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組合電路的設(shè)計

時間:2023-10-13 16:13:44

開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇組合電路的設(shè)計,希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進(jìn)步。

組合電路的設(shè)計

第1篇

關(guān)鍵詞:組合邏輯電路分析 設(shè)計

中圖分類號: TP331.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:

1 組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路的分析過程如下:

(1)由給定的邏輯電路圖,寫出輸出端的邏輯表達(dá)式;

(2)列出真值表;

(3)從真值炭概括出邏輯功能;

(4)對原電路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,尋找最佳方案。

舉例說明分析過程如下:

已知邏輯電路如圖1所示,分析其功能。

解:第一步:寫出邏輯表達(dá)式。由前級到后級寫出各個門的輸出函數(shù)

第二步:如出真值表,如表2所示。

第三步;邏輯功能描述。真值表已經(jīng)全面地反映了該電路的邏輯功能。下面用文字描

述其功能。達(dá)一步對初學(xué)者有一定的困難,但通過多練習(xí),多接觸邏輯學(xué)問題,也不難

掌握。

由真值表可以看出,在輸入三變量中,只要有兩個以上變量為1,則輸出為1,故該電路可概括為:三變量多數(shù)表決器。

第四步;檢驗該電路設(shè)計是否最簡,并改進(jìn)。

畫出卡諾圖,化簡結(jié)果與原電路一致,說明原設(shè)計合理,無改進(jìn)的必要。

(圖1) (圖2)

2組合邏輯電路的設(shè)計

電路設(shè)計的任務(wù)就是根據(jù)功能設(shè)計電路。一般按如下步驟進(jìn)行:

(1)將文字描述的邏輯命題變換為真值表,這是十分重要的一步。作出真值表前要仔

細(xì)分析解決邏輯問題的條件,作出輸入、輸出變量的邏輯規(guī)定,然后列出真值表。

(2)進(jìn)行函數(shù)化簡,化簡形式應(yīng)依據(jù)選擇什么門而定。

(3)根據(jù)化簡結(jié)果和選定的門電路,畫出邏輯電路。

(例2)設(shè)計三變量表決器,其中A具有否決權(quán)。

解第一步:列出真值表。

設(shè)A、B、C分別代表參加表決的邏輯變量,F(xiàn)為表決結(jié)果。對于變量我們作如下規(guī)

定:A、B、C為1表示贊成,為0表示反對。F=1表示通過,F(xiàn)=0表示被否決。真值表如

圖3所示。

第二步:函數(shù)化簡。

我們選用與非門來實現(xiàn)。畫出卡諾圖,其化簡過程如圖4所示,邏輯電路如圖5所示。

(圖3)

(圖4)(圖5)

參考文獻(xiàn):

1、羅朝杰.?dāng)?shù)字邏輯設(shè)計基礎(chǔ).北京:人民郵電出版社,1982.

2、(美)納爾遜(Neslon,V.P.),等.?dāng)?shù)字邏輯電路分析與設(shè)計.英文影印本.

華大學(xué)出版社,1997.

3、王毓銀.脈沖與數(shù)字電路.3版.北京:高等教育出版社,1999.

第2篇

1明確教學(xué)目標(biāo)

不管是哪一門學(xué)科的教學(xué),明確教學(xué)目標(biāo)都是非常重要的。只有明確了教學(xué)的目標(biāo),課堂教學(xué)才能夠有序的進(jìn)行。例如,某個高職機電院校的教師,其所教育的學(xué)生有一些基本的電子產(chǎn)品裝配的經(jīng)驗,他們對新鮮的事物有較強的接受能力,并且十分喜歡親自動手進(jìn)行試驗操作。由此,這名教師就通過對教材的分析和研究,為學(xué)生確立了“了解組合邏輯電路設(shè)計的步驟及其設(shè)計思維”的教學(xué)目標(biāo)。這一教學(xué)目標(biāo)需要學(xué)生積極的參與課堂內(nèi)容,并且對課堂的內(nèi)容進(jìn)行簡單的動手操作,制作出簡單的電子產(chǎn)品。在教學(xué)進(jìn)行的過程中,教師采用分組進(jìn)行的教學(xué)方式,將學(xué)生固有的實習(xí)經(jīng)驗應(yīng)用在課堂之中,從而提高學(xué)生的團隊合作精神和學(xué)生對課堂的興趣。

2改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)方法是應(yīng)該不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新的,固有的教學(xué)方法會隨著時代的發(fā)展和特定情況的出現(xiàn)而受到影響,出現(xiàn)弊端。只有不斷更新教學(xué)方法,才能避免舊方式弊端的出現(xiàn)。而且教學(xué)方法的巧妙運用能夠明確學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容還能夠提高課堂的積極性和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,某校教師在課堂教學(xué)中采用情景教學(xué)的方式,在教學(xué)的過程中為學(xué)生設(shè)立各種問題,通過各種方式啟發(fā)學(xué)生自主尋找答案。這種方法大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。除此之外,采用分組合作的方法或者任務(wù)驅(qū)動的方法也對課堂教學(xué)的效率提高有所幫助。

3教學(xué)的組織和實施

3.1情景設(shè)置,任務(wù)導(dǎo)入

對于情景的設(shè)置可以通過播放視頻和圖片的方式來進(jìn)行。例如,為學(xué)生播放中國達(dá)人秀的視頻,讓同學(xué)們對節(jié)目海選中評委所使用的表決器進(jìn)行觀察,其后通過圖片的方式對這種表決器的優(yōu)點及其實用性進(jìn)行分析和說明:這種表決器在各類綜藝選拔類節(jié)目中普遍應(yīng)用,不僅如此,在體育競賽或者人大表決的時候也時常會應(yīng)用到這種表決器。在視頻和圖片的幫助和引導(dǎo)之下,學(xué)生會逐漸的對課堂產(chǎn)生興趣,從而開始對表決器的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行思考和分析。這種方式就大大的提高了學(xué)生的課堂效率和對課堂的集中程度。此外,還要做好課堂任務(wù)的布置。視頻和圖片的說明再具體詳盡也不如學(xué)生親自動手操作來的直觀具體。所以,除了觀看視頻和圖片之外,教師還可以鼓勵同學(xué)進(jìn)行簡單的動手操作。以表決器為例,教師可以為學(xué)生播放表決器制作的的基本流程和理論,通過教師的講解和學(xué)生自主的觀察,在教師的引導(dǎo)下使學(xué)生運用組合邏輯電路設(shè)計的知識理論進(jìn)行表決器的基礎(chǔ)設(shè)計,從而使學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的探索精神。

3.2實施任務(wù)

組合邏輯電路設(shè)計大約分為四個步驟:通過對邏輯問題的分析和理解列出真值表、通過真值表來進(jìn)行邏輯表達(dá)方式的書寫、再將邏輯表達(dá)方式進(jìn)行簡化和變換的輸出、最后畫出電路邏輯圖。在教學(xué)過程中,為了使學(xué)生順利的完成教學(xué)任務(wù),一定要讓學(xué)生合理有序的進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計,并且在教學(xué)的過程中對學(xué)生加以啟發(fā),使學(xué)生能夠自主的思考問題并且提出問題。鼓勵學(xué)生進(jìn)行積極的思考,活躍自己的思維。也可以采用分組的形式對教學(xué)任務(wù)進(jìn)行實行。將學(xué)生分成固定人數(shù)的小組,對小組內(nèi)的各個成員進(jìn)行合理具體的分工,這些分工可以包括采供部、銷售部、產(chǎn)品研發(fā)部等等。其中采購部主要負(fù)責(zé)實驗操作中所需要零件和工具的采集購買,以及對零件、儀器和制作出來的成品進(jìn)行效果檢測。

銷售部的成員可以負(fù)責(zé)小組制作的產(chǎn)品在目前市場中的市場調(diào)研和信息采集。產(chǎn)品研發(fā)部可以負(fù)責(zé)查閱各項資料和相關(guān)的文獻(xiàn),對所要制作的產(chǎn)品進(jìn)行深入的研究,并且及時對其所具有的新功能、這個物品在市場上的反饋以及其上一次進(jìn)行的改良時間進(jìn)行了解和分析,使小組將要制作的物品能夠適應(yīng)現(xiàn)代市場的需求,有合理的實用性。通過合理的分工合作和職能分配,可以將學(xué)生全部帶入到動手操作的過程之中,并且使學(xué)生在各項調(diào)查和分析的過程中了解到更多關(guān)于組合邏輯電路設(shè)計的知識,使學(xué)生在學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計的時候有更加清晰的認(rèn)識,提高學(xué)生的動手能力和思考能力,調(diào)動了學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的主觀能動性。除此之外,在任務(wù)計劃推行的過程中,教師也要對學(xué)生的操作能力和實踐經(jīng)驗充分的了解和考慮,在課堂上教師主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生,而學(xué)生作為課堂的主體來展開教學(xué)內(nèi)容。教師可以通過多媒體講解等方式來對學(xué)生作出示范,從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確的實踐流程。

