時間：2023-04-08 11:47:09
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗，特別為您篩選了11篇數(shù)字電路論文范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識！
將EDA技術(shù)最新的科研成果融于課堂教學(xué)中，這也是數(shù)字電路教學(xué)革新最基本的思路，呈現(xiàn)課堂教學(xué)方式現(xiàn)代化，并構(gòu)建非常先進的教學(xué)平臺以及現(xiàn)代化課堂教學(xué)環(huán)境。以現(xiàn)代化教學(xué)平臺為基礎(chǔ)，展開課堂教學(xué)內(nèi)容以及方式的革新，構(gòu)建能提升學(xué)生創(chuàng)新精神與能力良好培養(yǎng)的課堂。數(shù)字電路課程理論性教學(xué)內(nèi)容是講關(guān)于集成度的，該標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件是中小規(guī)模集成電路。因為標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件所設(shè)計的傳統(tǒng)數(shù)字體系是使用自下向上的設(shè)計方式，總體所需的器件較多，并且其電路連接非常復(fù)雜，對應(yīng)的可靠性也不高。用戶不能對相關(guān)器件功能進行修改，這也就促使修改體系設(shè)計難度提升。
（二）教學(xué)內(nèi)容及方式的創(chuàng)新
近年來，電子技術(shù)以及計算機技術(shù)發(fā)展飛速，隨著EDA技術(shù)的出現(xiàn)及不斷應(yīng)用，促使數(shù)字體系設(shè)計進入新的階段。實際上基于標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件數(shù)字電路有著諸多缺陷，不過運用其展開相關(guān)教學(xué)也仍是有好處的，其能促使學(xué)生很好的了解掌握對應(yīng)基本原理及知識，教學(xué)者也能夠很好的向?qū)W生講解其組合邏輯電路與時序邏輯電路的最原始電路，并合理的講述與其對應(yīng)的分析及設(shè)計方式。想要幫該專業(yè)學(xué)生打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)，還要掌握該學(xué)科的最新研究成果及發(fā)展趨勢，并合理的結(jié)合科研成果進行課堂調(diào)整及教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，找尋可行性較高的實施方法以及教學(xué)方式。將各類分類元件及較小規(guī)模的集成電路內(nèi)容進行合理精簡，重點講述中規(guī)模的對應(yīng)集成電路和運用，將EAD技術(shù)學(xué)習(xí)列為重點，并將其軟件融入課堂教學(xué)過程中，進行現(xiàn)場仿真直接性概念演示、分析進程及驗證、設(shè)計結(jié)果，很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提升教學(xué)效果。全方位的引進多媒體教學(xué)，并將其與傳統(tǒng)方式合理有效的結(jié)合，呈現(xiàn)優(yōu)勢互補的良好效果。
二、革新課堂教學(xué)理念并確立教學(xué)新目標(biāo)
（一）課堂教學(xué)新理念
古往今來，我國的傳統(tǒng)教學(xué)模式就是以教師為中心，課堂教學(xué)大多是理論性教學(xué)，內(nèi)容均是需要驗證的。教師可以在課堂上進行實驗，給學(xué)生一定的實驗步驟以及電路圖，學(xué)生們則是按部就班的驗證其對應(yīng)結(jié)果，這樣根本激發(fā)不出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及積極性，致使其不能將所學(xué)的知識綜合運用，不能全方位的分析及解決問題。高等教育若是不能滿足學(xué)生的所有需求，就不能很好的發(fā)揮其自身創(chuàng)造力，這樣高等教育發(fā)展則會停滯。以教師為中心的教學(xué)模式不能長此已久，需要全方位的模式革新，務(wù)必要將學(xué)生轉(zhuǎn)移至模式中心，扼制被動式教學(xué)，呈現(xiàn)學(xué)生主動式學(xué)習(xí)的良好模式，構(gòu)建以學(xué)生為中心教師為主導(dǎo)，并著重于學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。這樣充分的發(fā)揮學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，提升高等教育的發(fā)展。
（二）課堂教學(xué)新目標(biāo)
應(yīng)不斷的強化基礎(chǔ)、拓展知識層面、持續(xù)提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新能力、發(fā)展其個性，并對學(xué)生進行因材施教與分流培養(yǎng)，展開啟發(fā)式創(chuàng)新及各類實驗合理結(jié)合，軟硬件結(jié)合、課內(nèi)外結(jié)合、拓展實驗性教學(xué)，不斷培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代化的各類設(shè)計工具，持續(xù)提升學(xué)生管理較大規(guī)模復(fù)雜體系的能力。教育創(chuàng)新的核心力量是教師，務(wù)必要在整體教學(xué)過程中不斷培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、思維以及能力，并很好的激發(fā)學(xué)生能夠提出問題、分析問題以及解決問題，培養(yǎng)這類內(nèi)在動機的良好形成，促使學(xué)生學(xué)習(xí)自主性及創(chuàng)造性的形成，并運用各類機會指導(dǎo)學(xué)生參與并實驗，持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、處理問題的能力。
三、運用多樣教學(xué)方式
（一）啟發(fā)教學(xué)
問題是學(xué)生思維開啟的關(guān)鍵，教學(xué)者應(yīng)該通過對應(yīng)教學(xué)情景創(chuàng)設(shè)來很好的引導(dǎo)學(xué)生進行問題的發(fā)現(xiàn)、分析以及處理，在尋找答案的過程中不斷提升學(xué)生綜合能力。啟發(fā)式教學(xué)對新課程的引入最有效，也是應(yīng)用最廣泛的。
（二）互動教學(xué)
互動教學(xué)有別于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，該方式主要是突出師生之間的互動和學(xué)生創(chuàng)造力的良好培養(yǎng)。從學(xué)生進入高等教育之后，對應(yīng)的教學(xué)模式以及課程安排是不同于中學(xué)時期的，尤其是數(shù)字電路基礎(chǔ)課程，其授課時間以及間隔時間較長。講課中教學(xué)者及學(xué)生互動不到位，學(xué)生則會因為課程時間較長從而出現(xiàn)怠學(xué)的心理，進而忽略了較為重要的相關(guān)知識點，長此已久學(xué)生就會因為學(xué)不會而出現(xiàn)厭學(xué)情況。所以教學(xué)者應(yīng)注重課堂之上與學(xué)生的互動，要留有一定的時間讓學(xué)生進行相關(guān)思考、討論、分析以及總結(jié)，促使學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的發(fā)揮。
（三）任務(wù)驅(qū)動法
數(shù)字電路基礎(chǔ)課程最關(guān)鍵的就是實踐，所以對于數(shù)字電路基礎(chǔ)課程教學(xué)來講任務(wù)驅(qū)動法是個很實用的方式，將各個重要的知識點巧妙的設(shè)計成不同類型的小任務(wù)，這樣學(xué)生就知道自己是帶著學(xué)習(xí)任務(wù)的，也知道自己要完成怎樣的學(xué)習(xí)目標(biāo)。教學(xué)者在設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)時要保證任何一個任務(wù)都是包含著新舊知識以及技能的，進而很好的將學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性激發(fā)，并保持著這樣積極的學(xué)習(xí)熱情。
（四）類比教學(xué)
數(shù)字電路基礎(chǔ)課程會有比較抽象的知識概念，學(xué)生們要是沒有對應(yīng)的理論知識基礎(chǔ)以及空間想象力，這就在一定程度上影響了學(xué)生的深入理解。所以教學(xué)者應(yīng)運用適應(yīng)的教學(xué)方式來輔助學(xué)生強化基礎(chǔ)性概念理解，這樣來講類比法則是非常有效的一種教學(xué)方式，其是將學(xué)生要學(xué)習(xí)的各個知識點及平常生活巧妙的聯(lián)系，學(xué)生則可以通過對比及比較發(fā)現(xiàn)相應(yīng)概念的內(nèi)在規(guī)律，進而很好的激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣。
計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是電子設(shè)計領(lǐng)域一次新的突破，對計算機電子技術(shù)的發(fā)展有著極大的作用。但是，在現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中卻存在一定的問題。例如，信號線間距離對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計的影響，一般情況下，信號線間的距離會隨著印刷版電路密集度的增大而變化，越來越狹小，而在這個過程中，也會導(dǎo)致信號之間的電磁耦合增大，這樣就不會對其進行忽略處理，會引發(fā)信號間的串?dāng)_現(xiàn)象，而且隨著時間的推移會越來越嚴(yán)重。
1.2 阻抗不匹配的問題
阻抗是信號傳輸線上的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計的過程中，卻存在信號傳輸位置上的阻抗不相匹配的現(xiàn)象，這樣極易引發(fā)反射噪聲，而反射噪聲將會對信號造成一定的破壞，使得信號的完整性受到極高速數(shù)字電路設(shè)計是電子技術(shù)行業(yè)發(fā)展的重要結(jié)晶，通過多個電子元件組成，更是將電子技術(shù)發(fā)揮的淋漓盡致，而且，計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的應(yīng)用也極為廣泛。但是，在實際的應(yīng)用中，計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)卻受到一些因素的影響，例如，信號線間距離的影響、阻抗不匹配的問題、電源平面間電阻和電感的影響等，都會對計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的運行效率產(chǎn)生影響，要提升計算機高速數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用效率，必須解決這些影響因素，對此，本文主要對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進行研究。摘要大的影響。
