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數(shù)字電路設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路設(shè)計(jì) 常見(jiàn)問(wèn)題 注意事項(xiàng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）01（a）-00-02

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的電子產(chǎn)品和器件層出不窮，21世紀(jì)顯然已經(jīng)成為了信息化和數(shù)字化的時(shí)代。數(shù)字地球、數(shù)字商場(chǎng)、數(shù)字化生存、數(shù)字服務(wù)等概念早就成為人們生活中屢見(jiàn)不鮮的名詞，當(dāng)前人們?nèi)粘＝煌械暮芏喾矫娑寂c數(shù)字聯(lián)系得越來(lái)越緊密，比如每一個(gè)人的QQ號(hào)、身份證號(hào)、手機(jī)號(hào)、IP地址等等都在廣泛的數(shù)字化。數(shù)字已經(jīng)不再是傳統(tǒng)意義上的1、2、3、5…，它們已經(jīng)成為了區(qū)分標(biāo)示和進(jìn)行社會(huì)管理的重要載體。現(xiàn)在和今后，我們的生活都在進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)字符號(hào)化，我們需要的資料和存儲(chǔ)的信息都會(huì)用這些簡(jiǎn)單的數(shù)字傳遞復(fù)雜的內(nèi)容，這一系列看似簡(jiǎn)單的數(shù)字承載了我們學(xué)習(xí)、工作和生活中的很多方面。這些任務(wù)的承擔(dān)都必須以數(shù)字電路為根本進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集、分析、區(qū)分和處理，從而轉(zhuǎn)化成影響著我們現(xiàn)實(shí)社會(huì)的數(shù)字電路信息符號(hào)?，F(xiàn)在，數(shù)字電路已經(jīng)十分廣泛的深入到社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)引發(fā)了很多行業(yè)深刻的變革和翻天覆地的變化，數(shù)字信息行業(yè)在很多方面都處在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前端，其中顯而易見(jiàn)的是數(shù)字電子科學(xué)技術(shù)，在科學(xué)大發(fā)展大繁榮的浪潮中，數(shù)字電子科學(xué)技術(shù)得到狂飆式的發(fā)展，當(dāng)前毫無(wú)疑問(wèn)已經(jīng)成為了發(fā)展最快和影響力最大的學(xué)科之一。數(shù)字邏輯器件從20世紀(jì)60年代以小規(guī)模集成電路為主發(fā)展到當(dāng)前的中、大規(guī)模集成電路，甚至是超大規(guī)模的集成電路。數(shù)字邏輯器件的不斷發(fā)展和應(yīng)用更新，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)著整個(gè)數(shù)字電路的繼續(xù)前進(jìn)。

1 數(shù)字電路的噪訊干擾處理

在數(shù)字電路中我們會(huì)經(jīng)常采用布爾代數(shù)的數(shù)學(xué)方法，用來(lái)描述事件之間相互的邏輯關(guān)系。和一般普通代數(shù)層面中的變量不一樣，邏輯變量則是用來(lái)描述邏輯關(guān)系中的二值變量，即用1和0這兩個(gè)值來(lái)表示對(duì)立的邏輯狀態(tài)。數(shù)字電路依照0和1的穩(wěn)定情況來(lái)作為運(yùn)算基礎(chǔ)，所以這其中就會(huì)存在噪訊界限。相對(duì)于模擬電路而言，數(shù)字電路有著非常強(qiáng)大的噪訊。數(shù)字電路中，數(shù)字信號(hào)因?yàn)榕c電流變化中磁數(shù)變化的誘導(dǎo)電壓的影響，電流變化就會(huì)在某個(gè)地方形成了噪訊的產(chǎn)生地，這又與電路長(zhǎng)度、回路的面積息息相關(guān)。數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)帶來(lái)過(guò)渡性的電路，進(jìn)而帶動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生噪訊電壓，再加上噪訊電流的流動(dòng)會(huì)容易造成數(shù)字電路的誤動(dòng)作。電路的阻抗越高受到外部噪訊干擾就越容易，對(duì)抗噪訊的干擾除了控制噪訊電壓以外，還應(yīng)該加大結(jié)合阻抗，同時(shí)減少輸入阻抗。數(shù)字IC中如果空端子表現(xiàn)出open的狀態(tài)就會(huì)使阻抗變高，這進(jìn)而又會(huì)導(dǎo)致數(shù)字電路極容易受到噪訊的誤動(dòng)作干擾。所以，數(shù)字IC的空端子需要連接電阻與電源。多層板信號(hào)線(xiàn)的阻抗，因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)系設(shè)在背景的表面上，所以也可以減低阻抗的效果。