此外,教師還要對學(xué)生無法掌握的重點和難點進(jìn)行歸納和總結(jié),將這些重點、難點詳細(xì)的為學(xué)生進(jìn)行講解,還要對學(xué)生容易出現(xiàn)操作錯誤的部分進(jìn)行及時的糾正和正確的操作演示。在學(xué)生遇到操作瓶頸的時候給予學(xué)生適當(dāng)?shù)膯⑹竞蛶椭苊鈱W(xué)生產(chǎn)生消極情緒。將自己的經(jīng)驗以及一些操作技巧傳授給學(xué)生。例如,在進(jìn)行操作的時候發(fā)現(xiàn)某一個小組的成員只懂得理論邏輯,并沒有具體的實踐經(jīng)驗,這就需要教師幫助學(xué)生對電路的設(shè)計進(jìn)行構(gòu)建以及變量的輸出處理等等問題。在教師的協(xié)助之下學(xué)生通過自己的思考得出答案。在任務(wù)完成之后,小組成員之間要進(jìn)行經(jīng)驗的交流和總結(jié),歸納出本組所出現(xiàn)過的問題和情況。并且將小組作品進(jìn)行班級內(nèi)的展示,選派一位同學(xué)對本組產(chǎn)品的構(gòu)造原理、設(shè)計思路等內(nèi)容進(jìn)行闡述和分析。最后教師對各組的產(chǎn)品進(jìn)行分析和評價,及時向?qū)W生反饋學(xué)生操作中所出現(xiàn)的各類常見問題。對優(yōu)秀的小組進(jìn)行鼓勵和贊賞,增強學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。

4結(jié)束語

第3篇

使用小規(guī)模集成門電路實現(xiàn)時,首先,對標(biāo)準(zhǔn)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡,得到最簡邏輯表達(dá)式,即邏輯表達(dá)式中相加的乘積項最少、每個乘積項的因子最少;然后,將最簡邏輯表達(dá)式變換為與給定門電路相對應(yīng)的形式。用邏輯代數(shù)或卡諾圖化簡得到三人表決最簡邏輯表達(dá)式為。三種實現(xiàn)方法中,前兩種門電路的個數(shù)都是4個,成本差不多,第三種用了8個門電路,成本要高一些。

2中規(guī)模集成電路實現(xiàn)三人表決

2.1用譯碼器實現(xiàn)譯碼器是一類多輸入、多輸出組合邏輯器件,n變量二進(jìn)制譯碼器具有2n個輸出變量,恰為n變量的最小項。任何組合邏輯電路都可用最小項之和的標(biāo)準(zhǔn)形式表示,因此,可用n變量二進(jìn)制譯碼器和必要的門電路實現(xiàn)n輸入變量邏輯電路。3~8線譯碼器74HC138輸出低電平有效[8],用譯碼器74HC138和“與非”門可以實現(xiàn)三人表決電路。74HC138譯碼器輸出的邏輯表達(dá)式為.

2.2用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇器的輸出端具有標(biāo)準(zhǔn)“與或”的形式。n選1數(shù)據(jù)選擇器在選擇輸入控制下,從n個數(shù)據(jù)中選擇某個數(shù)據(jù)送到輸出端。采用n選1數(shù)據(jù)選擇器可以實現(xiàn)任何輸入變量數(shù)不大于n+1的組合邏輯電路。三人表決電路可選用4選1或者8選1數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)。

2.3用加法器實現(xiàn)加法器是產(chǎn)生數(shù)和的裝置,分為半加器和全加器。若加數(shù)、被加數(shù)與低位的進(jìn)位為輸入,和數(shù)與進(jìn)位為輸出則為全加器。74LS283是超前進(jìn)位四位二進(jìn)制全加器[8],即所有各位的進(jìn)位直接從最低位進(jìn)位CIN產(chǎn)生。

3ROM和PLA實現(xiàn)三人表決

只讀存儲器ROM和可編程邏輯陣列PLA都屬于組合邏輯電路,都有一個與陣列和一個或陣列,但PLA的與陣列和或陣列都是可編程的,而ROM中與陣列是固定連接,只有或陣列可編程。ROM中的與陣列是一個產(chǎn)生2n個輸出的譯碼器,即產(chǎn)生2n個最小項(與陣列的輸出mi)。用ROM實現(xiàn)組合邏輯電路時,首先,將邏輯表達(dá)式表示成最小項之和的形式;然后,把邏輯表達(dá)式的輸入作為ROM的輸入;最后,根據(jù)要實現(xiàn)的邏輯表達(dá)式對ROM的或陣列進(jìn)行編程,畫出相應(yīng)的陣列圖。用ROM實現(xiàn)三人表決的陣列圖如圖5(a)所示。用PLA實現(xiàn)組合邏輯電路的方法與用ROM實現(xiàn)非常相似。兩者的區(qū)別在于,用ROM實現(xiàn)是基于最小項表達(dá)式,而用PLA實現(xiàn)是基于最簡與或表達(dá)式,所以用PLA實現(xiàn)組合邏輯比用ROM實現(xiàn)更簡單、靈活、經(jīng)濟。首先,將邏輯表達(dá)式化簡為最簡與或表達(dá)式;然后,根據(jù)最簡表達(dá)式中的不同與項以及各與項之和分別對PLA的與陣列和或陣列進(jìn)行編程,畫出陣列圖。用PLA實現(xiàn)三人表決如圖5(b)所示。

4結(jié)束語

組合邏輯電路設(shè)計中,首先,根據(jù)給出的實際問題建立輸入、輸出變量,列出所有可能的輸入、輸出狀態(tài),即真值表;然后,根據(jù)真值表寫出輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)邏輯表達(dá)式,用邏輯代數(shù)或卡諾圖根據(jù)設(shè)計要求化簡、變換邏輯表達(dá)式;最后,根據(jù)化簡、變換的邏輯表達(dá)式采用標(biāo)準(zhǔn)器件實現(xiàn)邏輯電路,力求所用器件數(shù)、器件的種類、器件之間的連線均最少。

第4篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路;故障;特點;原因;診斷

一、數(shù)字電路特點

數(shù)字電路就是運用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算數(shù)運算和邏輯運算的電路。因為它具備邏輯運算和邏輯處理的功能,因此又被稱作數(shù)字邏輯電路。數(shù)字電路按照功能來分可以分為兩類,即組合邏輯電路和時序邏輯電路,組合邏輯電路是由最基本的邏輯門電路組合而成的,電路沒有記憶功能,它的輸出值僅與輸入值有關(guān),所以出輸出值總隨著輸入值的變化而變化;時序邏輯電路是由最基本的邏輯門電路和反饋邏輯回來或器件組合而成的,不同于組合電路,時序電路擁有記憶功能,因此它的輸出值不僅與輸入值有關(guān),與電路之前的狀態(tài)也有關(guān)。首先數(shù)字運算使用的是二進(jìn)制數(shù)字信號,同時具備算術(shù)運算和邏輯運算的功能,非常適用于運算、比較、存儲和決策等多方面的應(yīng)用;以二進(jìn)制為基礎(chǔ),操作實現(xiàn)起來比較簡單,受電源電壓的波動較小,對溫差和工藝偏差的包容性較大,可靠性非常好;數(shù)字電路的突出優(yōu)點還體現(xiàn)在它集成度高、體積小、功耗低等多方面上,電路在設(shè)計、調(diào)試、維護上比較靈活,隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字電路將會取得更大的進(jìn)步。

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電路將會越來越復(fù)雜,技術(shù)人員在設(shè)計、調(diào)試、安裝、維修的時候?qū)龅胶芏酂o法避免的故障。當(dāng)電路在運行中,由于不可測的故障影響,電路可能不能正常工作,器械工作也會受到影響。電路故障是指一個或者多個電子元器件因為損壞或接觸不良而引起導(dǎo)線短路、虛焊造成電路邏輯功能出現(xiàn)錯誤不能正常運行的現(xiàn)象。對于組合電路來說,電路如果沒有按照真值表要求運行,就被認(rèn)為出現(xiàn)故障;對于時序電路來說,如果不能按照規(guī)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來運行,就被認(rèn)為存在故障。當(dāng)電路出現(xiàn)故障時,就必須及時對電路進(jìn)行檢修,只有這樣才能保證其他工作的正常運轉(zhuǎn)。電路檢修是一項復(fù)雜的工作,因為待檢測的數(shù)字電路,輸入值輸出值高達(dá)上百個;電路包含了組合邏輯和時序邏輯兩種結(jié)構(gòu),并非是簡單的組合;有的電路門和記憶元件是封裝于一個芯片之內(nèi)的,本身存在的物理缺陷就很多,難以去直接測量,為此必須找準(zhǔn)電路故障原因,對癥下藥,才能選擇合適的檢測方法,有效地解決故障問題。

二、電路產(chǎn)生故障的原因分析

1.電路在設(shè)計工作中沒有充分考慮到電路的參數(shù)及其工作條件

(1)數(shù)字電路集成度高,負(fù)載能力有限

隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高,從小規(guī)模集成電路集成、中規(guī)模電路集成、大規(guī)模電路集成發(fā)展至超大規(guī)模電路集成,雖然集成規(guī)模越來越大,但是針對于具體某一個電路來說,負(fù)載能力還十分有限。比如說一個普通的與非門的輸出低電壓最多可以帶10個同類門電路,這就是它的極限值,如果超過了極限值就會出現(xiàn)問題,就會使得電路輸出的低電壓急速升高破壞電路的原有功能,致使系統(tǒng)不能正常的工作。為此我們必須選擇那些負(fù)載能力強的集成電路。

(2)集成電路的工作速度較慢

因為數(shù)字化集成電路的工作原理,只有當(dāng)?shù)谝唤M集成電路穩(wěn)定輸出之后才能輸入第二組信號,當(dāng)然也會出現(xiàn)內(nèi)部延時的狀況,進(jìn)而影響了電路的工作狀態(tài)。如果電路信號輸出擋在輸入脈沖較高的時候,就會在輸出端產(chǎn)生不穩(wěn)定故障現(xiàn)象。這些故障還不是很容易檢測的,因此在設(shè)計的時候就需要考慮到這個因此,選用一些工作速度高的集成電路。

2.線路安裝不當(dāng),導(dǎo)致接觸不良

在線路安裝的時候就特別要注意,如果布線和電路芯片安裝不當(dāng),就會影響電路工作的正常運行。特別是在安裝中如果出現(xiàn)斷線、橋接、漏線、插錯電子元器件、閑置輸入端等情況,就都會使得電路運轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障。