1.3 電源平面間電阻和電感的影響
計算機高速數(shù)字化電路設(shè)計技術(shù)是根據(jù)實際的情況，利用先進的電子技術(shù)設(shè)計而成，在諸多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于電源平面間存在電阻和電感，使得大量電路輸出同時動作時，就會使整個電路產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流，這將會對極端級高速數(shù)字電路地線以及電源線上的電壓造成極大的影響，甚至?xí)a(chǎn)生波動的現(xiàn)象。
2計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的研究分析
2.1 合理設(shè)計，確保計算機高速數(shù)字電路信號的完整性
通過以上的分析得知，現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中，由于受到阻抗不匹配的影響，對電路信號的完整性也造成一定的影響，因此，要對計算機高速數(shù)字電路技術(shù)進行合理的設(shè)計，確保計算機高速數(shù)字電路信號的完整性。主要分為兩方面研究，一方面是對不同電路之間電路信號網(wǎng)的傳輸信號干擾情況進行研究，也就是以上所提到的反射和干擾的問題，而另一方面，要對不同信號在傳輸?shù)倪^程中，對電路信號網(wǎng)產(chǎn)生的干擾情況進行分析。計算機高速數(shù)字電路在運行的過程中，會受到阻抗不相匹配的因素而影響到電路信號的傳輸效率，而且，現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路運行的過程中，阻抗很難控制，經(jīng)常會出現(xiàn)阻抗過大或過小的現(xiàn)象，都會對電路信號傳播的波形產(chǎn)生一定的干擾，從而對計算機高速電路傳輸信號的完整性產(chǎn)生直接的影響。為了避免這類情況的發(fā)生，要對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)展開研究，從正常理論來看，高速數(shù)字電路設(shè)計難以使電路與臨街阻抗的狀態(tài)相互符合，可以對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進行改進，保持系統(tǒng)處于過阻抗?fàn)顟B(tài)，這樣就能保證計算機高速數(shù)字電路設(shè)計不會受到阻抗不等的狀態(tài)而影響到計算機高速數(shù)字電路信息傳輸?shù)耐暾浴?/p>
2.2 對高速數(shù)字電路電源進行合理設(shè)計
電源是計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的重要組成元件，通過以上的分析得知，計算機高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于受到電源平面間電阻和電感的影響，使得電源運行過程中會出現(xiàn)過電壓的故障，也就是電源的波形質(zhì)量受到影響，嚴(yán)重影響到計算機高速數(shù)字電路運行的可靠性。從理論上來看，如果高速數(shù)字電路設(shè)計中，電源系統(tǒng)中不存在阻抗的話是電路設(shè)計最理想的狀態(tài)，這樣整個信號的回路也不會存在阻抗耗損的問題，系統(tǒng)中的各個點的點位就會保持恒定的狀態(tài)。但是，在實際中卻不會存在這種理想狀態(tài)，計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)運行的過程中，就必須要考慮到電源的電阻和電感因素，而要減少電源面的電阻和電感對電源系統(tǒng)的影響，就必須對其采取降低的處理措施。從當(dāng)今計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)電源材質(zhì)的分析了解到，電路系統(tǒng)中大多數(shù)都是采用大面積銅質(zhì)材料，如果結(jié)合電源系統(tǒng)要求來分析的話，這些材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到計算機高速數(shù)字電路電源的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣在系統(tǒng)正常運行的過程中勢必會受到一定的影響，對此，要將所有影響因素進行綜合性的考慮和研究，可以采用樓電容應(yīng)用到電路中，這樣可以有效的避免或降低電源面電阻和電感對系統(tǒng)的影響，從而有效的提高計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)運行的可靠性。
再設(shè)計電路時，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計，將電路所需的成本降到最低，提高每個單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計電路。
1.2參數(shù)計算
計算參數(shù)是設(shè)計電路必須要進行得步驟，通過計算，來保證電路中各個單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識，單元電路的設(shè)計需要強大的理論知識的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計算如下放大電路的時候，我們需要計算每個電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。
1.3繪制電路圖
電路設(shè)計時，需要將單元電路與整機電路相連，設(shè)計完整的具有一定功能的電路圖，在連接時，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)ǎ瑢崿F(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計單元電路間的級聯(lián)時，各單元電路設(shè)計完成時，還要考慮這些，意在減少浪費，還要注意輸入信號、輸出信號、控制信號間的關(guān)系，同時還要注意一些事項：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。其次，注意信號流向以圖形符號。信號的流向，一般從輸入端、信號源開始，從左至右、從上到下，按信號的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號的標(biāo)注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點用原點表示。
2幾種典型單元電路的設(shè)計方法
電子電路設(shè)計中，單元電路一定要設(shè)計合理，否則將會影響整個電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計電路時，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計。
2.1對于線性集成運放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計
穩(wěn)壓電源的設(shè)計，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計單元電路時，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計能夠使單元電路具有保護過流、短路電流。
2.2單元電路之間的級聯(lián)設(shè)計
單元電路設(shè)計完成之后，還要考慮單元電路間的級聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號耦合方式、時序配合、相互干擾等。其中信號耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時序配合的問題，相對比較復(fù)雜，需要對每個單元電路的信號進行詳細(xì)的分析，來確定電路時序。
2.3對于運算放大器電路的設(shè)計
運算放大電路在電路設(shè)計中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運放電路的設(shè)計，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計時對各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個指標(biāo)的先進。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級以上的放大級相連。
2配電線路自動化功能
配電線路自動化可以實現(xiàn)對饋電線路的進行快速的故障定位、故障隔離、非故障區(qū)域供電恢復(fù)，最大限度的降低了因電網(wǎng)運行故障引起的停電范圍，有效縮短了故障恢復(fù)時間。同時，配電線路自動化還實現(xiàn)了對10kV架空線環(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)正常運行狀態(tài)的實時、動態(tài)監(jiān)控。而實現(xiàn)10kV架空線環(huán)網(wǎng)配電線路自動化功能，需要具備如下幾點要求：⑴在分支線或用戶出門處設(shè)置用戶分界開關(guān)，達(dá)到自動切除故障的目的，從而縮小停電時間和停電面積；⑵越靠近電源側(cè)的開關(guān)，在跳閘后所引起的停電范圍便也越大，因此，應(yīng)該盡量減少靠近電源側(cè)的開關(guān)動作次數(shù)；⑶饋線出線開關(guān)跳閘會影響整條饋線的全部供電區(qū)域，應(yīng)該通過增設(shè)分段開關(guān)的措施，盡可能在出線開關(guān)跳閘之前隔離故障區(qū)域，以減少出線開關(guān)動作次數(shù)；⑷饋線開關(guān)控制器應(yīng)該根據(jù)需求，合理、靈活地配置多種通信模塊，在開關(guān)動作后，控制器便可將預(yù)警信號上傳至后臺，從而縮短檢查人員對故障的查找時間；⑸饋線出線開關(guān)可依靠自動化開關(guān)自動切除永久性故障區(qū)域，提高變電站出線開關(guān)重合閘成功率。
3配電線路故障處理及恢復(fù)供電模式