2 數(shù)字技術(shù)與模擬技術(shù)的融合

因?yàn)長(zhǎng)SI和IC本身的高速化，為了能夠使機(jī)器能夠同時(shí)達(dá)到正常運(yùn)行的目標(biāo)，所以這就難免會(huì)使得技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。盡管系統(tǒng)構(gòu)成的電路不一定有clock的設(shè)計(jì)，但是毋庸置疑的是系統(tǒng)是否可靠必須要考量到選用電子組件、電路設(shè)計(jì)和成本、封裝技術(shù)、防止噪訊產(chǎn)生、防止噪訊外漏等綜合因素上。數(shù)字或模擬電路的極其小型化、多功能化、高速化會(huì)使得小功率信號(hào)與大功率信號(hào)、低輸出阻抗與高輸出阻抗、小電流與大電流等問(wèn)題常常會(huì)在同一個(gè)密封密度的電路板中出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員置身于這樣的環(huán)境就將面對(duì)如此高難度和富有設(shè)計(jì)思維的挑戰(zhàn)。比如，十分穩(wěn)定的電路和吵雜的電路相依時(shí)，一旦沒(méi)有把噪訊侵入到十分穩(wěn)定的電路對(duì)策看做成設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，那么事后盡管進(jìn)行很多次設(shè)計(jì)也將難免會(huì)陷入無(wú)解的局面。又如，假設(shè)將小型的模擬信號(hào)增幅后，利用10bitA/D的數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，但是就因?yàn)榉指钶棇捠?.9 mV，但是要把該電壓的level正確的讀取出來(lái)就不會(huì)是一件容易的事情，很多事情就會(huì)使得超過(guò)10bit的A/D轉(zhuǎn)換器陷入了不能正常順利運(yùn)行的困境。

3 數(shù)字集成電路的選擇

基本門(mén)電路是由簡(jiǎn)單的分離元件構(gòu)成，雖然設(shè)計(jì)起來(lái)比較容易簡(jiǎn)單，但是運(yùn)行和反映的速度很多時(shí)候相對(duì)較慢，負(fù)載承受的能力也較差，電氣的性能也有待進(jìn)一步提高。目前使用得最為廣泛則是數(shù)字集成電路。其優(yōu)點(diǎn)是：體積較分立元件設(shè)備小幾百倍；抗干擾能力強(qiáng)；故障率和功耗率都很低，輸出電阻低；輸出特性好；穩(wěn)定性強(qiáng)。數(shù)字集成電路中又以是CMOS和TTL系列電路這兩種為主。CMOS系列器件的工作電壓在3～18 V之間，TTL系列的工作電壓是5 V，所以CMOS電路的工作范圍相對(duì)較廣，其噪聲的容限也較大，所需要消耗的功率相對(duì)較低。盡管CMOS的電路輸入端進(jìn)行了保護(hù)電路的設(shè)置，但是因?yàn)橄蘖麟娮璧某叽缬邢藓捅Ｗo(hù)二極管，這就會(huì)難免使得其承受的脈沖功率和靜電電壓受到限制。CMOS電路在運(yùn)輸、組裝和調(diào)試中因?yàn)椴豢杀苊獾臅?huì)接觸到靜電和高壓的物件，所以要保護(hù)好輸入的靜電。此外，CMOS還會(huì)產(chǎn)生電路鎖定效應(yīng)，為了安全和方便的使用，人們一直在致力于從設(shè)計(jì)和制造上排除鎖定效應(yīng)的研究。因?yàn)?，集成電路的要求都比較高，需要先進(jìn)行芯片的設(shè)計(jì)和程序的編制，但是更多的時(shí)候在使用現(xiàn)成數(shù)字電路中進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，這是非常不夠的。專(zhuān)用的集成電路是一種新型的邏輯器件，因?yàn)槠渚哂徐`活性和通用性的特點(diǎn)，所以成為了對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制的首選器件。總的來(lái)說(shuō)，數(shù)字電路在今后的發(fā)展中還有廣闊的空間，但是其基礎(chǔ)知識(shí)不會(huì)發(fā)生改變，如何進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，這就迫切需要新型的數(shù)字人才去發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)當(dāng)中不大完善的地方，完善和彌補(bǔ)電路中的每一個(gè)缺點(diǎn)和不足，使得當(dāng)中各個(gè)部分和環(huán)節(jié)都能發(fā)揮最大的作用。