3.電路工作環(huán)境較為惡劣,影響了電路的正常工作

因為現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)備對自身的工作環(huán)境都是有一定的要求的,像溫度偏高或者是偏低,濕度過大等都會影響電路設(shè)備的正常工作,另外對于電器產(chǎn)品來說,環(huán)境中過多的電磁干擾也會影響設(shè)備的正常運行。

三、數(shù)字電路的故障診斷

早在上世紀(jì)60年代,數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷就引起了科技界、工業(yè)界的重視,也取得了重大的成果。在數(shù)字電路故障診斷中,關(guān)鍵的一步是測試向量的生成,確定施加什么樣的激勵、在什么地方施加激勵可以使故障激活以及確定在什么地方作測量。目前獲得數(shù)字系統(tǒng)測試主要有兩種方法,那就是確定性測試生成和非測試生成兩大類,確定性測試生成是指采用測試生成算法自動推導(dǎo)數(shù)字電路的測試矢量;非確定性測試生成算法是指人工測試生成,即由測試人員根據(jù)對被測系統(tǒng)功能的了解,并結(jié)合實際測試經(jīng)驗,用人工的方法產(chǎn)生檢測被測系統(tǒng)故障。

不同種類的數(shù)字化系統(tǒng)電路有著不同的功能和故障特點。主要有故障字典法、特征分析法和邊界掃描測試法。故障字典法就是根據(jù)故障特征編制編制成一部故障與特征對應(yīng)的字典,將其存入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫,建立故障查尋表;特征分析法就是在窗口內(nèi)觀測數(shù)據(jù)信號的波形,進(jìn)而提取有效特征;邊界掃描測試法是指是一種擴展的自測試技術(shù),在測試時不需要其它的測試設(shè)備,只適用于具有邊界掃描特性器件的電路板。

現(xiàn)代信息化社會,數(shù)字技術(shù)應(yīng)用面非常廣泛。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電路將會越來越復(fù)雜。為了提升數(shù)字電路工作運行的效率,提高電器使用和產(chǎn)品的制造質(zhì)量,必須加強對數(shù)字電路故障的診斷研究,。只有這樣才能有效地提升數(shù)字電路的應(yīng)用水平,提升數(shù)字電路的應(yīng)用質(zhì)量,拓展其應(yīng)用范圍。

四、總結(jié)

作為一名合格的工程技術(shù)人員首先必須要充分了解數(shù)字電路及其發(fā)生故障的特點、原因,然后根據(jù)實際情況進(jìn)行故障診斷工作。只有這樣才能保證電路工作的正常運行,促進(jìn)數(shù)字化電路系統(tǒng)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]江國棟.數(shù)字AV產(chǎn)品的抗干擾設(shè)計[J].電聲技術(shù),1999.

第5篇

關(guān)鍵詞:數(shù)字電子技術(shù);教材改革;工程應(yīng)用

1.引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是高等學(xué)校通信工程、電子信息工程、自動化、電氣工程及自動化等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。隨著數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)的高速發(fā)展,以FPGA(FieldPro-grammableGateArray)和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)為代表的大規(guī)模可編程邏輯器件(ProgrammableLogicDevice,PLD)的廣泛應(yīng)用,使傳統(tǒng)“板上數(shù)字系統(tǒng)”被“片上數(shù)字系統(tǒng)”替代[2]。為適應(yīng)數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展趨勢,對傳統(tǒng)《數(shù)字電子技術(shù)》教材內(nèi)容進(jìn)行了改革,在教材內(nèi)容的安排和例題選用上,立足于應(yīng)用型人才培養(yǎng),以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托,注重理論聯(lián)系實際,取得較好的應(yīng)用效果。

2.教材改革的基本思路

隨著數(shù)字電子技術(shù)的快速發(fā)展,如何處理數(shù)字電子技術(shù)的經(jīng)典內(nèi)容與現(xiàn)代內(nèi)容、傳統(tǒng)分析設(shè)計方法與現(xiàn)代分析設(shè)計方法之間的關(guān)系,是教材內(nèi)容改革的重點。教材以“基礎(chǔ)知識器件原理器件應(yīng)用器件仿真系統(tǒng)構(gòu)建系統(tǒng)仿真”為主線,構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)的知識框架。在教材內(nèi)容組織上,將數(shù)字電子技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)有關(guān)知識融為一體,系統(tǒng)介紹數(shù)字電子技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)的基本分析方法和設(shè)計方法;在教材內(nèi)容編寫上,以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實踐能力為目的,采用案例式或項目式編寫思路,將理論知識和實際應(yīng)用相結(jié)合,把突出知識的應(yīng)用性和實踐性作為主要方向,做到理論和實踐并重,既強調(diào)理論基礎(chǔ),又突出應(yīng)用性。對于集成電路注重邏輯功能和使用方法介紹,增加EDA(ElectronicDesignAutomation)技術(shù)基礎(chǔ)知識[3],利用Multisim軟件對部分電路進(jìn)行功能仿真,并介紹VHDL語言、QuartusⅡ軟件的基本使用方法,利用VHDL語言設(shè)計部分?jǐn)?shù)字電路,利用QuartusⅡ軟件進(jìn)行仿真分析,適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用的需要。

3.教材的主要特點

3.1教材內(nèi)容組織

按照教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會對《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的基本要求,對《數(shù)字電子技術(shù)》教材內(nèi)容進(jìn)行重新組織,將教材內(nèi)容分為十章[4]。第一章介紹邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)知識,主要包括各種數(shù)制、常用的編碼規(guī)則、邏輯代數(shù)的基本定理、邏輯函數(shù)的表示方法和化簡方法等。第二章介紹EDA技術(shù)的基礎(chǔ)知識,包括Multisim、VHDL語言、QuartusⅡ的基礎(chǔ)知識。第三章介紹分立門電路、集成門電路和可編程邏輯器件的特點,并介紹利用VHDL語言設(shè)計門電路的方法。第四章首先介紹組合邏輯電路的基礎(chǔ)知識,然后講解組合邏輯電路的應(yīng)用,最后利用Multi-sim對組合邏輯電路進(jìn)行功能仿真和設(shè)計分析,并介紹組合邏輯電路的VHDL語言設(shè)計方法。第五章介紹各種觸發(fā)器的功能和應(yīng)用,并利用Multisim對觸發(fā)器進(jìn)行功能仿真,介紹觸發(fā)器的VHDL語言設(shè)計方法。第六章介紹時序邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法,介紹常用時序邏輯電路的功能和應(yīng)用,并分別利用VHDL語言和Multisim進(jìn)行功能描述和仿真。第七章介紹脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路,重點介紹集成電路的應(yīng)用。第八章介紹半導(dǎo)體存儲器的特點和應(yīng)用。第九章介紹A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的工作原理和主要技術(shù)指標(biāo),對集成DAC和ADC的基礎(chǔ)知識及應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹,并利用Multisim對基本轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行功能仿真。第十章介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本流程,通過3個實例介紹數(shù)字系統(tǒng)的不同設(shè)計方法。

3.2強調(diào)基礎(chǔ)理論

隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)已逐漸滲透到各個行業(yè),《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為高校電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程,是學(xué)生走向數(shù)字化時代的第一門課程,也是某些高校相關(guān)專業(yè)的考研課程,其重要性不言而喻。教材編寫強調(diào)《數(shù)字電子技術(shù)》基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)性、完整性,將邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、組合邏輯電路分析與設(shè)計、時序邏輯電路的分析與設(shè)計等基礎(chǔ)知識作為教材核心內(nèi)容,并結(jié)合部分高校相關(guān)專業(yè)《數(shù)字電子技術(shù)》研究生考試大綱的要求,增加部分教學(xué)內(nèi)容。例如,在第六章“時序邏輯電路”中增加利用觀察法和隱含表法進(jìn)行狀態(tài)化簡的內(nèi)容,使學(xué)生能夠更容易掌握時序邏輯電路的傳統(tǒng)設(shè)計方法。在教材內(nèi)容編排上,反復(fù)訓(xùn)練基礎(chǔ)理論知識,使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)并掌握基礎(chǔ)理論知識,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。例如,第四章“組合邏輯電路”首先介紹組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法,然后介紹常用集成組合邏輯電路的原理和應(yīng)用,其中譯碼器、數(shù)值比較器按照組合邏輯電路的分析方法進(jìn)行闡述,編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器按照組合邏輯電路的設(shè)計方法闡述,使教材內(nèi)容循序漸進(jìn)、深入淺出,適用于學(xué)生自學(xué),有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

3.3突出實踐應(yīng)用

在教材編寫過程中,注重學(xué)生對知識應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要,強調(diào)具體操作過程中學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ),將知識應(yīng)用能力培養(yǎng)貫穿整本教材,突出教材知識的實踐應(yīng)用性。在介紹集成電路時,刪除集成電路內(nèi)部電路的分析,強調(diào)集成電路的邏輯功能和使用方法[5],例如,介紹555定時器時,在簡單介紹555定時器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上,以“觸摸式定時控制開關(guān)電路”、“雙音門鈴電路”等應(yīng)用電路介紹555定時器的使用方法。在第九章“數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器”中,以DAC0808、DAC0832、AD7543為例介紹常用集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理和使用方法,并分別給出DAC0832、AD7543與單片機AT89C51的接口電路,既加強與后續(xù)課程單片機、微機原理等的聯(lián)系[6],又突出教材內(nèi)容的應(yīng)用性。

3.4增加EDA技術(shù)知識

EDA是電子設(shè)計自動化(ElectronicDesignAutomation)的縮寫,是從計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CAE)的概念發(fā)展而來的。教材第二章EDA技術(shù)基礎(chǔ)知識介紹了Multisim和QuartusⅡ兩種EDA工具的操作界面和使用方法,并介紹了VHDL語言的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作符和基本語句結(jié)構(gòu),使學(xué)生借助EDA工具進(jìn)行電路分析和設(shè)計。教材給出了74LS138、74LS153、74LS194、74LS160等常用集成電路的Multisim仿真電路和VHDL描述方法,并在第十章“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”中,以“計數(shù)報警器”、“簡易交通燈控制器”、“函數(shù)信號發(fā)生器”為例,結(jié)合Multisim和QuartusⅡ軟件,詳細(xì)介紹簡單數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計過程,豐富教材內(nèi)容。

4.結(jié)語

《數(shù)字電子技術(shù)》教材改革是一項長期工程,隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,必將對教材內(nèi)容產(chǎn)生深刻影響。本教材于2012年10月由北京大學(xué)出版社作為“21世紀(jì)全國本科院校電氣信息類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材”出版,2013年12月被評為河南省“十二五”普通高等教育規(guī)劃教材。教材經(jīng)過3年多的使用,得到了廣大師生的關(guān)注,收集了各方面建議和意見。為了更好地適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,需要對教材內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步改革。

參考文獻(xiàn):

[1]陸冰,魏蕓,閭燕,等.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革的實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué),2013,35(4):46-47.