10kV架空線環(huán)網(wǎng)配電線路中，因饋線問題引起的停電問題比較普遍，一旦發(fā)生故障，必須盡快處理，才能保證供電的安全性與可靠性。而配電線路自動化，便能夠在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)對故障的定位、隔離以及恢復(fù)供電。⑴利用故障指示器處理線路故障。于架空線配電線路上安裝故障指示器，發(fā)生故障時，工作人員便可通過故障指示器及時查找到故障區(qū)段，然后再利用開關(guān)設(shè)備，對故障區(qū)段進行人工隔離，恢復(fù)正常區(qū)段的供電。該處理方式雖然簡單、有效，但通過長期實踐也發(fā)現(xiàn)，利用故障指示器處理線路故障時，造成的停電時間較長、供電的恢復(fù)也比較慢。⑵利用智能開關(guān)處理線路故障?；诠收现笜?biāo)器處理線路故障時存在的限制，遵循自動化處理的理念，又研制開發(fā)出了智能化開關(guān)設(shè)備，例如智能化分段器、重合器等。將智能化開關(guān)設(shè)備安裝于10kV架空線環(huán)網(wǎng)配電線路上時，通過智能化設(shè)備之間的相互配合，便可在線路發(fā)生故障后進行就地自動隔離，進而及時恢復(fù)供電，見圖1所示：⑶利用遠(yuǎn)程遙控處理線路故障。經(jīng)過以上兩個階段的發(fā)展后，很多電力企業(yè)目前已加入了遙測、遙控、遙信的遠(yuǎn)程通信管理方式，該方式是指開關(guān)設(shè)備與饋線終端單元（FTU）集成，使之成為一個集傳輸、采集、控制功能于一體的智能型裝置。將此裝置與計算機控制中心相連接，便可進行實時通信，以遠(yuǎn)程遙控方式進行集中控制，當(dāng)線路發(fā)生故障時，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以一次性完成對故障的定位、隔離、恢復(fù)供電，以此來規(guī)避短路時電流對配電線路及其設(shè)備的沖擊。
根據(jù)縣級供電企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合配電線路自動化運行的可行性、經(jīng)濟性要求分析可見，利用故障指示器處理線路故障時，雖然具有簡單、有效等優(yōu)點，但其所造成的停電時間較長、供電恢復(fù)比較慢，經(jīng)濟性要求難以滿足，不建議選擇。利用智能開關(guān)處理線路故障在目前供電企業(yè)中的應(yīng)用也比較廣泛，其能實現(xiàn)故障就地隔離、縮小停電范圍，也無需使用其他通信手段，只通過重合器的多次重合及保護動作時間的配合，便能對線路故障進行自動定位、隔離，進而恢復(fù)供電，完全達(dá)到了按照規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的要求，實現(xiàn)了“快、穩(wěn)、準(zhǔn)”的自動化目的，此種方式比較合理、經(jīng)濟的，可以推廣應(yīng)用。而第三階段利用遠(yuǎn)程遙控處理線路故障屬于智能化技術(shù)，其雖然比自動化技術(shù)更先進，但由于其要依靠通信才能運行，且裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，存在有一定的局限性，因此，應(yīng)該研究基于無線通信的遠(yuǎn)程遙控裝置，才能保證遠(yuǎn)程遙控的應(yīng)用效果[2]。
4架空線路集中智能模式分析
4.1線路故障處理方式在10kV架空線環(huán)網(wǎng)配電線路自動化技術(shù)的應(yīng)用下，對于線路故障的處理方式主要有集中控制方式與單元控制方式兩種，最為常用的是集中控制方式。集中控制方式是指現(xiàn)場的FTU（饋線終端裝置），將監(jiān)測到的線路故障信息傳達(dá)給主站，主站再根據(jù)配電網(wǎng)的實時拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用相應(yīng)的算法對故障進行定位，再將命令下達(dá)到FTU，使開關(guān)跳閘，以此來隔離故障[3]。
4.2迅速恢復(fù)供電的設(shè)計文章就通過實例分析，探討在架空線路集中智能模式下迅速恢復(fù)供電的設(shè)計：⑴可靠性預(yù)測模型。配電線路發(fā)生故障后，事件的模擬順序為：①故障。發(fā)生故障，開關(guān)跳開，隔離故障；②上游恢復(fù)供電。將故障的上游分段打開；③下游恢復(fù)供電。因上開關(guān)斷開，其他部分仍然失電，便可通過關(guān)合聯(lián)絡(luò)開關(guān)為下游恢復(fù)供電；④檢修。排除故障，將配電線路自動化系統(tǒng)恢復(fù)到故障前的狀態(tài)。⑵兩級恢復(fù)供電。如圖2所示，當(dāng)故障發(fā)生后，饋線開關(guān)斷開，饋線上所有用戶被停電，若將上游第1個手動開關(guān)打開，A段和B段便能恢復(fù)供電，但要使A、B段同時恢復(fù)供電，便需要較長的時間?；谏鲜鲆蛩氐闹萍s，便可選擇兩級恢復(fù)供電方案：將上游第1個自動開關(guān)開斷，讓A段快速恢復(fù)供電，此時B段仍是停電狀態(tài)，等待手動開關(guān)斷開后，再合上自動開關(guān)，便可使B段恢復(fù)供電。這種方案中，A段恢復(fù)供電快速，B段恢復(fù)供電較慢，但兩段都實現(xiàn)了在故障排除前恢復(fù)供電，同樣的原理，在下游線路中也可使用兩級恢復(fù)供電方案。
1概述
nRF902是一個單片發(fā)射器芯片，工作頻率范圍為862～870MHz的ISM頻帶。該發(fā)射器由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩(wěn)定的頻率合成器，因此，頻率漂移很低，完全比得上基于SAW諧振器的解決方案。nRF902的輸出功率和頻偏可通過外接電阻進行編程。電源電壓范圍為2.4～3.6V，輸出功率為10dBm，電流消耗僅9mA。待機模式時的電源電流僅為10nA。采用FSK調(diào)制時的數(shù)據(jù)速率為50kbits/s。因此，該芯片適合于報警器、自動讀表、家庭自動化、遙控、無線數(shù)字通訊應(yīng)用。
2引腳功能和結(jié)構(gòu)原理
nRF902采用SIOC-8封裝，各引腳功能如表1所列。
表1nRF902的引腳功能
引腳端符號功能
1XTAL晶振連接端/PWR-UP控制
2REXT功率調(diào)節(jié)/時鐘模式/ASK調(diào)制器字輸入
3XO8基準(zhǔn)時鐘輸出（時鐘頻率1/8）
4VDD電源電壓（+3V）
5DIN數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入
6ANT2天線端
7ANT1天線端
8VSS接地端（0V）
圖1所示是nRF902的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出：該芯片內(nèi)含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等電路。
通過nRF902的天線輸出端可將平衡的射頻信號輸出到天線，該引腳同時必須通過直流通道連接到電源VDD，電源VDD可通過射頻扼流圈或者環(huán)路天線的中心接入。ANT1/ANT2輸出端之間的負(fù)載阻抗為200～700Ω。如果需要10dBm的輸出功率，則應(yīng)使用400Ω的負(fù)載阻抗。
調(diào)制可以通過牽引晶振的電容來完成。要達(dá)到規(guī)定的頻偏，晶振的特性應(yīng)滿足：并聯(lián)諧振頻率fp應(yīng)等于發(fā)射中心頻率除以64，并聯(lián)等效電容Co應(yīng)小于7pF，晶振等效串聯(lián)電阻ESR應(yīng)小于60Ω，全部負(fù)載電容，包括印制板電容CL均應(yīng)小于10pF。由于頻率調(diào)制是通過牽引晶振的負(fù)載（內(nèi)部的變?nèi)荻O管）完成的，而外接電阻R4將改變變?nèi)荻O管的電壓，因此，改變R4的值可以改變頻偏。
將偏置電阻R2從REXT端連接到電源端VDD對可輸出功率進行調(diào)節(jié)。nRF902的工作模式可通過表2所列方法進行設(shè)置。
表2nPF902的工作模式設(shè)置
引腳
工作模式XTALREXTXO8DIN
低功耗模式（睡眠模式）GND---
時鐘模式VDDGNDVDD-
ASK模式VDDASK數(shù)據(jù)VDD或者GNDVDD
FSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK數(shù)據(jù)
在FSK模式時，調(diào)制數(shù)據(jù)將從DIN端輸入，這是nRF902的標(biāo)準(zhǔn)工作模式。
ASK調(diào)制可通過控制REXT端來實現(xiàn)。當(dāng)R2連接到VDD時，芯片發(fā)射載波。當(dāng)R2連接到地時，芯片內(nèi)部的功率放大器關(guān)斷。這兩個狀態(tài)可用ASK系統(tǒng)中的邏輯“1”和邏輯“0”來表示。在ASK模式，DIN端必須連接到VDD。
時鐘模式可應(yīng)用于外接微控制器的情況，nRF902可以給微控制器提供時鐘。它可在XO8端輸出基準(zhǔn)時鐘，XO8端輸出的時鐘信號頻率是晶振頻率的1/8。如晶振頻率為13.567MHz，則XO8輸出的時鐘信號頻率為1.695MHz。
在低功耗模式（睡眠模式），芯片的電流消耗僅10nA。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)射時，芯片可工作在低功耗模式以延長電池的使用時間。電路從低功耗模式轉(zhuǎn)換到發(fā)射模式需要5ms的時間，從時鐘模式轉(zhuǎn)換到發(fā)射模式需要50μs的時間。
線路絕緣子性能的優(yōu)劣直接影響到輸電線路，非凡是超高壓(EHV)輸電線路運行的可靠性和經(jīng)濟性。因此，如何評價EHV輸電絕緣子的可靠性，已成為電力部門和絕緣子制造部門尤為關(guān)注的新問題。
在架空輸電線路上現(xiàn)在使用的有三種材料絕緣子——瓷絕緣子、玻璃絕緣子和有機復(fù)合絕緣子。我國目前的生產(chǎn)目前狀況是以生產(chǎn)和使用瓷絕緣子為主，玻璃絕緣子國內(nèi)生產(chǎn)能力只占國內(nèi)絕緣子總需求量的20%；我國復(fù)合絕緣子的研制起步較晚，由于近年來國內(nèi)外在此技術(shù)上的進展較快，生產(chǎn)和使用量已呈上升態(tài)勢。
1對絕緣子可靠性評價的五項準(zhǔn)則
運行的可靠性是決定絕緣子生命力的關(guān)鍵。最好的評價應(yīng)是大量絕緣子在輸電線路上長期運行的統(tǒng)計結(jié)果和可靠性試驗所反映出來的性能水平。因此，評價絕緣子應(yīng)遵循下述準(zhǔn)則摘要：
(1)壽命周期
產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用條件下，能夠保持其性能不低于出廠標(biāo)準(zhǔn)的最低使用年限為“壽命周期”。此項指標(biāo)不僅反映絕緣子的平安使用期，也能反映輸電線路投資的經(jīng)濟性。我國曾先后多次對運行5～30年的玻璃和瓷絕緣子進行機電性能跟蹤對比試驗。結(jié)果表明摘要:玻璃絕緣子的使用壽命取決于金屬附件，瓷絕緣子的使用壽命取決于絕緣件［1］。玻璃絕緣子的壽命周期可達(dá)40年，而瓷絕緣子除全面采用國外先進制造技術(shù)后有可能較大幅度地延長其壽命周期外，其平均壽命周期僅為15～25年；復(fù)合絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展，但從迄今世界范圍內(nèi)的試驗及運行結(jié)果分析來看，其平均壽命周期只有7年［2］。
(2)失效率
運行中年失效絕緣子件數(shù)和運行絕緣子總件數(shù)之比稱為年失效率。對于國產(chǎn)玻璃絕緣子,其壽命周期內(nèi)平均失效率為(1～4)×10－4/a［1］，對于國產(chǎn)瓷絕緣子的失效率，除個別合資企業(yè)產(chǎn)品將有可能降低外，比玻璃絕緣子約高1～2個數(shù)量級；對于復(fù)合絕緣子，由于壽命周期不能猜測、復(fù)合材料配方和制造工藝還不能完全定型，其失效率很難猜測。