4 數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字電路設(shè)計(jì)是從原理方案出發(fā)，把整個(gè)系統(tǒng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和要求劃分成若干個(gè)單元電路，將各個(gè)單元電路間的連接方式和時(shí)序關(guān)系確定下來(lái)，在這個(gè)前提下進(jìn)行數(shù)字電路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，最終完成總體電路。數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由時(shí)基電路、控制電路、子系統(tǒng)、輸出電路、輸入電路五部分構(gòu)成，當(dāng)中數(shù)字系統(tǒng)的核心是控制系統(tǒng)。數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有分析系統(tǒng)要求、設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、系統(tǒng)組裝和系統(tǒng)安裝調(diào)試等步驟組成。數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不是一次兩次就能完成，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試和探究，通過(guò)自上而下的設(shè)計(jì)方法和自下而上的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，依托RTL傳輸語(yǔ)言等常用工具完成。數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了很多問(wèn)題，比如，電路的簡(jiǎn)化可能會(huì)使得電路性能降低，但是電路性能指標(biāo)提升難免會(huì)以犧牲電路簡(jiǎn)化為條件。所以，數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程有很多因素需要考慮和兼顧。

5 數(shù)字電路的抗干擾措施

在利用TTL或CMOS這兩種邏輯門(mén)電路作為具體的對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要注意到下面幾個(gè)問(wèn)題。

5.1 多余端的處理

數(shù)字集成邏輯門(mén)電路在正常的使用時(shí)是不允許多余端懸空的，不然就極有可能十分容易的把干擾信號(hào)引入到數(shù)字電路中。所以，在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，針對(duì)多余端的處理，我們則是按照不改變數(shù)字電路的正常工作狀態(tài)以及確保其性能穩(wěn)定和可靠為基本原則。

5.2 去耦合濾波器

數(shù)字電路一般都是由多數(shù)片邏輯門(mén)電路組成，他們供電則來(lái)自于公共的直流電源。所以，這種電源并不是很理想的，很多時(shí)候是依靠整流穩(wěn)壓的電路進(jìn)行供電，所以也會(huì)存在一定程度的內(nèi)阻抗。數(shù)字電路正在處于運(yùn)行時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰電流或者是脈沖電流，這些電流流經(jīng)到電路的公共內(nèi)阻抗時(shí)，必然相互間會(huì)產(chǎn)生一定的影響，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得數(shù)字電路的邏輯功能發(fā)生混亂，甚至是陷入崩潰狀態(tài)。所以數(shù)字電路在設(shè)計(jì)中針對(duì)這一情況的處理辦法一般都會(huì)使用耦合濾波器去應(yīng)對(duì)，常常會(huì)使用10～100 μF范圍之內(nèi)的大電容器和直流電源再聯(lián)合去濾除多余的頻率成分。值得注意的是，還需要將每一集成芯片的電源與地之間接一個(gè)0.1 μF的電容器，用來(lái)濾除掉開(kāi)關(guān)帶來(lái)的噪聲干擾。

5.3 接地和安裝防范

科學(xué)的接地和安裝工藝是數(shù)字電路設(shè)計(jì)中比較有效的措施。在實(shí)際操作中，可以把信號(hào)地和電源地分開(kāi)出來(lái)，將信號(hào)地集中到一點(diǎn)，再把這兩者用最短的導(dǎo)線(xiàn)相互連接起來(lái)，用來(lái)避免大電流流向其他器件的輸入端，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的邏輯功能失效。如果電路設(shè)計(jì)中同時(shí)有數(shù)字和模擬這兩種器件，也需要將它們分開(kāi)，再選擇一個(gè)符合條件的共同點(diǎn)接地，皆宜消除相互之間的影響。當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)出數(shù)字和模擬兩塊電路板，分別給他們配上直流電源，再把兩者合適的連接起來(lái)。在電路板的設(shè)計(jì)和安裝中，也必須要注意盡量將連線(xiàn)縮短，這就能很大程度的減少接線(xiàn)電容帶來(lái)的寄生振蕩。