[2]寧改娣,杜亞利.教材:《數(shù)字電子技術(shù)》教材改革探索[J].教育教學(xué)論壇,2012(8):98-99.

[3]黎藝華,謝蘭清.高職數(shù)字電子技術(shù)項目課程教材建設(shè)探索[J].教育與職業(yè),2011(15):131-132.

[4]秦長海,張?zhí)禊i,翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京大學(xué)出版社,2012.

[5]王國新,張桂鳳,宋婀娜.“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探究[J].中國電力教育,2014(12):73-74.

第6篇

論文關(guān)鍵詞:課程改革;工作任務(wù);課程項目;技術(shù)情境;教學(xué)導(dǎo)航

隨著我國科技和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,社會對人才的需求正在發(fā)生著深刻的變化,教育行業(yè)受到各方面的重視。在教育部和財政部實施的國家示范性院校建設(shè)政策鼓舞下,高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院以服務(wù)為宗旨,以就業(yè)為導(dǎo)向,以培養(yǎng)高級應(yīng)用型、技藝型人才為目標(biāo)。這類人才主要是在不同行業(yè)、企業(yè)的工作和生產(chǎn)過程中負(fù)責(zé)管理、監(jiān)督、檢測、分析、技術(shù)服務(wù)等幾項工作。因此,高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院正進(jìn)行較大規(guī)模的專業(yè)建設(shè)和課程改革,要求高職專業(yè)的學(xué)生除了具備必要的基礎(chǔ)理論、專業(yè)技術(shù)知識外,還必須具有解決工作生產(chǎn)中實際問題的能力,以適應(yīng)今后的工作。

“電子技術(shù)”分為模擬電子和數(shù)字電子兩大部分,在教學(xué)中從職業(yè)崗位工作任務(wù)分析著手以掌握知識和技能為根本、以工作方向為培養(yǎng)目標(biāo)、以工作過程為導(dǎo)向,強調(diào)把完整的工作過程及其操作要求作為課程內(nèi)容。當(dāng)工作過程導(dǎo)向課程運用項目載體設(shè)計學(xué)習(xí)情境時,這一工作過程實際上就成了完成具體項目的自始至終的步驟。通過課程分析和知識、能力、素質(zhì)分析,打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式,構(gòu)建了“以工作任務(wù)為中心、以課程項目為主體的教學(xué)方法”。在教學(xué)中掌握課程技術(shù)原理及應(yīng)用方面知識體系的完整性是非常重要的,使學(xué)生在完整的工作過程中培養(yǎng)應(yīng)對復(fù)雜技術(shù)情境的能力。在教學(xué)中以典型電子電路制作的工作任務(wù)為中心,以多模塊應(yīng)用為切入點,引入對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),讓學(xué)生在具體應(yīng)用電路的制作過程中開發(fā)創(chuàng)新思維,完成相應(yīng)工作任務(wù),并構(gòu)建相關(guān)的理論知識,發(fā)展職業(yè)能力。

一、模擬電子技術(shù)教學(xué)導(dǎo)航

模擬電子技術(shù)是研究對仿真信號進(jìn)行處理的模擬電路的學(xué)科。它以半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管和場效應(yīng)管為關(guān)鍵電子器件,包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、信號運算與處理電路、信號產(chǎn)生電路、電源穩(wěn)壓電路等研究方向。

理論知識:基本半導(dǎo)體知識、放大電路、集成運算放大電路、直流穩(wěn)壓電源。

技能訓(xùn)練:常用元件的識別與測量、放大電路性能分析、集成運算放大電路基本應(yīng)用。

1.模塊1:半導(dǎo)體器件

(1)知識重點:半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識;半導(dǎo)體二極管外部特性;晶體三極管外部特性。(2)知識難點:半導(dǎo)體PN結(jié)。(3)教學(xué)方式:從半導(dǎo)體PN結(jié)入手,簡單介紹半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。結(jié)合實踐教學(xué),重點掌握半導(dǎo)體的外部特性。(4)技能要求:二極管與三極管的簡易測試。

2.模塊2:放大電路

(1)知識重點:放大電路的基本組成;放大電路的分析;多級放大電路的極間耦合;負(fù)反饋對放大電路的性能的影響。(2)知識難點:放大電路的分析;放大電路的負(fù)反饋。(3)教學(xué)方式:從基本放大電路入手,介紹放大電路的靜態(tài)與動態(tài)分析、多級放大、電路反饋;結(jié)合實踐教學(xué),重點掌握放大器的外部特性。(4)技能要求:放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)整與動態(tài)參數(shù)測試。

3.模塊3:集成運算放大器

(1)知識重點:集成運放的結(jié)構(gòu)和特點;基本運算電路;集成運放的線性應(yīng)用電路。(2)知識難點:集成運放的線性應(yīng)用電路。(3)教學(xué)方式:從理論集成運放條件入手,掌握各基本運算電路和電壓比較器的功能;結(jié)合實踐教學(xué),重點掌握集成運放的外部特性。(4)技能要求:電路的調(diào)整與測試。

4.模塊4:直流穩(wěn)壓電源

(1)知識重點:整流與濾波電路;穩(wěn)壓電路;開關(guān)電源。(2)知識難點:開關(guān)電源。(3)教學(xué)方式:從二極管整流特性、電容器充放電入手,講解整流、濾波電路;穩(wěn)壓電源重點講授集成穩(wěn)壓電路和開關(guān)電源。(4)技能要求:電路的調(diào)整與測試。

二、數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)導(dǎo)航

數(shù)字電子技術(shù)主要研究各種邏輯門電路、集成器件的功能及其應(yīng)用,邏輯門電路組合和時序電路的分析和設(shè)計、集成芯片各腳功能。隨著計算機科學(xué)與技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展,用數(shù)字電路進(jìn)行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強大功能,可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理,最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號輸出。

理論知識:集成門電路與組合邏輯電路、時序邏輯電路、波形產(chǎn)生與整形電路、中規(guī)模集成電路應(yīng)用。

技能訓(xùn)練:組合邏輯電路應(yīng)用、時序邏輯電路應(yīng)用、邏輯電路限定符號識圖。

1.模塊1:數(shù)字電路基礎(chǔ)

(1)知識重點:數(shù)字脈沖信號;二進(jìn)制與8421BCD碼;基本函數(shù)與邏輯運算;邏輯函數(shù)的化簡和變換。(2)知識難點:邏輯函數(shù)的化簡和變換。(3)教學(xué)方式:從二進(jìn)制與邏輯函數(shù)基本規(guī)則入手,學(xué)習(xí)邏輯運算規(guī)則、邏輯函數(shù)化簡與變換。(4)技能要求:邏輯函數(shù)的化簡和變換。

2.模塊2:組合邏輯電路

(1)知識重點:基本邏輯符號及意義;門電路的邏輯功能和基本特性;組合邏輯電路的分析常用組合邏輯電路的邏輯功能。(2)知識難點:基本邏輯符號及意義;組合邏輯電路。(3)教學(xué)方式:從基本原理與邏輯符號讀解入手,重點介紹電路的邏輯功能與外部特性。(4)技能要求:基本邏輯符號讀圖;門電路和組合邏輯電路。

3.模塊3:觸發(fā)器

(1)知識重點:各類觸發(fā)器的邏輯功能;觸發(fā)器限定符號及其意義。(2)知識難點:觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。(3)教學(xué)方式:借助限定符號意義讀解,幫助理解各種觸發(fā)器的邏輯功能與控制方式;結(jié)合實踐教學(xué),重點掌握電路的外特性。(4)技能要求:觸發(fā)器的邏輯功能測試。

4.模塊4:時序邏輯電路

(1)知識重點:時序邏輯電路的特點;時序邏輯電路的限定符號及其意義;寄存器;集成計數(shù)器應(yīng)用。(2)知識難點:集成計數(shù)器應(yīng)用;限定符號及其意義。(3)教學(xué)方式:從觸發(fā)器入手,由D觸發(fā)器構(gòu)成寄存器;由T和Tˊ觸發(fā)器分別構(gòu)成同步和異步二進(jìn)制計數(shù)器。借助限定符號的意義來理解時序邏輯電路的邏輯功能。結(jié)合實踐教學(xué),重點掌握電路的外特性。(4)技能要求:常用的相關(guān)集成電路的應(yīng)用。