(3)失效檢出率
絕緣子失效后能否檢測出來的檢出率對線路平安運行的影響是比失效率本身更為重要的因素。檢出率取決于絕緣子失效的表現(xiàn)形式和失效的原因。玻璃絕緣子失效的表現(xiàn)形式是“自動破碎”和“零值自破”［1］。“自破”不是老化，而是玻璃絕緣子失效的唯一表現(xiàn)形式，所以只需憑借目測就可方便地檢測出失效的絕緣子，其失效檢出率可達(dá)百分之百；瓷絕緣子失效的表現(xiàn)形式為頭部隱蔽“零值”或“低值”，復(fù)合絕緣子失效的主要表現(xiàn)形式為傘裙蝕損以及隱蔽的復(fù)合“界面擊穿”。此外，瓷和復(fù)合絕緣子失效的原因是材料的老化，而老化程度是時間的函數(shù)。老化是隱蔽的，因此給檢測帶來極大的困難，造成檢出率極低；對于復(fù)合絕緣子，實際上根本無法檢測。
(4)事故率
年掉線次數(shù)和運行絕緣子件數(shù)之比稱為年事故率。絕緣子掉串是架空輸電線路最為嚴(yán)重的事故之一。對于EHV輸電，若造成大面積、長時間停電，后果則不堪設(shè)想。
國產(chǎn)玻璃絕緣子30年來的運行經(jīng)驗證實摘要:在220～500kV的輸電線路上，從來沒有因為玻璃絕緣子失效而發(fā)生過掉線事故［1］，而國產(chǎn)瓷絕緣子掉線事故率則高達(dá)2×10－5。前蘇聯(lián)的探究指出，即使失效率相同，瓷絕緣子較玻璃絕緣子的事故率也至少高一個數(shù)量級［3］。由于復(fù)合絕緣子為長棒式，掉線事故一般很少發(fā)生，但導(dǎo)致內(nèi)絕緣擊穿、芯棒斷裂和強度下降的因素始終存在，一旦失效，事故概率會高于由多個元件組成的絕緣子串。
(5)可靠性試驗
為對絕緣子進行可靠性評價，國內(nèi)外曾對玻璃絕緣子和瓷絕緣子作過各種方式的加速壽命試驗和強制老化試驗。如摘要:陡波試驗、熱機試驗、耐電弧強度試驗、1500萬次低頻(18.5Hz)和200萬次高頻(185～200Hz)振動疲憊試驗及內(nèi)水壓試驗，都從不同角度得出結(jié)論摘要:和玻璃絕緣子相反，絕大多數(shù)瓷絕緣子都不能通過這些試驗［1］。對于復(fù)合絕緣子，可靠性試驗則還是一個有待于繼續(xù)探索的課題。
2影響絕緣子可靠性的三大因素
(1)材料是基礎(chǔ)
玻璃和瓷均屬鋁硅酸鹽，瓷是三相(結(jié)晶相、玻璃相和氣相)共存的不均質(zhì)體，而玻璃是液態(tài)和玻璃態(tài)互為可逆的均質(zhì)體?！熬|(zhì)性”是影響絕緣材料介電強度的重要因素。脆性材料的機械強度和熱穩(wěn)定性，不完全取決于材料力學(xué)性質(zhì)，而極大程度上取決于材料內(nèi)部的缺陷和表面狀態(tài)。這就是鋼化玻璃較之退火玻璃和瓷，上釉的瓷較不上釉的瓷強度高得多的原因。此外，玻璃的“熱鋼化”技術(shù)，賦予玻璃表層一個高達(dá)100～250MPa的永久預(yù)應(yīng)力。這就是“鋼化玻璃”強度鋼鐵化，熱穩(wěn)定性高，較瓷不易老化和壽命長的道理。對于復(fù)合絕緣子的難點是解決有機材料在戶外條件下的老化、芯棒的脆斷和蠕變。可見，鋼化玻璃既較瓷有高得多的機械、絕緣強度，又較有機材料具有優(yōu)良的抗老化性能，為絕緣子的可靠運行奠定了良好的基礎(chǔ)。
(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和耐污性能是關(guān)鍵
玻璃絕緣子采用圓柱頭結(jié)構(gòu)，承力組件受力均勻。較之國內(nèi)傳統(tǒng)瓷絕緣子數(shù)十年一貫制的圓錐頭結(jié)構(gòu)，具有尺寸小、重量輕、強度高和電性能優(yōu)良的特征。由于玻璃的線膨脹系數(shù)較瓷大得多，外型尺寸較復(fù)合絕緣材料小得多，且和金屬附件和水泥易連接，因而受力組件材質(zhì)匹配良好。在各種氣候條件下，不會象瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子那樣輕易產(chǎn)生危險應(yīng)力而導(dǎo)致老化。且復(fù)合絕緣子很難解決復(fù)合界面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
但復(fù)合絕緣子具有優(yōu)良的耐污性能，而且通常無需清掃。這就極大地減少了線路維護費用。就此而論，復(fù)合絕緣子發(fā)展前景廣闊。玻璃的介電常數(shù)較大，因而單只玻璃絕緣子的干閃絡(luò)電壓比瓷絕緣子的低，但有較大的主電容來改善表面的電壓分布，使之和瓷絕緣子串的閃絡(luò)電壓相當(dāng)。加之玻璃絕緣子泄漏比距大，表面產(chǎn)生的凝聚物少，反抗由污穢引起的熱應(yīng)力的能力強，因而不易因閃絡(luò)而出現(xiàn)事故。華東電網(wǎng)十年來的污閃實踐一再證實，玻璃絕緣子的耐污性能優(yōu)于瓷絕緣子。
(3)制造水平是保證
在國外，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)均已形成相當(dāng)經(jīng)濟規(guī)模、且具有工藝先進的高自動化生產(chǎn)線。因而，整個西歐和前蘇聯(lián)，玻璃絕緣子的市場占有率高達(dá)90%以上；整個北美復(fù)合絕緣子使用量為世界之最，占本地絕緣子市場總量的25%～30%［2］；在日本，瓷絕緣子則一統(tǒng)天下。在我國，所幸的是國產(chǎn)玻璃絕緣子通過技術(shù)引進和自己開發(fā)，已具備了上述生產(chǎn)條件。對于瓷和復(fù)合絕緣子，除個別合資企業(yè)外，上述制造水平在我國尚未達(dá)到?？梢姡x用何種產(chǎn)品還取決于產(chǎn)品的制造水平和對產(chǎn)品性能及使用環(huán)境的全面了解。
3結(jié)束語
(1)絕緣子的壽命周期、失效率、失效檢出率、事故率和可靠性試驗，應(yīng)成為綜合評價EHV絕緣子可靠性的五項準(zhǔn)則。
(2)擴大使用國產(chǎn)玻璃絕緣子在當(dāng)前有著較大優(yōu)勢。作為玻璃絕緣子制造者應(yīng)精益求精，有效降低絕緣子運行頭幾年的失效率。
(3)復(fù)合絕緣子有著較為廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)集中力量開發(fā)研制，以求在延緩材料老化和猜測壽命周期上取得突破。
(4)具有悠久生產(chǎn)歷史的國產(chǎn)瓷絕緣子，應(yīng)加大技術(shù)改造力度，在材料配方、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造水平上取得更大的進展。
參考文獻(xiàn)
1概述
在教學(xué)過程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐工程能力，涉及相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)課程體系教學(xué)與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業(yè)中，數(shù)字電路是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，在后續(xù)專業(yè)課程中，顯而易見，隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化部分比重增大，它在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中基礎(chǔ)性地位越來越突出。
因此，培養(yǎng)適合現(xiàn)代電氣、電子、信息技術(shù)發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)新數(shù)字電路的課程幾次理論與工程實踐教學(xué)迫在眉睫。
根據(jù)我校近幾年電氣、電子課堂教學(xué)的實踐情況，數(shù)字電路課程應(yīng)該以面向應(yīng)用的數(shù)字電路設(shè)計為核心，在熟練掌握基本電路教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入先進的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的課程教學(xué)和實踐內(nèi)容。
工程實踐過程中，逐步從自底向上的設(shè)計方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計方法中來，以教師科研應(yīng)用來拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計卓越技術(shù)人才[1]。
2探索構(gòu)建數(shù)字電路教學(xué)中的多層次的創(chuàng)新實踐平臺
2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺構(gòu)思。
面向卓越人才培養(yǎng)的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐教學(xué)，可以分層次進行在各個教學(xué)階段逐步推進，包括：面向基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計的基本原理與工程創(chuàng)新實驗教學(xué)模塊、面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計教學(xué)和結(jié)合科研項目的創(chuàng)新實踐平臺[2][6]。
多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺架構(gòu)如圖1所示。
2.2數(shù)字設(shè)計的基礎(chǔ)原理與實驗教學(xué)。
數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實驗教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系的基礎(chǔ)入門階段，是培養(yǎng)數(shù)字邏輯代數(shù)與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計數(shù)器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復(fù)用器、比較器、加（減）法器、數(shù)值比較器和算術(shù)邏輯單元等。教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計理論的理解，同時讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步了解面向應(yīng)用和現(xiàn)代科技進步數(shù)字電路新的設(shè)計理念[2][3]。
2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計實踐教學(xué)。