6 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字處理技術(shù)和集成電路技術(shù)正在飛速的發(fā)展，數(shù)字電路也得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，像當(dāng)前的數(shù)字電視、數(shù)字照相機(jī)等產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了廣大人們生活當(dāng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為了當(dāng)前科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的不可逆轉(zhuǎn)的潮流。數(shù)字電路設(shè)計(jì)組成了諸如數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字通訊系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)的成果和發(fā)揮的影響力將會(huì)越來(lái)越受到重視。

參考文獻(xiàn)

[1] 王華奎.電子電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

數(shù)字電路設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)字電路設(shè)計(jì)；分析；研究

從目前多種產(chǎn)品與技術(shù)中可以看出，數(shù)據(jù)采集低分辨率、低速方面的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并且許多技術(shù)在實(shí)際操作中也較為容易實(shí)現(xiàn)。但在高速數(shù)據(jù)采集方面仍然存在很多問(wèn)題，較國(guó)際相關(guān)方面技術(shù)水平還有一定差距，如何將我國(guó)的低速數(shù)據(jù)采集向高速數(shù)據(jù)采集方面發(fā)展，根據(jù)分析以下以電路設(shè)計(jì)作為側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行研究。

一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理

我國(guó)目前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理大概分為三個(gè)部分，第一個(gè)部分主要是對(duì)位于前端的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，這部分也可以稱(chēng)為自然信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和采集。第二個(gè)部分屬于功能控制模塊，對(duì)固定的芯片內(nèi)部相關(guān)功能進(jìn)行時(shí)間順序上的控制，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即是使用硬件對(duì)數(shù)據(jù)語(yǔ)言進(jìn)行描述轉(zhuǎn)換成實(shí)用設(shè)計(jì)。第三個(gè)部分是數(shù)據(jù)最終儲(chǔ)存的收尾工作，主要是對(duì)收集成功的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)處理。

在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通電運(yùn)行過(guò)程中，首先通過(guò)FPGA芯片內(nèi)部存在的A/D控制模板分別對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)采集芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而A/D控制模板中的芯片在運(yùn)行一定時(shí)間后會(huì)將已經(jīng)轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)重新提供給FPGA中的A/D控制模板，接收到整合的數(shù)據(jù)模板rc端口會(huì)立即產(chǎn)生脈沖，這個(gè)脈沖屬于上升沿，直接會(huì)引起A/D控制模板形成高阻狀態(tài)，并借助這樣的高阻態(tài)形成另一個(gè)脈沖對(duì)A/D控制模板中的芯片進(jìn)行讀管腳方面的選取，最后將以上順序重復(fù)循環(huán)幾次以幫助所采集的數(shù)據(jù)一次被儲(chǔ)存在緩沖儲(chǔ)存器中，以完成最終數(shù)據(jù)采集以及轉(zhuǎn)換的工作。

二、FPGA芯片組成與x擇

FPGA是是專(zhuān)用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件上電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA主要有三大部分組成的：I/0模塊、邏輯功能模塊與用來(lái)連接邏輯模塊之間，邏輯模塊與I/O模塊之間的連線(xiàn)。邏輯功能模塊是由查找表（LUT，LookUpTable）和寄存器（Register）組成的。FPGA的特點(diǎn)主要有：采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶(hù)不需要投入生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與cM0s、TTL電平兼容。CycloneI系列是IFPGA定位與低成本的可編程器件，由Altera的第一代Cyclone系列發(fā)展而來(lái)。CycloneI通過(guò)使用新型的架構(gòu)I、縮小裸片尺寸，在保證成本優(yōu)勢(shì)的前提下提供了更高的集成度與性能。

CycloneII器件的密度范圍從4608LE和119808bitRAM，到68416LE和l152000bitRAM。CycloneII器件中還含有從13―150個(gè)18×18嵌入式乘法器。設(shè)計(jì)選用ALTERA公司的Cyclone1I系列FPGAEP2C8Q2o8C7來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)系列內(nèi)的PLI提供了時(shí)鐘合成功能，允許內(nèi)部工作時(shí)鐘與輸入時(shí)鐘頻率不同，從而保證了輸入時(shí)鐘和FPGA時(shí)鐘以及SDRAM時(shí)鐘之間的零延遲；EP2C8Q208C7具有8256個(gè)Les，36個(gè)RAMblocks，165888RAMbits，18個(gè)內(nèi)嵌的乘法器，2個(gè)PLL，最大可使用182個(gè)I/O口，多種程序配置方式等優(yōu)點(diǎn)。