5.模塊5:波形產(chǎn)生與整形電路

(1)知識重點:555定時器;多諧振蕩器與單穩(wěn)態(tài)電路;施密特觸發(fā)器;石英晶體振蕩器。(2)知識難點:555定時器;多諧振蕩器。(3)教學(xué)方式:以555定時器為重點,介紹多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和施密特觸發(fā)器的功能。重點掌握電路的外特性。石英晶體振蕩器從阻抗頻率特性入手。(4)技能要求:常用的相關(guān)電路的應(yīng)用入手。

三、電路組裝、測量與調(diào)試教學(xué)導(dǎo)航

電子電路組裝、測量與調(diào)試在電子工程技術(shù)中占有重要的地位,任何一個電子產(chǎn)品都是由設(shè)計焊接組裝調(diào)試形成的,焊接是保證電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性最基本環(huán)節(jié),調(diào)試是保證電子產(chǎn)品正常工作的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

理論知識:常用電子儀表、電路的裝配、調(diào)試與測量知識。

技能訓(xùn)練:常用電子測量儀表的使用、常用電路元件與數(shù)字集成電路測量、電路的裝配與調(diào)試。

1.模塊1:常用電子儀器知識重點

(1)知識重點:雙蹤示波器;半導(dǎo)體管特性圖示儀;毫伏表;信號發(fā)生器;集成電路測試儀。(2)知識難點:雙蹤示波器;半導(dǎo)體管特性圖示儀。(3)教學(xué)方式:重點講授電子儀器的操作和使用方法。(4)技能要求:儀器的基本操作方法;半導(dǎo)體特性測量。

2.模塊2:電子元器件的識別與簡易測量

(1)知識重點:電子無源元器件;電子有源元器件;表面安裝元器件。(2)知識難點:表面安裝元器件。(3)教學(xué)方式:重點講授各種電子元器件的識別與選用方法。(4)技能要求:元器件的識別與選用方法、常用數(shù)字集成電路測試。

3.模塊3:電路的裝配、調(diào)試與測量

(1)知識重點:裝配、焊接工藝;電路測試與測量。(2)知識難點:電路測試。(3)教學(xué)方式:介紹電路裝配工藝,分析電路測試與測量基本方法,結(jié)合實訓(xùn)進(jìn)行教學(xué)。(4)技能要求:電路裝配、測試與測量。

四、電子電路仿真教學(xué)導(dǎo)航

電路仿真技術(shù)是近十年來在電子技術(shù)研究領(lǐng)域的一場革命。設(shè)計人員利用計算機及其軟件的強大功能,在電路模型上進(jìn)行電路的性能分析和模擬實驗,從而得到準(zhǔn)確的結(jié)果,然后再付諸生產(chǎn),極大地減少了實驗周期和試制成本,提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益,受到了電子生產(chǎn)廠家的一致歡迎。現(xiàn)在,電子仿真技術(shù)已成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的先進(jìn)技術(shù),因此為了確保電路設(shè)計的成功,消除代價昂貴并且存在潛在危險的設(shè)計缺陷,就必須在設(shè)計流程的每個階段進(jìn)行周密地計劃與評價。電路仿真給出了一個成本低、效率高的方法,能夠在進(jìn)入更為昂貴費時的原型開發(fā)階段之前,找出問題所在。

理論知識:EWB與Multisim平臺基本知識,Multisim在電子仿真實驗中的應(yīng)用。

技能訓(xùn)練:模擬電路電子仿真和數(shù)字電路電子仿真。

模塊:電子電路仿真。

(1)知識重點:Multisim平臺的使用;Multisim在電子仿真實驗中的應(yīng)用。(2)知識難點:Multisim軟件的使用。(3)教學(xué)方式:從電子實驗實例入手,學(xué)習(xí)Multisim軟件的使用,在學(xué)會使用的基礎(chǔ)上,結(jié)合電子知識,完成電子實驗的仿真。(4)技能要求:用Multisim進(jìn)行電子仿真的方法。

五、綜合實訓(xùn)項目——有源多媒體音箱的設(shè)計與制作

1.知識要求

掌握模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的綜合應(yīng)用思路;掌握電子產(chǎn)品綜合設(shè)計的基本思路。

2.技能要求

能進(jìn)行電子電路的綜合制作調(diào)試;能有條理地撰寫設(shè)計說明書;能對設(shè)計項目進(jìn)行總結(jié)展示。

3.教學(xué)任務(wù)

通過有源多媒體音箱的設(shè)計、制作及測試,掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計流程及注意事項,學(xué)會元器件的特性測試和電路組裝、測試,熟悉電子產(chǎn)品組裝的工藝要求及生產(chǎn)過程。

4.教學(xué)活動設(shè)計

(1)通過讓學(xué)生利用圖書館、上網(wǎng)等手段查閱相關(guān)資料,在教師指導(dǎo)下對有源多媒體音箱進(jìn)行設(shè)計,掌握電子產(chǎn)品的設(shè)計流程及注意事項。

(2)在校內(nèi)生產(chǎn)線的工作崗位上,根據(jù)所設(shè)計電路選擇元器件,進(jìn)行元器件的性能、參數(shù)測試。規(guī)劃電路板,進(jìn)行元器件的布局和印制電路板的制作。完成各部分電路的焊接、組裝,對已經(jīng)組裝的電子產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)測試及調(diào)試,使其達(dá)到設(shè)計要求。

(3)要求學(xué)生撰寫實踐報告及產(chǎn)品說明書。

5.相關(guān)知識

(1)理論知識。元器件的識別、測試方法;印制電路板的制作,元器件的布局;焊接工藝、電路調(diào)試方法;產(chǎn)品說明書的撰寫。

第7篇

關(guān)鍵詞:小井眼;應(yīng)變片;張力

當(dāng)儀器在井內(nèi)運動時經(jīng)常會遇到不同的力量作用,通過傳感器把它變換成與此力量成正比的電阻值,然后通過測量此電阻的阻值來測量儀器受力的大小,繼而為儀器在測井過程中的安全運行提供參考。

1、張力探頭

在鋼制的彈性體上,成對的在縱向和橫向上貼有R1,R2,R3,R4共4個電阻應(yīng)變片,它們組成一個全橋式測量電路。如圖1所示,圖中C、D兩點接入直流激勵電壓Uo,A、B兩點為輸出端,工作時將輸出電壓信號USC。這種橋式測量電路,可以靈敏地測量極微小的電阻變化。當(dāng)彈性體受物體的作用時,彈性體便產(chǎn)生彈性形變,粘在其表面的電阻應(yīng)變片隨其同步地變形,因而改變了它們的電阻值。電阻應(yīng)變片的長度L,截面積S,電阻率P均隨之發(fā)生變化。由于電阻應(yīng)變片組成的橋式電路是平衡的,電阻應(yīng)變片的電阻變化會引起電橋的不平衡,從而輸出電壓信號,該信號與所受的載荷成正比。

2、張力電路

張力傳感器位于SZL-701張力短節(jié)內(nèi),由SZL-702張力電路短節(jié)向張力傳

感器提供12V恒壓源。張力傳感器利用電橋原理,把貼在應(yīng)變梁上的四個應(yīng)變片結(jié)成橋路,當(dāng)應(yīng)變梁受力時,貼在應(yīng)變梁上的應(yīng)變片阻值將發(fā)生變化,電橋失去平衡,從而輸出一個與載荷力成正比的電信號,這個電信號接入到SZL-702張力電路短節(jié)進(jìn)行放大、濾波處理。當(dāng)載荷力從-ST-+5T變化時,張力傳感器輸出的電信號大約從-10mV-+10mV變化,經(jīng)過放大濾波后大約從-5V-+5V變化,然后經(jīng)過電源變壓器的中心抽頭和10#纜芯上傳到數(shù)控進(jìn)行采集處理。

3、電路設(shè)計

SZL-702張力電路短節(jié)不帶保溫瓶,且需要達(dá)到175℃一個小時的目標(biāo),經(jīng)過細(xì)致篩選后選用了西安秦原公司的QY0628模塊和TL081集成電路。

電源電路選用成熟的LH20-12電源模塊,輸出比較穩(wěn)定且能夠達(dá)到所需的溫度指標(biāo)。

測量電路做了兩級放大、兩級濾波。放大電路是由QY0628和TL081及其的電阻電容組成;QY0628進(jìn)行的約400倍的放大,且倍數(shù)是固定的,后面的TL081主要是調(diào)整整個電路具體的放大倍數(shù),且使整個電路達(dá)到精確的500倍放大;后面用電阻電容搭建了一個Rc濾波器,把輸出中的交流干擾濾除;最后用了兩個穩(wěn)壓二極管和一個電阻的組合來防止變密度換擋時的高壓信號對電路的沖擊。原理圖如圖2所示:

QY0628模塊內(nèi)部是一個高性能的差動放大器,放大倍數(shù)內(nèi)部固定為約400倍差動放大,通過調(diào)節(jié)跟隨器N4的輸入信號來調(diào)節(jié)整個電路的零點輸出信號,在電路輸入為零且輸出不為零時調(diào)節(jié)此調(diào)零信號,以達(dá)到吊零的目的。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計

SZL-702張力電路短節(jié)用來配合SZL-701張力短節(jié)完成張力測量,要求的接口形式為SIT-701。

張力電路短節(jié)主要由上下蓋帽、電路鋼筒、電路骨架組成。儀器總長852mm,有效長度500mm。

電路骨架組裝分別有29芯插座、骨架組件、29芯插頭等組成,骨架組件上依次固定了變壓器和電路板,張力電源電路板和張力測量電路板背對背放置。

第8篇

關(guān)鍵詞:數(shù)字系統(tǒng) CPLD/FPGA 設(shè)計

中圖分類號:TP332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)02(c)-00-01

1 CPLD/FPGA技術(shù)

CPLD/FPGA是復(fù)雜的可編程邏輯器件,屬于規(guī)模化的集成電路的范疇。目前,該技術(shù)的集成度已經(jīng)達(dá)到200萬門/片,融合了ASIC高集成度的特點以及可編程邏輯器便于設(shè)計生產(chǎn)的特點,比較適用于開發(fā)小批量產(chǎn)品和樣品的研究制造,縮短了產(chǎn)品上市的時間。