隨著電子設(shè)計自動化技術(shù)（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以EDA技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字系統(tǒng)理念已經(jīng)成為企業(yè)工程技術(shù)的核心。數(shù)字電路課程設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)生利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路器件和大規(guī)?？删幊唐骷M行數(shù)字電路設(shè)計和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)背景下，結(jié)合前階段數(shù)字電路課程理論教學(xué)和實驗教學(xué)的實際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時進行數(shù)字電路課程設(shè)計和EDA技術(shù)課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內(nèi)容包括：
2.3.1基于Multisim等相關(guān)軟件的數(shù)字系統(tǒng)仿真實驗。可以構(gòu)建虛擬數(shù)字實驗系統(tǒng)，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實驗平臺開展實驗的設(shè)計、仿真，進行實驗內(nèi)容的邏輯驗證。
2.3.2基于通用和專用數(shù)字芯片的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。
2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語言實現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計，基于EDA環(huán)境仿真和驗證?？梢越Y(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點，采用硬件設(shè)計軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計的實驗教學(xué)中，通過綜合性實驗的自行設(shè)計和實驗，對實驗內(nèi)容、實驗規(guī)模、實驗方法進行了綜合創(chuàng)新設(shè)計[5]。
2.4結(jié)合科研項目的數(shù)字設(shè)計實驗創(chuàng)新平臺。
在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時有各自的科學(xué)研究方向，同學(xué)們可以根據(jù)自己的研究興趣，加入教師的科研團隊，形成教學(xué)與科研互利的良性循環(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學(xué)體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創(chuàng)新實驗平臺，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系[3]。同時，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國際知名的半導(dǎo)體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續(xù)建立卓越人才大學(xué)培養(yǎng)計劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺上進行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，在實踐平臺上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實踐，相比改革前，取得很好的實踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認(rèn)識。
對于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計競賽這個創(chuàng)新平臺，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)研究興趣和創(chuàng)新意識，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識，發(fā)揮競賽團隊的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過努力，創(chuàng)新設(shè)計的作品獲得專業(yè)認(rèn)可，并取得了良好的參賽成績，也使得數(shù)字設(shè)計課程體系的建設(shè)上了一個新的臺階。
3基于創(chuàng)新平臺的課程體系優(yōu)化與實踐
卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計課程體系協(xié)調(diào)好相關(guān)電氣、電子類專業(yè)上下游相關(guān)理論課程、實驗綜合性設(shè)計同時得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實踐論文所提到的創(chuàng)新實驗平臺，應(yīng)該引進現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計理念，重點把EDA軟件、設(shè)計工具、開發(fā)平臺與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們在這幾年對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程體系、創(chuàng)新實踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過這幾年的實踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系[5]，如圖2所示。
4不斷探索數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容的改革與實踐
4.1以數(shù)字電路設(shè)計為目的強化基本邏輯電路理論教學(xué)。
在進行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應(yīng)用場合等。
樹立電路設(shè)計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設(shè)計思想需要理論講解與實踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計強調(diào)采用硬件描述語言來對電路與系統(tǒng)進行描述、建模、仿真等[2][3]。
4.2掌握面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計方法。
學(xué)生在掌握數(shù)字電路基本概念和一般電路的基礎(chǔ)上，進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法、途徑和手段。其主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)與EDA的相關(guān)概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、開發(fā)環(huán)境與實驗開發(fā)平臺以及應(yīng)用實例的介紹等。這些課程內(nèi)容涉及面較廣，為了提高教與學(xué)的效果，探索總結(jié)了以下的教學(xué)重點內(nèi)容，并作為教學(xué)實踐中的教學(xué)切入點[1]。
隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計在方法、對象、規(guī)模等方面已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的基于固定功能的集成電路設(shè)計[1][2]。現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現(xiàn)高達(dá)千萬門的目標(biāo)系統(tǒng)。這一過程需要也應(yīng)該有先進的設(shè)計方法。根據(jù)硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過程中闡述了先進設(shè)計方法。例如：采用基于狀態(tài)機的設(shè)計方法設(shè)計復(fù)雜的控制器（時序電路），應(yīng)用或設(shè)計鎖相環(huán)或延時鎖相環(huán)來處理時鐘信號，應(yīng)用自行設(shè)計（IPcore）軟核來提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。
4.3深化數(shù)字電路實驗教學(xué)改革。
實驗實踐教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實踐創(chuàng)新相結(jié)合的實驗教學(xué)改革思路，加強學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實踐相結(jié)合的分析能力。在實踐過程中的提高創(chuàng)新性和綜合性能力，面向應(yīng)用的數(shù)字電路創(chuàng)新平臺建設(shè)，需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學(xué)中的比例，在符合認(rèn)知規(guī)律的同時，逐步加強來源與實際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計實驗。
5結(jié)語
數(shù)字電路是電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，論文針對當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過程中遇到的主要問題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐平臺。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關(guān)課程體系改革與創(chuàng)新，使得學(xué)生更快、更好的適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的需求。
參考文獻(xiàn)
[1]孔德明.《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)重點的探討，科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012.1，173-174.
[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實驗與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實踐，實驗技術(shù)與管理，2009.4，200-202.
[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學(xué)改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.