高速緩存是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，∫EP2C8Q2o8C7的最高頻率達(dá)到25OMHz，165888bit的內(nèi)部RAM具有獨(dú)立的輸入、輸出接口和讀、寫(xiě)時(shí)鐘信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)同步讀寫(xiě)操作。內(nèi)部RAM提供三種狀態(tài)指示：Empty、HalfFull、Full，分別代表當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的深度，可根據(jù)系統(tǒng)的需求對(duì)存儲(chǔ)進(jìn)行設(shè)定。

三、前端調(diào)理部分

1.緩沖放大電路

需要被檢測(cè)的電壓在進(jìn)入系統(tǒng)中后，最先經(jīng)過(guò)的是電壓跟隨器，電壓跟隨器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)電壓進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換，而后通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)電壓中的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，最后在外部將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成為與系統(tǒng)更為符合的電壓信號(hào)。

2.差分輸入電路

由于采用高速A/D采樣電路，為保證足夠的信號(hào)帶寬，要將單端的輸入信號(hào)變成差分信號(hào)提供給ADC，以減少偶次諧波產(chǎn)生，保證ADC的精度?？紤]到上述因素，在前端部分采用了AD公司的AD8138作為緩沖放大器。

四、數(shù)據(jù)存貯部分

實(shí)際數(shù)字電路中用到的存儲(chǔ)器有RAM （Random Aeeess Memory），SRAM （Statie RAM），R0 M （Read--only Memory），F(xiàn)IFO（First In First out），SDRAM（Synehronous Dynamic RAM）等。它們的存儲(chǔ)特點(diǎn)不同，各自有不同的用途：RAM和SRAM是隨機(jī)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量小，掉電后數(shù)據(jù)丟失，按照地址線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)各單元數(shù)據(jù)；ROM和EEPROM是固化的掉電數(shù)據(jù)保護(hù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量小，一般用于DSP或?qū)Ｓ眯酒某绦蚬袒蜕想娂拇嫫髋渲茫x取數(shù)據(jù)一般為IC總線(xiàn)形式；FIFO是先進(jìn)先出堆棧存儲(chǔ)，沒(méi)有地址線(xiàn)，有半滿(mǎn)、滿(mǎn)、半空、空等標(biāo)志信號(hào)，操作簡(jiǎn)單，但是容量很小。異步RAM還可以用作不同數(shù)據(jù)流的緩沖器，讀和寫(xiě)時(shí)鐘可以不同，可用作“快進(jìn)慢出”或者“慢進(jìn)快出”；SDRAM和DDRSDRAM是大容量的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，可達(dá)到512Mbits，IGbits或者更高，讀寫(xiě)速度高，支持突發(fā)式讀寫(xiě)，但是控制復(fù)雜，需要定時(shí)刷新，Precharge激活和關(guān)閉操作行。

設(shè)計(jì)中用到的SDRAM是Cypress公司的CY7C1362V25。它是512Kx18同步的數(shù)據(jù)流高速緩存。所有的同步輸入在時(shí)鐘的上升延被保存到輸入寄存器，所得輸出數(shù)據(jù)也在時(shí)鐘的上升延同步地從輸出寄存器向外輸出。最大時(shí)鐘上升訪(fǎng)問(wèn)延時(shí)為3Ins，既支持奔騰處理器的交叉存儲(chǔ)脈沖序列也支持個(gè)人臺(tái)式機(jī)的線(xiàn)性脈沖序列，脈沖可以通過(guò)模式管腳進(jìn)行選擇。對(duì)于CY7C1362V25的訪(fǎng)問(wèn)或者用處理器地址觸發(fā)或者控制器地址觸發(fā)。

五、時(shí)鐘電路部分

時(shí)鐘電路的電路構(gòu)造，它是通過(guò)外部的晶振與電容等構(gòu)成的穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖作為主時(shí)鐘脈沖，然后通過(guò)FPGA芯片的PLL來(lái)提供各種不同的時(shí)鐘頻率來(lái)達(dá)到時(shí)序控制功能。外部的主時(shí)鐘脈沖通過(guò)晶振可以構(gòu)成穩(wěn)定的25MHZ的脈沖。