CPLD內(nèi)利用長度固定的金屬線把各邏輯塊連接起來,設(shè)計出的各種邏輯電路都可以很好的預(yù)測時間,有效地彌補了分段式互連結(jié)構(gòu)在時序不完全預(yù)測中的缺點。CPLD的特點有編程靈活、設(shè)計開發(fā)周期短、集成度高、適用范圍寬、工具先進(jìn)、成本較低、不用測試、價格大眾化等。CPLD在眾多的電路設(shè)計規(guī)模比較大,所以在產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用,可以說CPLD適用于所有可以使用中小型數(shù)字系統(tǒng)的集成電路的場合。目前,CPLD技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)器件已經(jīng)成為電子產(chǎn)品必要的組成部分,關(guān)于CPLD的設(shè)計和使用是電子工程師一種必備的技能。

FPGA也是由PAL和GAL等發(fā)展而來,它以半定制電路的形式在ASIC中出現(xiàn),既彌補了定制電路的缺陷,又消除了可編程器件的缺點。

FPGA主要由輸出輸入模塊、可配置邏輯模塊和內(nèi)部連線構(gòu)成,在編程方面不限次數(shù)。FPGA作為復(fù)雜的可編程邏輯器件,在結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)邏輯電路以及PAL和GAL器件有著很大的不同。FPGA采用小型查找表進(jìn)行組合邏輯,每一個查找表都通過輸入端連接一個觸發(fā)器,再由觸發(fā)器驅(qū)動另外的邏輯電路,構(gòu)成的這種基本的邏輯單元模塊有組合邏輯功能和時序邏輯功能,不同的邏輯模塊之間是由金屬線連接在一起的。FPGA的邏輯由靜態(tài)的存儲單元通過加載邏輯編程的數(shù)據(jù)來完成,儲存在存儲器單元的數(shù)據(jù)值對它的邏輯功能和不同模塊間的連接方式有決定作用,同時對FPGA可實現(xiàn)的功能也有決定作用。

CPLD和FPGA都屬于可編程ASIC器件,但又有著較大的不同。CPLD比較適合于在各種算法以及組合邏輯上使用,它布線結(jié)構(gòu)的連續(xù)性對延時起著決定的作用,保密性比較好;FPGA比較適于在時序邏輯方面使用,它采用分段式的布線結(jié)構(gòu),比CPLD的布線結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,邏輯實現(xiàn)也更困難,造成了延時不便于很準(zhǔn)確的預(yù)測,保密性比較差。

2 CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計方法

2.1 基于面積的優(yōu)化設(shè)計

在CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計時,對它的器件資源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,即使是較小的CPLD/FPGA器件也可以達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)字系統(tǒng)功能,優(yōu)化后的系統(tǒng)器件資源越少,消耗的費用就越少,有效的節(jié)約了系統(tǒng)器件的成本。基于面積的優(yōu)化設(shè)計主要有資源共享設(shè)計和串行化設(shè)計兩種方式。

利用CPLD/FPGA技術(shù)設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)時,常常會碰到同一個模塊需要多次調(diào)用的狀況。這種電路結(jié)構(gòu)通常占用的器件資源很多,一般為算術(shù)模塊,例如多位加法器、乘法器等,大部分的數(shù)字系統(tǒng)資源都由他們占據(jù)。利用資源共享為這種電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時,可以大大提高電路器件資源的使用率。

預(yù)進(jìn)位加法器主要用來提升加法器中信號的傳輸,加法器的進(jìn)位是xn,系統(tǒng)的速度主要由信號中每個分組的位數(shù)n所決定。

資源共享設(shè)計通常有先加后選的方式和先選后加的方式,綜合考慮兩種方式,加法器這種方式比選擇器耗費的資源多,一般采用先選后加這種方式會更好。

串行化設(shè)計主要是通過分割耗費資源大以及單個時鐘周期內(nèi)完成的電路功能的方式,提取電路功能相同的模塊,并用這些模塊在多個時鐘周期做同樣的數(shù)字系統(tǒng)功能。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計串行化后,會使電路邏輯變得復(fù)雜了,不過資源消耗卻少了,有著明顯的使用效果。

2.2 基于速度的優(yōu)化設(shè)計

在CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計時,運行速度通常是最重要的。影響CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)運行速度的因素很多,主要有CPLD/FPGA的組成結(jié)構(gòu)特征、數(shù)字系統(tǒng)的電路構(gòu)成、綜合器的性能等。

流水線設(shè)計技術(shù)可以顯著的提高數(shù)字系統(tǒng)的運行速度,目前,微處理器、高速數(shù)字和數(shù)字信號處理器等系統(tǒng)設(shè)計時一般都是用流水線技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。對于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計,一般速度是設(shè)計中首先要考慮的問題,采用CPLD/FPGA技術(shù),高速運行往往是首要的需求。如果設(shè)計好一個系統(tǒng)電路,速度方面沒有達(dá)到期望的要求,往往需要更換運行更快的器件并重新設(shè)計,很顯然會增加很多不必要的成本。

基于CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計,除了流水線設(shè)計之外,還有其他一些方式。寄存器配平法,這種方式主要是利用配平寄存器之間的各種組合來延時數(shù)字系統(tǒng)邏輯塊。寄存器配平是在流水線設(shè)計基礎(chǔ)上深化而成的方式,流水線設(shè)計是把組合邏輯延時塊分為數(shù)個較小的延時塊,寄存器配平則是把延時不同的兩個組合邏輯塊的延時平均分配。關(guān)鍵路徑法,這種方式是在數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計中延時最長的邏輯路徑,可以有效的提高器件運行速度。一般來說延時的長短與信號是否經(jīng)過最大路徑有關(guān),與延時所經(jīng)過的較小路徑?jīng)]有關(guān)系。

3 結(jié)語

在CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計時,是選擇對面積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計還是選擇對速度進(jìn)行設(shè)計,往往要根據(jù)實際情況進(jìn)行考慮。因為很多情況下兩種選擇是有矛盾的,一般不能同時滿足要求。假如考慮面積設(shè)計的需要,會使運行時間加長,降低了該數(shù)字系統(tǒng)的運行速度;假如考慮速度設(shè)計的需要,往往要增加很多邏輯器件,速度相應(yīng)的提高了,但是占用的空間也大了,所以在實際應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體的環(huán)境綜合考慮各種參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李桂林,苗長新.基于Verilog HDL的FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化[J].計算機與數(shù)字工程,2010(8).

[3] 杜志傳,鄭建立.基于CPLD/FPGA的VHDL語言電路優(yōu)化設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010(3).

第9篇

在很多細(xì)分市場上,電池充電的實際操作涉及多種電池化學(xué)組成、電壓和電流水平。例如,隨著現(xiàn)有及全新電池化學(xué)組成之新型應(yīng)用的不斷涌現(xiàn) (太陽能應(yīng)用中密封鉛酸電池使用量的急劇增加便是一個例子),工業(yè)、醫(yī)療和汽車電池充電器都持續(xù)需要更高的電壓和電流。輸入電壓、充電電壓和充電電流的組合很多,基于單個集成電路(IC)的現(xiàn)有解決方案僅能滿足其中一部分組合的要求。人們一般用IC和分立式組件的笨重組合來滿足大多數(shù)電壓電流組合及拓?fù)涞囊蟆?/p>

目前的市場趨勢表明,人們對大容量SL A電池重新產(chǎn)生了興趣,大容量SL A電池不再僅用于汽車了,這勉強算是一種復(fù)興吧。從價格/功率輸出的角度來看,汽車或“為啟動供電的”SL A電池并不算貴,可以提供短持續(xù)時間的大脈沖電流,從而非常適用于汽車和其他車輛啟動器應(yīng)用。深周期鉛酸電池是另一種在工業(yè)應(yīng)用中非常流行的技術(shù)。這類電池的極板比汽車電池厚,設(shè)計為放電至其滿充電量的20%。這通常用于要求在較長時間內(nèi)供電的應(yīng)用,例如,叉車和高爾夫球推車等。然而,鉛酸電池對過充電非常敏感,因此小心謹(jǐn)慎地充電非常重要。

顯然,太陽能供電應(yīng)用在增加。各種不同尺寸的太陽能電池板現(xiàn)在能給各種創(chuàng)新性應(yīng)用供電,例如,人行橫道標(biāo)志燈、垃圾壓實機、海上航標(biāo)燈等應(yīng)用。在太陽能供電應(yīng)用中使用的電池是一種深周期電池,除了深度放電以外,還能承受長時間重復(fù)的充電周期。這種類型的電池常見于“脫離電網(wǎng)”(即未與電力公司的供電網(wǎng)連接) 的可再生能源系統(tǒng),如太陽能或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

LTC4000/LTC3789,針對4節(jié)LiFePO4電池應(yīng)用(見圖3)。

這個演示電路板的輸出專門為Tenergy的10Ahr電池而定制。其他電壓可以通過改變外部電阻器來設(shè)定。利用微調(diào)電阻器可以準(zhǔn)確地微調(diào)所希望的標(biāo)稱電壓。設(shè)計該電路的目的是要說明在一個具智能電源通路(PowerPath)管理器的降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器電池充電器中使用這些器件能獲得高性能水平、效率與小巧解決方案尺寸。