1、引言
幾十年前，人們所做的復(fù)雜數(shù)字邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模比較小也比較簡單，其中所用到的FPGA或ASIC設(shè)計工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進行。為了滿足設(shè)計性能指標(biāo)，工程師往往需要花好幾天或更長的時間進行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引線特點，才能達(dá)到設(shè)計要求。這種低水平的設(shè)計方法大大延長了設(shè)計周期。
近年來，F(xiàn)PGA 和ASIC 的設(shè)計在規(guī)模和復(fù)雜度方面不斷取得進展，而對邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計的時間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設(shè)計人員采用高水準(zhǔn)的設(shè)計工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進行設(shè)計。
然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對于電路邏輯關(guān)系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時序的邏輯描述。這對于化簡和檢驗正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時序的形式化解決方法，對Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補充作用。
2、ITL簡介
區(qū)間時態(tài)邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區(qū)間或時段的邏輯系統(tǒng)，它是時態(tài)邏輯的一個分支。我們可以把一個區(qū)間(interval)看作是一個有限的狀態(tài)序列;這里的狀態(tài)就是從所有變量到其值的映射。區(qū)間的長度定義為該區(qū)間內(nèi)狀態(tài)數(shù)減 1。因此，只含有一個狀態(tài)的區(qū)間的長度為0。一個區(qū)間s0… sn 的長度是n。一個只有單個狀態(tài)的區(qū)間的長度是0。
ITL 的基本表達(dá)式和公式的語法如下所示
表達(dá)式：
公式：
其中，μ為一個整數(shù)值;a 為靜態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)不改變);A 為狀態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)
值可變);g 是函數(shù)符號;p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發(fā)器為例來說明ITL的使用：
一個RS 觸發(fā)器是一個簡單的儲存和保持一位數(shù)據(jù)的記憶單元。兩個輸入決定了互補的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。
圖1 RS 觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖圖2 RS 觸發(fā)器的真值表
按照傳統(tǒng)的方法，根據(jù)真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：
Qn+1=S+￢R*Qn
S*R=0
而用 ITL描述可以直接把邏輯關(guān)系（動作、謂詞）寫出來，再化簡：
把時間等參數(shù)變量考慮進去，我們就可以得到RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)方程：
3、Tempura
用ITL 能夠方便準(zhǔn)確地描述基于時序的數(shù)字電路，然而缺乏可執(zhí)行能力，運算公式不能直接進行計算機仿真和驗證。Tempura 則是ITL 強有力的可編程可執(zhí)行的工具集，大大增強了ITL 的實用性。Tempura 是一種可直接執(zhí)行的數(shù)字電路時序邏輯設(shè)計方式，是 ITL 的一個可執(zhí)行子集。發(fā)展到今天，Tempura 已經(jīng)能夠直接在Windows 環(huán)境下運行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對照著Tempura 自帶的指導(dǎo)工具，使語法公式一一對應(yīng)就可以進行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。
下面我們還是以RS 觸發(fā)器為例來說明
用VerilogHDL采用門級描述為：
moduleRS_FF(R,S,Q,QB);
input R,S;
output Q,QB;
nor (Q,R,QB);
nor (QB,S,Q);
endmodule
用VerilogHDL采用行為描述為：
moduleRS_FF(R,S,Q,QB);
input R,S;
output Q,QB;
reg Q;
assign QB=~Q;
always@(R or S)
case({R,S})
2'b01:Q<=1;
2'b10:Q<=0;
2'b11:Q<=1'bx;
endcase
endmodule
而根據(jù)前文所述的用 ITL描述的RS觸發(fā)器改寫成Tempura 語言，代碼如下：
為了檢驗設(shè)計結(jié)果，需要輸入仿真參量，代碼如下：
(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and
for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>
do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)
)
and
(S,R)latch(Q,Qbar)
仿真結(jié)果如下，和真值表一樣。
圖3 仿真結(jié)果
傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計方法繁瑣且不嚴(yán)謹(jǐn)，而且往往缺乏時序邏輯的描述能力。針對這個問題，HDL的使用為硬件設(shè)計師提供了一個非常好的分析和設(shè)計數(shù)字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數(shù)字硬件的功能而設(shè)計，往往比較適用于較低層級的設(shè)計。同時傳統(tǒng)的HDL 設(shè)計方法缺乏對數(shù)字硬件推理和證明的機制；對行為描述的能力較弱，缺乏形式設(shè)計或驗證的支持工具。形式化的設(shè)計方法則提供另一種強有力的數(shù)字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經(jīng)取得一些引人注目的成就。但是在硬件設(shè)計領(lǐng)域，形式方法的應(yīng)用研究和成就仍然在起步階段。在國內(nèi)的面向市場的數(shù)字電路設(shè)計，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執(zhí)行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設(shè)計數(shù)字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設(shè)計速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設(shè)計領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)
[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007
[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009
[3]舒風(fēng)笛。《面向嵌入式實時軟件的需求規(guī)約語言及檢測方法》，武漢大學(xué)，2004
本論文為衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013 年度院級重點課題“數(shù)字電路實驗系統(tǒng)的研制”研究成果，課題編號131207
【文章摘要】
由于現(xiàn)有數(shù)字電路實驗設(shè)備不能滿足教學(xué)需要，購買實驗設(shè)備存在連接不可靠，出現(xiàn)問題難以修復(fù)等問題，自行研究制作功能齊全，性能優(yōu)越的數(shù)字電路實驗系統(tǒng)，克服長期以來難以解決的實驗教學(xué)難題。
【關(guān)鍵詞】
數(shù)字電路；實驗系統(tǒng)；多功能；研制
目前我院數(shù)字電路實驗狀況：
我院數(shù)字電路實驗是在電工電子實驗室和虛擬仿真實驗室進行的，在虛擬仿真實驗室主要的借助虛擬電子工作臺進行仿真實驗，利用軟件做仿真實驗主要優(yōu)點是節(jié)省元器件，降低實驗成本，主要缺點是比較抽象，學(xué)生看不到實物，離具體的工程實踐相差甚遠(yuǎn)，對于提高學(xué)生的動手能力效果欠佳。鑒于此，我們還抽出較多的課時在電工電子實驗室進行實際元器件的電路搭接實驗，但是由于電工電子實驗臺比較少，只能是幾個人一組進行實驗，這樣就會造成有的學(xué)生偷懶的現(xiàn)象。而且由于實驗臺上的電路板是塑料板，下面是由銅片進行連接的，學(xué)生做實驗時反復(fù)的插線拔線就會造成銅片脫落，實驗板上的插孔也容易松動，只要有一個接觸點接觸不好的話，就會對整個實驗結(jié)果造成影響。所以我們要研制自己的數(shù)字電路實驗系統(tǒng)，以滿足我院數(shù)字電路實驗教學(xué)的需要。
1 技術(shù)路線
采用理論分析、試驗研究、設(shè)計制作的方法, 實現(xiàn)將分立實驗集中到一個實驗箱系統(tǒng)板, 使之既能完成基礎(chǔ)驗證型實驗, 又為綜合設(shè)計型實驗提供實驗平臺. 研制多功能數(shù)字電路實驗板的技術(shù)路線可用圖1 表示:
2 技術(shù)指標(biāo)
（1）直流電源輸入電壓：+5 V、±15V
（2）電路面板材料：玻纖。尺寸：長= 430mm ，寬= 310mm ，厚= 2 mm
3 數(shù)字電路實驗系統(tǒng)板結(jié)構(gòu)
電路面板結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
4 數(shù)字電路實驗系統(tǒng)板各部分功能
4.1 直流電源接線區(qū)：3 組獨立直流穩(wěn)壓電源： +5V、GND、+15V、GND、－ 15V、GND。均采用了集成三端穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓。電源除了給實驗電路供電外， 還要作為本實驗系統(tǒng)內(nèi)各個部分的工作電源，因此選用金屬封裝，較易散熱的LM7805，7812、7912 則采用了廉價的塑封型三端穩(wěn)壓器，這三種集成穩(wěn)壓器內(nèi)部均設(shè)有可靠的短路、超溫、限流等完善的保護措施。用于將外部直流電壓引入到實驗箱，外部直流電壓通過電源保護二極管到達(dá)各個單元電路及面板中多個紅色+5V 電壓輸出插孔，因此紅色+5V 電壓輸出插孔中的電壓通常比外部直流電壓低0.3V 左右。
此外，實驗板帶有短路報警和過壓報警功能。當(dāng)電源開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)時，紅色+5V 電壓輸出插孔仍有低電壓輸出（短路報警電路的需要），如果接線過程中導(dǎo)致+5V 和GND 出現(xiàn)短路，則開始聲、光報警，當(dāng)電源開關(guān)處于“開”狀態(tài)時，短路報警失效；當(dāng)電源開關(guān)處于“開”狀態(tài)時，如果外部直流電壓超過6.5V，則開始聲、光報警。
4.2 數(shù)碼管數(shù)字顯示：2 個七段數(shù)碼管，引腳全部引出，可采用共陰極或共陽極數(shù)碼管；另有2 個BCD 碼輸入七段數(shù)碼管（安裝了顯示譯碼器CD4511）。為了更換方便，均采用了IC 插座。
4.3 TTL 邏輯電平顯示：對輸出電平的高、低進行顯示。輸出電平為高時，紅色發(fā)光二極管亮；輸出電平為低時，綠色發(fā)光二極管亮。
4.4 TTL 邏輯電平輸出：提供12 組TTL 邏輯電平輸出，采用撥碼開關(guān)控制， 撥上輸出為高電平，撥下輸出為低電平。
邏輯電平開關(guān)部分 選用優(yōu)質(zhì)的單刀雙擲開關(guān)，向?qū)嶒炿娐诽峁?、1”電平信號，若八位開關(guān)不夠用，可由DIP 封裝的雙列直插式微型多路開關(guān)在多孔實驗插座扳上進行擴充。
4.5 單次脈沖、簡單連續(xù)脈沖輸出：脈沖輸出均為TTL 邏輯電平。單次脈沖分為正、負(fù)兩種單脈沖輸出，采用白色按鈕控制，發(fā)光二極管指示；簡單連續(xù)脈沖分別為2Hz、8Hz、128Hz 和1024Hz ，發(fā)光二極管指示。
單次脈沖電路如圖3 所示：
4.6 集成電路插座：采用標(biāo)準(zhǔn)緊鎖插座，28 腳1 個、20 腳1 個、16 腳6 個、14 腳2 個，可插8 到28 腳的各種IC。各IC 插座的所有引腳（包括電源和地引腳） 全部引出，各IC 插座旁均有+5V、GND 插座為集成電路供電。
4.7 精密多圈可調(diào)電位器4 個：分別為1K、10K、47K、100K，采取三個插孔輸出。
4.8 直流供電的四相步進電機、蜂鳴器、揚聲器及驅(qū)動電路、直流繼電器及驅(qū)動電路。
4.9 元件庫：提供了很多不同值的電阻和電容、1 個32768 Hz 晶振、2 個二極管和1 個555 定時器。
4.10 邏輯筆功能：紅色：高電平、綠色： 低電平、橙色：高阻。
4.11 擴展區(qū)：采用165×55 進口面包板1 塊，可拆卸和更換，主要用于安裝其它電路。
4.12 接插件：普通彈性插孔，配有高性能的插孔連接線；此外，在面包板旁配有與面包板接線兼容的黑色插座，同時黑色插座和部分彈性插孔已直接連接好，解決了電路面板上彈性插孔至面包板的連接問題。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 賈林科. 數(shù)字邏輯電路實驗儀的研究與制作. [J] 價值工程.