結(jié)束語(yǔ)：

從以上設(shè)計(jì)研究可以看出，目前我國(guó)大范圍使用的依然是低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，雖然高速采集系統(tǒng)也存在小范圍的使用，但技術(shù)水平仍然處于落后狀態(tài)，無(wú)法滿(mǎn)足更多的數(shù)據(jù)采集需求，想要將高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有效升級(jí)需要進(jìn)行技術(shù)升級(jí)的方面有許多，其中較為重要的技術(shù)便是電路設(shè)計(jì)，優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)可以更好的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，有效促進(jìn)高速數(shù)據(jù)采集的發(fā)展，在今后的數(shù)據(jù)采集方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊靜，鄭恩讓?zhuān)瑥埩?，馬令坤.基于FPGA的FFT處理器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010（03）

[2]王大磊，王斌.基于PCI Express總線(xiàn)的數(shù)據(jù)處理與傳輸卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（02

[3]張明利.基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)，2013

數(shù)字電路設(shè)計(jì)范文第3篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 高速數(shù)字 電路設(shè)計(jì)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）12-0000-00

1引言

高速數(shù)字電路的含義是通過(guò)電路，高速變化信號(hào)出現(xiàn)電熔以及電感等性狀，計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路涉及兩方面的技術(shù)，分別是計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)，優(yōu)化了電路的所有參數(shù)，保證高速數(shù)字電路系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行。在進(jìn)行高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，最為關(guān)鍵的是合理搭配各個(gè)元件，這樣才有利于電路信號(hào)以及相關(guān)元器件的穩(wěn)定運(yùn)行。

2影響計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的問(wèn)題

2.1 來(lái)自于信號(hào)線(xiàn)之間距離

高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于計(jì)算機(jī)電子技術(shù)來(lái)講，是一個(gè)很大的進(jìn)步。不過(guò)目前這種技術(shù)還不成熟，還有很多弊端。舉個(gè)例子，信號(hào)線(xiàn)之間的距離也對(duì)其帶來(lái)一定的影響，通常來(lái)說(shuō)，印刷版電路的密度越大，信號(hào)線(xiàn)之間的距離就會(huì)變小，同時(shí)，還會(huì)增加電磁耦合度，如果沒(méi)有充分注意到這個(gè)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)之間相互干擾，而且這種現(xiàn)象會(huì)越發(fā)的嚴(yán)重。

2.2 阻抗不能匹配

對(duì)于信號(hào)傳輸線(xiàn)來(lái)說(shuō)，最主要的就是阻抗，但是目前在進(jìn)行高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，阻抗不能匹配的情況時(shí)有發(fā)生，這會(huì)引起反射噪聲的出現(xiàn)，從而影響到信號(hào)的完整性。

2.3 來(lái)自于電源平面之間電感以及電阻方面的因素

具體來(lái)講，計(jì)算機(jī)高速數(shù)字化電路設(shè)計(jì)技術(shù)就是結(jié)合具體條件，通過(guò)電子技術(shù)完成設(shè)計(jì)，在很大的范圍內(nèi)得到了推廣。目前，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)殡娫雌矫嬷g是有電感以及電阻存在的，如果同時(shí)進(jìn)行所有的電路輸出，就會(huì)在電路上形成巨大的瞬間電流，影響到電源線(xiàn)電壓以及極端級(jí)的電路地線(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成波動(dòng)。

3深入探討計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)

3.1 通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)保證完整的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路信號(hào)

我們經(jīng)過(guò)上面的分析已經(jīng)知道，目前，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榇嬖谧杩怪g的不匹配，會(huì)造成電路信號(hào)的不完整，所以，要科學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)，最大程度保證完整傳輸電路信號(hào)。有關(guān)這個(gè)問(wèn)題可以從兩個(gè)方面進(jìn)行研究，首先，研究不同種類(lèi)電路之間電路信號(hào)傳輸?shù)母蓴_現(xiàn)象，換句話(huà)來(lái)說(shuō)，就是上面所說(shuō)的干擾以及反射的現(xiàn)象。其次，我們還要研究不同種類(lèi)信號(hào)在進(jìn)行傳輸時(shí)，給電路信號(hào)網(wǎng)帶來(lái)的影響。計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樽杩共荒芷ヅ?，傳輸?shù)碾娐沸盘?hào)并不是很完整，此外，計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路在運(yùn)行當(dāng)中，是無(wú)法控制好阻抗的，阻抗有時(shí)過(guò)大，有時(shí)過(guò)小，這會(huì)影響到電路信號(hào)的波形，最終造成計(jì)算機(jī)高速電路不能傳輸完整的信號(hào)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們必須要進(jìn)一步研究計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)，按照一般的規(guī)律，高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)是無(wú)法讓臨街阻抗符合電路的，這就要改進(jìn)計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)，確保系統(tǒng)是過(guò)阻抗的情況，這種方式可以解決由于阻抗的不匹配，造成計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路不能傳輸完整信號(hào)的問(wèn)題，最大程度減少由于阻抗過(guò)大或者過(guò)小所帶來(lái)的負(fù)面作用。