該電路以400kHz工作,在6~36V的輸入電壓范圍內(nèi),產(chǎn)生穩(wěn)定的5A/14.6V電池充電器輸出以及高達(dá)6.25A的系統(tǒng)輸出,適用于種類繁多的便攜式應(yīng)用(包括儀表、工業(yè)設(shè)備、電動工具和電腦)。該電路的總體占板面積為12.4cm2(如果僅用LTC4000電路,則為3.6cm2),從而能實現(xiàn)非常緊湊的解決方案(見圖4)。同步整流有助于在滿負(fù)載和標(biāo)稱輸入時獲得超過96%的效率(見圖5)。

為了增加電路評估和仿真功能,不久將推出演示電路DC1830,從而允許LTC4000電路板與采用其他兼容DC/DC轉(zhuǎn)換器的獨立評估電路板連接。

第10篇

1項目設(shè)計案例化

培訓(xùn)內(nèi)容的確定,結(jié)合職業(yè)崗位定位,選擇與實際電路產(chǎn)品相關(guān)的案例,面向應(yīng)用,因用而學(xué),學(xué)以致用。以丙級為例,其具體案例如:(1)時序邏輯電路設(shè)計與制作:設(shè)計制作一個數(shù)位電子鐘。(2)組合邏輯電路設(shè)計與操作:①半加減法器;②具有智能控制的2to4譯碼器;③具有優(yōu)先權(quán)的4to2編碼器;④4to1多任務(wù)數(shù)據(jù)選擇器;⑤1to4多任務(wù)數(shù)據(jù)分配器。(3)CPLD設(shè)計與應(yīng)用:①電子骰子控制;②二位數(shù)計時器;③紅綠燈控制。

2培訓(xùn)的組織實施

培訓(xùn)的實施采用面向職業(yè)崗位,以工作任務(wù)為引領(lǐng),教學(xué)做一體的項目教學(xué)法進(jìn)行培訓(xùn)授課。如表2,即為實用丙級的實施方案示例。

3培訓(xùn)的鑒定認(rèn)證

培訓(xùn)的鑒定認(rèn)證,是參照臺灣嵌入式系統(tǒng)發(fā)展協(xié)會的職業(yè)能力認(rèn)證考核標(biāo)準(zhǔn),制定出包括PLD電子設(shè)計專業(yè)知識和職業(yè)技能兼具的鑒定認(rèn)證系統(tǒng),從專業(yè)知識和工程實踐技能兩大模塊分別進(jìn)行考核鑒定。在實用丙級中,專業(yè)知識模塊由100道選擇題組成,由在線測試系統(tǒng)(OSTS)從題庫中以隨機方式產(chǎn)生,以考核學(xué)員對專業(yè)知識的掌握。而實踐技能的考評,主要包括組合邏輯電路的設(shè)計與操作、時序邏輯電路的設(shè)計與制作、綜合邏輯電路的設(shè)計與應(yīng)用以及數(shù)位邏輯功能的模擬與紀(jì)錄等四個項目,規(guī)劃為二個階段來進(jìn)行:第一階段主要考量學(xué)員對于傳統(tǒng)數(shù)位邏輯電路的設(shè)計及制作能力,其中包含邏輯化簡、電路設(shè)計、電路板規(guī)劃、組件辨識及焊接等能力;第二階段則考量有關(guān)CPLD的設(shè)計與應(yīng)用能力,包含功能分析、工具使用、電路設(shè)計、程序撰寫以及功能模擬紀(jì)錄等能力。

4結(jié)束語

隨著超大規(guī)模集成芯片的發(fā)展,PLD電子設(shè)計自動化應(yīng)用越來越廣泛,在減少電路板的體積,產(chǎn)品的更新速度方面顯示出極大的優(yōu)越性。目前將其運用于設(shè)計電路產(chǎn)品已經(jīng)成為一個主流,掌握PLD技術(shù)也成為電子設(shè)計人員的迫切需要。我們研究的培訓(xùn)鑒定認(rèn)證方案,其創(chuàng)新之處在于:(1)系統(tǒng)方案是以行業(yè)協(xié)會的職業(yè)能力認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn),銜接行業(yè)最新技術(shù),直接面向企業(yè)的需求,凸顯了面向職業(yè)培訓(xùn)的所學(xué)即所需的特色。(2)臺灣的電子產(chǎn)業(yè)在業(yè)界比較領(lǐng)先,在長三角地區(qū)也有大量的投資。基于臺灣行業(yè)協(xié)會的培訓(xùn)認(rèn)證,在外資企業(yè),尤其是臺資企業(yè)有較高的認(rèn)可度。(3)數(shù)位邏輯設(shè)計能力認(rèn)證按照實用級、專業(yè)級、專家級逐次遞進(jìn),可分別面向不同的需求開展培訓(xùn)。

作者:湯朝霞單位:蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

第11篇

關(guān)鍵詞:大同站;聯(lián)鎖過渡;實施方案

1 聯(lián)鎖電路過渡方案原則

1.1 簡化既有電路修改,避免修改6502電氣集中網(wǎng)絡(luò)電路。

1.2 充分利用新敷設(shè)的信號電纜及新安裝的室內(nèi)外信號設(shè)備,節(jié)約過渡設(shè)備投資。

1.3 必須確保聯(lián)鎖關(guān)系正確,確保行車安全。

2 既有四線制道岔控制電路過渡為五線制道岔控制電路過渡方案

2.1 既有信號機械室內(nèi)新增設(shè)交流提速道岔電源屏,為交流五線制道岔提供轉(zhuǎn)換電源。既有信號機械室內(nèi)新安裝過渡交流提速道岔組合,以便控制新增交流道岔。

2.2 原位將四線制轉(zhuǎn)轍機更換為交流五線制液壓轉(zhuǎn)轍機聯(lián)鎖電路過渡方案:

2.2.1 修改既有道岔組合內(nèi)部配線,將既有道岔鎖閉條件(SJ)、進(jìn)路操縱條件(DCJ、FCJ)接入至新增提速道岔組合1DQJ勵磁電路,實現(xiàn)用既有聯(lián)鎖條件控制新增提速道岔組合。啟動電路修改詳見圖1。

2.2.2 既有信號機械室至新信號機械室敷設(shè)過渡電纜,既有機械室新設(shè)提速道岔組合通過過渡電纜與新敷設(shè)道岔電纜連接,控制室外新更換的五線制交流轉(zhuǎn)轍機,并根據(jù)室外實際開通位置給出相應(yīng)道岔表示。道岔電纜過渡詳見圖2。

2.2.3 修改室內(nèi)道岔表示電路:用過渡道岔組合BDJ、FBJ前接點作為既有道岔組合DBJ、FBJ勵磁條件,給出道岔表示。道岔表示電路修改詳見圖3。

2.2.4 雙動等多動道岔轉(zhuǎn)轍機同時更換,室內(nèi)道岔控制電路一次修改完畢,降低反復(fù)修改電路的安全風(fēng)險。

2.2.5 該方案優(yōu)點:將更換轉(zhuǎn)轍機、安裝裝置工作提前進(jìn)行,開通時只需倒接電纜既可(每組道岔只需倒接5芯電纜),大幅減少聯(lián)鎖開通時更換轉(zhuǎn)轍機及安裝裝置工作量。同時過渡組合、過渡電源屏仍可重復(fù)使用。

2.3 配合工務(wù)成組更換道岔、插入新增道岔過渡方案:

2.3.1 為實現(xiàn)道岔鎖閉功能、進(jìn)路選排的一致性,成組更換道岔、插入新增道岔前需現(xiàn)場核實插入位置,通過移設(shè)軌道電路(包括防護信號機)的方法,確保基本聯(lián)鎖關(guān)系正確。

2.3.2 雙動(多動)道岔分步更換時,交直流轉(zhuǎn)轍機混用過渡方案:雙動道岔只更換一端時,成組更換的交流道岔按單動處理,通過過渡組合控制并給出位置表示;修改室外既有電纜配線,另一端既有直流道岔也按單動處理,通過既有道岔組合控制并給出位置表示(將過渡道岔組合BDJ、FBJ前接點串入既有道岔組合DBJ、FBJ勵磁電路),實現(xiàn)交、直流轉(zhuǎn)轍機混用過渡控制。拆除既有道岔一動、末動電路修改圖詳見下圖4、圖5,新成組更換道岔電路修改圖參閱圖1、圖2、圖3。

3 站聯(lián)電路過渡方案

3.1 大同站有3個發(fā)車口(區(qū)間為ZPW-2000A自動閉塞設(shè)備)、1個駝峰場聯(lián)系電路,且2個發(fā)車口具備反方向運行條件,聯(lián)鎖條件較為復(fù)雜。為降低聯(lián)鎖開通時工作量,利用復(fù)聯(lián)試驗施工點,提前割接站聯(lián)電纜,將新信號機械室聯(lián)鎖電路與既有站聯(lián)電纜接通,進(jìn)行聯(lián)鎖試驗,具備條件后,利用新機械室與既有機械室過渡電纜倒接,實現(xiàn)站聯(lián)設(shè)備復(fù)舊。詳見下圖6:

3.2 方案優(yōu)點:聯(lián)鎖開通時,只需在新機械室分線盤甩開過渡電纜,恢復(fù)正式電纜配線進(jìn)行聯(lián)鎖試驗即可,室外無電纜割接工作量。

4 軌道電路過渡方案

4.1 大同站共有軌道電路133個區(qū)段,其中既有集中供電區(qū)段105個,為降低聯(lián)鎖開通時工作量,利用封鎖點提前將非電碼化軌道電路新設(shè)備接入、調(diào)試,利用新機械室軌道繼電器前接點控制既有舊機械室軌道繼電器,實現(xiàn)非電碼化區(qū)段提前倒接使用。詳見下圖7:

