驗電路為正常工作狀態(tài)，沒有對應(yīng)的繼電器動作）。所以繼電器數(shù)量設(shè)計為15個。那么自然控制信號也應(yīng)該有15個。對于該部分電路，它的輸入是4個功能選擇信號，它的輸出則是15個控制信號。要實現(xiàn)這樣的功能，只需要使用一個4-16譯碼器即可。多出的一個控制信號可以不接繼電器。在這里選用了帶鎖存器的譯碼器，其示意圖如圖4所示。

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

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