3.2 科學(xué)設(shè)計(jì)高速數(shù)字電路電源

計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)是離不開(kāi)電源的，可以說(shuō)，電源是包含在計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)之內(nèi)的，我們通過(guò)上面的分析已經(jīng)了解到，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)殡娫雌矫嬷g電感以及電阻帶來(lái)的影響，電源在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓的現(xiàn)象，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是干擾到電源的波形，無(wú)法保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路安全穩(wěn)定的運(yùn)行。按照理論來(lái)講，在進(jìn)行高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，如果電源系統(tǒng)是沒(méi)有阻抗的，電路設(shè)計(jì)就會(huì)進(jìn)行的非常順利，在這種情況下，信號(hào)回路就不容易消耗到阻抗，系統(tǒng)當(dāng)中，每個(gè)點(diǎn)都會(huì)保持一種長(zhǎng)期穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。但是這只不過(guò)是一種假設(shè)的理想狀態(tài)，在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，是不可能存在的，為了保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就不能忽略電源的電感以及電阻帶來(lái)的影響，為了將這種影響控制在最低的程序，需要我們采取科學(xué)的手段。我們考察目前計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)所用的電源材料可知，對(duì)于電路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大部分都是利用銅質(zhì)材料的，但是根據(jù)電源系統(tǒng)的具體情況，銅質(zhì)材料是不符合計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路電源的材質(zhì)要求的，這會(huì)影響到計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。面對(duì)這種情況，我們要從多角度對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行探究，比如可以在電路中應(yīng)用樓電容，這種方式有利于減少電源面的電感以及電阻所帶來(lái)的影響，最終保證計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)可以長(zhǎng)久穩(wěn)定的運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越快，推動(dòng)了電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，也催生了很多新的技術(shù)，就如文章所闡述的計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)，其就建立在電子技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)的，并且應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，取得了顯著的效果。文章深入分析了計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)，在結(jié)合筆者自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此外，還有對(duì)于計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路技術(shù)的初步認(rèn)識(shí)，詳細(xì)的闡述了計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)影響因素，并且提出了具有針對(duì)性的完善手段，主旨在于通過(guò)上述的分析，可以將計(jì)算機(jī)高速數(shù)字電路系統(tǒng)的應(yīng)有作用發(fā)揮出來(lái)，繁榮電子產(chǎn)品市場(chǎng)，并且成為同行的一種借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡葉芳，田澤，邵剛 等.一種高速數(shù)?；旌系寡b芯片協(xié)同仿真技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2015（06）.

數(shù)字電路設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：LED路燈 光伏 充電樁 綜合

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）04-0145-01

1 引言

安裝獨(dú)立的充電樁需要建樁破路，不僅涉及到多個(gè)部門(mén)，面臨用地貴、征地難的問(wèn)題，還涉及到電線(xiàn)設(shè)施鋪設(shè)、充電樁安裝施工、設(shè)置固定停車(chē)位等環(huán)節(jié)是一樁不小的土木工程。而利用路燈節(jié)能改造開(kāi)發(fā)路燈充電樁則可以有效地規(guī)避這些問(wèn)題。

2 總體設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行路燈改造時(shí)，利用光伏發(fā)電得到標(biāo)準(zhǔn)的直流電源，為 LED路燈進(jìn)行直流供電，與此同時(shí)在LED路燈支架中設(shè)計(jì)一個(gè)直流充電樁設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充放電。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2.1 光伏發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行光伏發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到用電的安全性，我們單個(gè)升壓電源模塊采用低壓供電的方式，其輸出電壓保證在36V，并且為了保證其能達(dá)到大功率輸出的目的，輸出端采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)與串聯(lián)結(jié)構(gòu)混合的方式，原理框圖如圖2所示。