中圖分類號：TN407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0167-02
隨著數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用和推廣，作為教育工作者的我們不但要能對數(shù)字電路的理論知識進行講解，同時也要具備對數(shù)字電路中出現(xiàn)的故障進行分析，從而進一步解決的能力。只有這樣才能不斷提高我們的教學(xué)水平和更好地培養(yǎng)學(xué)生。
1、數(shù)字電路產(chǎn)生故障的原因
數(shù)字電路出現(xiàn)故障的類型很多，主要包括客觀故障和主觀故障兩種。即一種是由電路中本身的元件的老化等所產(chǎn)生的故障，而另一種是由人為的疏忽產(chǎn)生的故障。下面就從產(chǎn)生故障的主觀性和客觀性，來對數(shù)字電路中常出現(xiàn)的兩種故障進行分析。
1.1 客觀性產(chǎn)生的故障
1.1.1 電子元件的參數(shù)發(fā)生變化
電子元件的參數(shù)在數(shù)字電路中所起的作用是非常重要的，細(xì)微的偏差都會產(chǎn)生很大的變動。因此，在數(shù)字電路中電子元件的參數(shù)發(fā)生變化，一定會使數(shù)字電路出現(xiàn)故障。由于電子元件在使用過程中會出現(xiàn)老化，進而導(dǎo)致電子元件參數(shù)下降。除此之外，溫度的變化也會導(dǎo)致電子元件參數(shù)發(fā)生變化。
1.1.2 電子元件、器件等的不良接觸
數(shù)字電路是由若干電子元件、器件組成的電路。因此，各個元件、器件接觸的情況也會引發(fā)數(shù)字電路出現(xiàn)故障。由電子元件、器件接觸不良引發(fā)數(shù)字電路發(fā)生故障的情況很多。例如，插件的松動、焊點被氧化、焊接不牢靠等。而這些情況都會造成電路板故障。
1.1.3 信號線的損壞
信號線在電路板中所起的作用也是不容忽視的，信號線是電路板能否正常工作的保障之一。但是由于電路板經(jīng)常受潮濕和大電流等的影響，因此，就會導(dǎo)致信號線經(jīng)常出現(xiàn)短路、燒損、斷路等現(xiàn)象。信號線的損壞就會導(dǎo)致數(shù)字電路板無法處于正常的工作狀態(tài)。
1.1.4 工作環(huán)境惡劣
由于電路板是由很多電子元件、器件組接而成的，又因為這些元件、器件的性能受環(huán)境的影響很大。因此，當(dāng)電路的工作環(huán)境比較惡劣，如，潮濕、電磁場等環(huán)境，都會使得電子元器件的性能有所改變，由此也就改變了電路板的工作狀態(tài)，使之出現(xiàn)故障。
1.1.5 使用過期的元器件
當(dāng)元器件出現(xiàn)老化等現(xiàn)象時，它們的參數(shù)也會隨之發(fā)生變化。因此使用一些過期的元器件，就會造成數(shù)字電路板無法正常進行工作，從而導(dǎo)致了電路板故障。
1.2 主觀性產(chǎn)生的故障
1.2.1 不合理的設(shè)計產(chǎn)生的故障
由于數(shù)字電路板是由很多電子元器件組合而成的，因此任何一個元器件的選擇和使用情況，都會對整個電路板造成很大的影響。如果選擇的元器件的參數(shù)不合適，或者是在組合裝配上出現(xiàn)錯誤，都會使數(shù)字電路板出現(xiàn)故障。
1.2.2 線路連接產(chǎn)生的故障
線路連接是保證電路板正常工作的重要保障之一，因為電路板中的元器件較多，這就使得線路的連接非常復(fù)雜，也不容易操作。線路連接的錯誤通常會導(dǎo)致線路之間的短路，從而使電路板出現(xiàn)故障。
2、數(shù)字電路中常見的故障分析
對數(shù)字電路的常見故障進行分類，主要可以分為兩類。一類是邏輯故障，也就是數(shù)字電路中一些邏輯值由于故障發(fā)生變化，與規(guī)定的邏輯值之間出現(xiàn)偏差，甚至相反的現(xiàn)象。另一類就是非邏輯故障，指邏輯故障之外的其它故障。下面就針對數(shù)字電路中的邏輯故障來進行如下的分析。
2.1 固定電平故障
所謂電平故障就是指某處的邏輯電平值保持為固定電平值。當(dāng)在同一時間只考慮一個電平故障時，就成為固定電平故障。在數(shù)字電路的內(nèi)部故障中，都可以歸為輸入端和輸出端的固定電平故障，這在一般數(shù)字電路中也得到了推廣。
2.2 橋路故障
橋路故障是信號線的接插短路和電路工藝的不完善、松動，或者是有過長的裸線等造成的故障。主要包括兩種類型：第一種是由于輸入信號之間，或者是門電路輸入信號之間的橋接造成的故障。另一種則是由反饋橋接造成的故障。主要表現(xiàn)為輸入信號和輸出信號之間的橋接造成的故障。
2.3 固定開路故障
這類故障是發(fā)生在CMOS電路中的。例如，當(dāng)CMOS電路或非門正常工作時，電路應(yīng)該能夠完成或非門的功能。當(dāng)電路出現(xiàn)既不接電源，也不接地的高阻狀態(tài)時就成為固定開路故障。
2.4 信號延遲故障
有時即使電路結(jié)構(gòu)沒有任何的故障，電路也不會正常的工作，這時就要考慮可能是由信號延遲引發(fā)的故障。而由信號延遲所引起的故障我們通常稱為延遲故障。所謂的延遲故障，就是指電路中由于各個元件的延遲變化、脈沖信號參數(shù)的變化等所產(chǎn)生的各種故障。
2.5 軟故障
所謂的軟故障就是指由電子元件、器件的參數(shù)，或者性能的不穩(wěn)定，以及電路某一方面的原因等，使電路產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。產(chǎn)生這類故障的原因有很多，例如，元器件的老化、參數(shù)的改變、性能的不穩(wěn)定等。這類故障有較強的隨機性和偶然性，造成這類故障的因素也有很多。例如，環(huán)境的潮濕、較強的電磁環(huán)境、電源的干擾等。由于這類故障產(chǎn)生的原因很多，因此在排查的過程中也是非常的困難的。
3、數(shù)字電路故障的檢測方法
3.1 直接觀察檢測法
這種檢測法是指不采用任何的輔助儀器、設(shè)備，而是通過直接觀察電路來發(fā)現(xiàn)問題，找尋解決故障的方法。觀察主要包括靜態(tài)觀察和動態(tài)觀察（通電后觀察）這兩種觀察方法。靜態(tài)觀察是指：查看器件是否插好、插對；電源是否接入電路板中；引腳是否彎折；輸入端是否都已經(jīng)處理好；線路是否正確的接入到電路板中，是否有短路現(xiàn)象；查看器件是否有發(fā)燙、發(fā)出異味、冒煙的情況。而動態(tài)觀察法則是查看脈沖是否被接入到電路板中。這種方法可用于對數(shù)字電路中出現(xiàn)故障的初步檢測，如果電路中出現(xiàn)這種非常明顯的故障就可以直接被檢測出來了。
3.2 分塊測試法
如果通過直接觀察的方法沒有檢測出故障，可以考慮用分塊測試的方法。分塊測試法是指根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)、功能等，把電路分成若干幾個獨立的電路，然后再通電分別進行測試，找出有故障的那部分電路。針對有故障的部分再采用相應(yīng)的措施來找出具置。例如，計數(shù)譯碼顯示電路，就可以根據(jù)它的特點把它分成兩個部分。即計數(shù)器電路和譯碼顯示電路。我們可以先檢測計數(shù)器電路，如果計數(shù)器電路能夠正常工作，再檢測譯碼顯示電路。采用這種檢測方法可以大大提高檢測的速度和效率。
3.3 對比替代檢測法
當(dāng)大概知道哪一部分電路有故障的時候，可以通過對該部分電路中的個點信號進行檢測，然后在通過與正常電路相比較，找出電路中有故障的信號，從而對故障的原因進行分析和解決。
但有時候很難發(fā)現(xiàn)電路的故障，這時我們就可以采用替代法來檢測電路的故障。所謂的替代法就是把電路中的電子元器件用同樣型號、優(yōu)質(zhì)的器件來替代，然后再觀察電路是否能夠正常工作。為了安全起見，應(yīng)用此方法時一定要在斷電的情況下更換器件。
3.4 電阻檢測方法
如果器件出現(xiàn)冒煙、散發(fā)出異味等明顯異?，F(xiàn)象時，應(yīng)該馬上切斷電源，以免故障進一步的擴大。為了判斷電路是否有短路現(xiàn)象，我們通常采用的就是電阻檢測的方法。除此之外，采用電阻檢測法還可以檢測出底板內(nèi)部和電路連線之間是否有接觸不良和短路等現(xiàn)象。
3.5 波形檢測方法
我們還可以通過用示波器對各級的輸出波形進行檢測，觀察所輸出的波形是否正常，以此來檢測出電路的故障。這種方法被廣泛的用在脈沖電路中。
4、結(jié)語
數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用和推廣，大大改善了我國各個科技領(lǐng)域的發(fā)展。數(shù)字電路這一門學(xué)科也早已成為各工科專業(yè)學(xué)生必修的課程之一。因此，在數(shù)字電路的教學(xué)中難免會遇到各種各樣的問題，而電路中的一些故障就是比較常見的問題之一。本文作者希望通過對數(shù)字電路產(chǎn)生故障的原因、常見的故障分析和檢測方法的闡述給置身于數(shù)字電路教學(xué)的教育工作者一些幫助。
參考文獻(xiàn)
[1]胡文君.設(shè)備故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報,2004(2)．
[2]吳翠娟.現(xiàn)代大型設(shè)備故障智能診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2003.