4.2 方案優(yōu)點:聯(lián)鎖開通時,只需拆除新舊機械室間過渡電纜進(jìn)行聯(lián)鎖試驗即可,室外軌道設(shè)備倒接、調(diào)試工作量大幅度減少。

5 信號機過渡方案

5.1 大同站共有信號機132架,受地理位置限制,既有信號機影響新信號機安裝的共有16架,為降低聯(lián)鎖開通時工作量,利用封鎖點提前將室外新信號機接入、調(diào)試,利用新舊機械室過渡電纜連接到既有信號機組合,實現(xiàn)部分信號機提前倒接使用。詳見下圖8:

5.2 方案優(yōu)點:聯(lián)鎖開通時,只需拆除新舊機械室間過渡電纜進(jìn)行聯(lián)鎖試驗即可,室外軌道設(shè)備倒接、調(diào)試工作量大幅度減少。

第12篇

關(guān)鍵詞:軌道交通;全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng);安全技術(shù);應(yīng)用

全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用,可以提高軌道交通運營的安全性、智能性和高效性,能夠在一定程度上降低軌道交通的運營成本。而了解軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全技術(shù),則能夠為系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)的依據(jù)。因此,有必要對軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用問題展開探討。從而為全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的推廣應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

1軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其安全技術(shù)

從結(jié)構(gòu)上來看,軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)主要由全電子執(zhí)行單元和聯(lián)鎖主機構(gòu)成。其中,全電子執(zhí)行單元需要進(jìn)行軌道電路、轉(zhuǎn)轍機和信號機等設(shè)備狀態(tài)的采集和控制,聯(lián)鎖主機需要完成聯(lián)鎖邏輯運算。就目前來看,全電子執(zhí)行單元一共由11種控制模塊組成,可以按照類型和數(shù)量進(jìn)行模塊的組合,并將模塊安裝在機柜中。而聯(lián)鎖主機需要利用CAN總線與各模塊連接,利用CAN總線將聯(lián)鎖命令傳送至各模塊叫。

根據(jù)歐洲鐵路標(biāo)準(zhǔn)EN50129,目前系統(tǒng)的安全性設(shè)計主要使用3種安全技術(shù),即組合式故障安全、反應(yīng)式故障安全和固有式故障安全。其中,組合式故障安全技術(shù)需要用2個部件執(zhí)行相關(guān)安全功能,而每個部件相互獨立,可以避免系統(tǒng)出現(xiàn)共因失效問題。在鐵路信號系統(tǒng)中,該技術(shù)的常用結(jié)構(gòu)模式為“二取二”,能夠檢測出系統(tǒng)部件中的危險故障,并能在足夠時間內(nèi)拒絕故障再次在系統(tǒng)發(fā)生。反應(yīng)式故障安全技術(shù)可以由單獨部件執(zhí)行安全相關(guān)功能,但是需要以快速實現(xiàn)危險故障檢測和拒絕為前提,以便確保系統(tǒng)的安全操作。在應(yīng)用該技術(shù)的過程中,雖然其安全相關(guān)功能只由1個部件實施,但是也可以將檢查功能當(dāng)作是第2部件。但是,檢查功能與安全功能的實現(xiàn)是相互獨立的,可以避免出現(xiàn)共因失效現(xiàn)象。此外,固有式故障安全也是常用的安全技術(shù),并且也由單個部件執(zhí)行安全相關(guān)功能。而該技術(shù)應(yīng)用的前提是,假定部件的所有失效模式都是安全的。利用該技術(shù),可以在應(yīng)用其他安全技術(shù)的系統(tǒng)中進(jìn)行某些安全功能的實現(xiàn)。就目前來看,“故障安全”型電子元器件是得到普遍使用的應(yīng)用固有式故障安全技術(shù)的電子器件。但是,由于該技術(shù)本身具有故障不對稱性,因此往往會在系統(tǒng)安全的最后關(guān)口使用。

2軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用

在軌道交通系統(tǒng)中,道岔控制是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而使用全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)設(shè)計道岔控制單元,可以為系統(tǒng)的安全運行提供保障。

2.1道岔模塊結(jié)構(gòu)安全設(shè)計

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來看,道岔模塊由信號采集電路、微控制電路、通信電路和動作電路等多個電路組成。利用信號采集電路,可以實時進(jìn)行轉(zhuǎn)轍機位置情況的檢查,繼而為系統(tǒng)安全提供保障。利用開關(guān)控制電控,可以控制三相交流轉(zhuǎn)轍機的反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn),所以該電路同樣是系統(tǒng)安全功能電路。再者,利用微控制器電路可以完成整個模塊的核心邏輯運算,而利用控制通道通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)模塊與聯(lián)鎖機的通信,并且進(jìn)行道岔轉(zhuǎn)動操作命令和表示狀態(tài)的接收和傳送,同樣為系統(tǒng)的安全功能電路。

2.2安全技術(shù)在信號采集上的應(yīng)用

在檢測道岔模塊位置時,信號采集電路可能發(fā)生2種危險性故障。具體來講,就是將道岔無表示錯誤采集為反位或?qū)⒌啦矶ㄎ诲e誤采集為反位。此時,可以利用道岔模塊位置檢測功能故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行電路故障的分析,然后根據(jù)電路的對稱性進(jìn)行故障事件的安全性分析。在分析的過程中,需要將道岔無表示錯誤采集為反位設(shè)定為事件A,并將道岔定位錯誤采集為反位設(shè)定為事件B。通過分析可以發(fā)現(xiàn),道岔無表示時,可以將此故障等效為A點處斷開。采用Relex工具進(jìn)行定量分析可以發(fā)現(xiàn),事件A的安全性指標(biāo)并不滿足安全需求。而分析導(dǎo)致A事件發(fā)生的電路重要度較大的部件,則可以通過改進(jìn)該部件實現(xiàn)對電路的改進(jìn),繼而使事件A的安全性指標(biāo)滿足安全需求。采取同樣的方法可以完成對事件B的故障樹的構(gòu)建,同時也能夠提高其安全性指標(biāo),繼而使信號采集電路的設(shè)計具有一定的安全性。

2.3安全技術(shù)在道岔動作電路設(shè)計中的應(yīng)用

從結(jié)構(gòu)上來看,道岔動作電路由隔離驅(qū)動電路、反饋檢測電路和微控制器電路等多個電路組成。根據(jù)聯(lián)鎖計算機命令發(fā)出的動作指令,微控制器電路設(shè)計“0”為有效電平輸出電路,可以進(jìn)行開關(guān)控制電路的控制。而電路輸出如果為“1”。系統(tǒng)將不進(jìn)行轉(zhuǎn)轍機的操作。在分析電路的安全性時,可以使用“二取二”系統(tǒng)架構(gòu),并使用故障樹分析法分析道岔模塊動作功能故障。而利用Relex工具,可以進(jìn)行動作電路安全性指標(biāo)的計算。此外,在分析的過程中,通過建立五線制道岔模塊動作電路故障樹,可以完成該模塊電路的安全性指標(biāo)的分析。而通過分析各事件的重要度,則可以找出重要度最高的事件,并通過提高這些事件的安全性來提高道岔模塊的動作電路的安全性。但是,單獨采用“二取二”的“組合式故障安全”的安全技術(shù)進(jìn)行電路的設(shè)計,一般難以達(dá)到系統(tǒng)的安全性指標(biāo)要求。因此,在設(shè)計此部分電路時,還需要使用反應(yīng)式故障安全和固有式故障安全等其他安全技術(shù)。例如,在檢測電路的單故障時,由于電路故障主要體現(xiàn)在錯誤動作上,所以需要重點檢測開關(guān)的錯誤閉合狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)故障的安全設(shè)計原則,應(yīng)該將有能量狀態(tài)下的電路設(shè)計為危險側(cè)。在道岔動作時,如果檢測到電路故障,就不能進(jìn)行開關(guān)閉合狀態(tài)的檢測。而根據(jù)這一原理,就可以實現(xiàn)對安全型檢測電路的設(shè)計。在檢測完成后,第1個危險故障如果以單獨形式與第2個故障組合出現(xiàn),并且迅速被檢測到,同時也能夠進(jìn)入到安全狀態(tài),就意味著電路滿足反應(yīng)式故障安全條件。而在這種情況下,故障檢測和拒絕的時間將不超過潛在危險輸出持續(xù)時間限制。

2.4安全技術(shù)在道岔模塊與聯(lián)鎖計算機通信設(shè)計中的應(yīng)用

在設(shè)計道岔模塊與聯(lián)鎖計算機的通信接口時,需要滿足歐標(biāo)對安全通信系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要求。具體來講,道岔模塊與聯(lián)鎖計算機將使用CAN現(xiàn)場總線為通信接口,而該接口具有抗干擾能力強和實時性好等多方面的優(yōu)勢。但是,通信系統(tǒng)安全性不僅與通信可靠性有關(guān),同時也將與通信故障安全性有關(guān)。所以,在使用CAN總線基礎(chǔ)上,需要設(shè)計具有故障安全性的通信協(xié)議,以滿足軌道交通系統(tǒng)信息安全傳輸?shù)囊蟆8鶕?jù)這些要求,需要將CAN總線格式設(shè)計為擴展幀格式,而聯(lián)鎖機傳輸?shù)膱笪男畔⑿枰ㄎ徊倏孛睢⒌啦礞i閉防護命令和反位操控命令等命令,道岔模塊需要傳輸?shù)膱笪男畔随i閉防護狀態(tài)、道岔定位表示和轉(zhuǎn)動狀態(tài)等。在此基礎(chǔ)上,還要完成通信接口安全性的定性分析和定量分析,以便了解系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>