[3]Forsyth,R.Expert Systems- Principles and Case Studies，Chapman and Hall,1984．
[4]葉春.數(shù)字電路故障診斷專家系統(tǒng)的研制,中國科學(xué)院電工研究所研究生碩士學(xué)位論文,1989,1．
[5]黎飛,周繼承,肖慶中.一種數(shù)字電路的橋接故障診斷方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(14)．
科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，促進了電子設(shè)備的不斷提高，現(xiàn)在人們廣泛應(yīng)用電子設(shè)備，尤其智能手機的應(yīng)用，其用戶不斷增加，用電設(shè)備密度不斷增加，在空間應(yīng)用過程中，可能造成電磁環(huán)境的不斷惡化，電子設(shè)備之間可能造成干擾，影響電子設(shè)備的正常工作，必須提高電子設(shè)備之間的抗干擾性能，因此我們在數(shù)字電路設(shè)計的過程中，采用數(shù)字電路集成電路的方式進行提高抗干擾性能，利用科技手段，不斷提升抗干擾能力，符合現(xiàn)在數(shù)字電路設(shè)計的發(fā)展趨勢。
1硬件抗干擾技術(shù)在數(shù)字電路設(shè)計環(huán)節(jié)的應(yīng)用
1.1安全接地技術(shù)
安全接地技術(shù)是一種常用的技術(shù)，把機殼接入大地，讓電量轉(zhuǎn)移到大地，減少電荷積累情況，減少因為靜電等原因造成人與機械設(shè)備等受到安全影響。設(shè)備裝置在實際應(yīng)用過程中，絕緣層可能出現(xiàn)破損等現(xiàn)象，就可能造成機殼帶帶電，這時候的電量是足夠大的，不能及時轉(zhuǎn)移，可能造成嚴(yán)重的后果，利用安全接地技術(shù)可以把多余電荷轉(zhuǎn)移出去，還能及時切斷電源等，對其安全性能起到保護作用。
1.2避雷擊接地技術(shù)
用電設(shè)備基本都需要采用避雷擊效果，一般通常采用避雷針，當(dāng)出現(xiàn)雷擊的情況下，可以進行電荷的轉(zhuǎn)移，下雨天氣打雷時候，出現(xiàn)雷擊的情況是產(chǎn)生電荷的，一旦遇到用電設(shè)備等，瞬間可以產(chǎn)生大量的電荷，對周圍人和物產(chǎn)生損害現(xiàn)象，必須采用技術(shù)及時轉(zhuǎn)移電荷，減少對人的傷害，對用電設(shè)備也起到保護作用。
1.3屏蔽接地技術(shù)
屏蔽接地技術(shù)是一種常用的對用電設(shè)備的保護作用措施，在實際應(yīng)用過程中，也是設(shè)計人員經(jīng)常采用的方式，具有一定的應(yīng)用價值。屏蔽技術(shù)需要和接地技術(shù)配合使用，其屏蔽效果才能夠提升。像是靜電屏蔽技術(shù)。若是在帶正電導(dǎo)體周圍圍上完整的金屬屏蔽體，則于屏蔽體的內(nèi)側(cè)所獲取的負(fù)電荷將會等同于帶電導(dǎo)體，同時外側(cè)所存在的正電荷也和帶電導(dǎo)體等量，這就造成外側(cè)區(qū)域仍舊存在電場。若是對金屬屏蔽體進行接地處理，那么外側(cè)的正電荷可能會流入大地之中，則可以消除外側(cè)區(qū)域的電場，也就是金屬屏蔽之中將會對正電導(dǎo)體的電場進行屏蔽處理。屏蔽接地技術(shù)的應(yīng)用，在技術(shù)上起到革新作用，在應(yīng)用過程中，起到重要保護作用，具有一定現(xiàn)實應(yīng)用價值。
2軟件抗干擾技術(shù)在數(shù)字電路設(shè)計環(huán)節(jié)的應(yīng)用
2.1數(shù)字濾波技術(shù)
數(shù)字濾波技術(shù)是一種仿真技術(shù)，基于硬件設(shè)備的仿真技術(shù)，但在實際應(yīng)用過程中，不依賴硬件技術(shù)，只是通過模擬技術(shù)進行設(shè)置，實現(xiàn)數(shù)字濾波。在具體應(yīng)用過程中，先借助于硬件技術(shù)進行干擾技術(shù)的應(yīng)用，減少干擾性能，在具體通過軟件進行有效的濾波，起到真正的數(shù)字濾波技術(shù)，減少抗干擾能力。數(shù)字濾波技術(shù)的方法有多種多樣，我們在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)實際情況，選擇適應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)的處理方式，起到真正數(shù)字濾波作用，在數(shù)字電路設(shè)計的過程中，利用軟件技術(shù)進行有效應(yīng)用，是設(shè)計環(huán)節(jié)中的重要步驟。
2.2軟件“看門狗”的使用
軟件程序在應(yīng)用過程中，往往容易出現(xiàn)死循環(huán)等現(xiàn)象，在數(shù)字電路設(shè)計過程中，設(shè)計者要考慮這方面問題，采用“看門狗”技術(shù)，防治程序死循環(huán)現(xiàn)象發(fā)生。硬件看門狗就是一個定時器對系統(tǒng)進行有效的監(jiān)控，合理的根據(jù)監(jiān)控情況進行有效處理，起到看門狗的效果。
3實例論述
3.1通過硬軟件技術(shù)促使計算機系統(tǒng)脫離死態(tài)
為了使干擾問題得到及時的解決，在硬件方面可以使用一個硬件計時器，
3.2程序“跑飛”階段進行數(shù)據(jù)保存的硬軟件辦法
由于計算機系統(tǒng)在被強電磁干擾或影響之后，計算機系統(tǒng)之中正在正常運行的程序或許會被打亂，進而在內(nèi)存中出現(xiàn)轉(zhuǎn)移情況，同時這種轉(zhuǎn)移是不能被控制的，也就是發(fā)生“跑飛”情況。該問題的出現(xiàn)或許會造成確保軟件正常運行的重要參數(shù)被破壞、沖掉。通過硬軟件結(jié)合措施、方法的運用，能夠在出現(xiàn)斷電事故或者是發(fā)生強干擾情況之后，使各重要參數(shù)得到保護，從而使系統(tǒng)的連續(xù)運轉(zhuǎn)或者是再恢復(fù)獲得可靠的保證。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉海權(quán),田露,宋立業(yè).傳統(tǒng)光電編碼器防震動抗干擾電路的優(yōu)化[J].電氣技術(shù),2015(12).
[2]楊昆.綜述單片機控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計[J].黑龍江科技信息,2016(04)
[3]李娜.數(shù)字集成電路低功耗優(yōu)化設(shè)計解析[J].通訊世界,2016(15).
[4]王劍鋒.DCS控制系統(tǒng)抗干擾分析[J].通訊世界,2015(19).
[5]姚年春,徐濤.電機保護裝置的抗干擾措施設(shè)計[J].信息技術(shù)與信息化,2014(04).
[6]熊軼娜,吳躍明,陳潔.數(shù)控機床控制系統(tǒng)的抗干擾分析[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2009(08).