對(duì)于圖2中的升壓電源，我們用單片式的結(jié)構(gòu)，所用的芯片是XL6009。其電路圖如圖3所示。

XL6009的5腳為電壓反饋端，其可以保證輸出電壓的穩(wěn)定性，其中輸出電壓的表達(dá)式為：

（1）

由（1）式可知，只要調(diào)節(jié)R2與R1的比值便可使輸出電壓達(dá)到36V，在本文中取R1=28K，R2=1K。

值得注意的是，在本文中為保證光伏發(fā)電設(shè)備可以有足夠的輸出功率，輸出端采用了用多個(gè)升壓電源并聯(lián)與串聯(lián)結(jié)合輸出的結(jié)構(gòu)。其中，單個(gè)升壓電源輸入電壓與輸出電壓在空載時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)如下表1：

由表1可知：當(dāng)輸入電壓變化是，輸出電壓基本保持不變，該升壓電路具有良好的電壓穩(wěn)定能力。

2.2 路燈照明電路的設(shè)計(jì)

其設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括：變壓器的設(shè)計(jì)、恒流反饋電路的設(shè)計(jì)。對(duì)于變壓器的設(shè)計(jì)，它作為驅(qū)動(dòng)電源的核心部件，主要與驅(qū)動(dòng)電源的功率、工作頻率、占空比、輸出電流等息息相關(guān)。設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，就是選取一個(gè)合適的參數(shù)，使得電源的效率最高，發(fā)熱最小。在本文中，考慮到輸入電壓為300～400V，輸出電流為2A，輸出功率為100W，我們利用查表法選擇變壓器的型號(hào)為EE35（材質(zhì)為PC40）[1]，再結(jié)合相關(guān)的計(jì)算公式及后續(xù)的調(diào)試，最終取原邊線(xiàn)圈匝數(shù)為，次邊線(xiàn)圈匝數(shù)為，輔助線(xiàn)圈匝數(shù)為，氣隙取0，31mm初級(jí)線(xiàn)圈采用0，4mm的漆包線(xiàn)，次級(jí)和輔助采用0，3mm的漆包線(xiàn)。對(duì)于恒流反饋電路的設(shè)計(jì)，如圖4所示，我們選用型號(hào)為 LM358 的運(yùn)算放大器，V2主要是給運(yùn)算放大器和穩(wěn)壓二極管 Z1進(jìn)行供電[2]。同時(shí)V2經(jīng)過(guò)分壓后提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，接入到運(yùn)算放大器的正向輸入端，通過(guò)改變基準(zhǔn)電壓便可改變輸出電流，由于本文需要輸出2A的電流，故取此基準(zhǔn)電壓為0，1V。

其總體電路圖如圖4所示。

2.3 充電樁的設(shè)計(jì)

考慮到光伏發(fā)電設(shè)備提供的是直流電，故在本文中涉及的充電樁為直流充電樁，其工作原理為：將光伏發(fā)電設(shè)備提供的直流電直接提供給IGBT橋，控制器通過(guò)控制IGBT橋?qū)⒅绷麟妷恨D(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的交流電壓，接著，經(jīng)脈寬調(diào)制的交流電壓通過(guò)高頻變壓器隔離，最后經(jīng)過(guò)整流濾波后給電池組充電。其原理框圖如圖5所示。

3 PCB設(shè)計(jì)

對(duì)于PCB設(shè)計(jì)主要注意以下幾點(diǎn)[3]。

（1）對(duì)于升壓電源部分，其電壓輸入端到XL6009的電源和地端，應(yīng)使用單點(diǎn)接地，減小電磁干擾。（2）對(duì)于電路中有大電流經(jīng)過(guò)的部分應(yīng)盡量減小其閉環(huán)回路的面積，且走線(xiàn)要寬。（3）對(duì)于有高電壓的接觸點(diǎn)，要加大接觸點(diǎn)的面積。（4）對(duì)于發(fā)熱量大的器件，應(yīng)放置在PCB板的邊緣，加強(qiáng)其散熱功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提供了一種帶充電樁的LED路燈設(shè)計(jì)方案。經(jīng)測(cè)試，該方案可對(duì)100W的LED路燈進(jìn)行照明，且隨著光伏發(fā)電設(shè)備的增多，整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)能提供的最大功率也線(xiàn)性地增加。

參考文獻(xiàn)

[1]趙同賀，開(kāi)關(guān)電源與LED照明的設(shè)計(jì)計(jì)算精選[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013（8）：20-21，

數(shù)字電路設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 PLC 四路搶答器 設(shè)計(jì) 對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào)：TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）02-0145-02

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不僅為人們的生活生產(chǎn)提供了必要的物質(zhì)資源，而且還為不斷豐富人們的精神生活創(chuàng)造了良好條件，文體、競(jìng)賽等娛樂(lè)活動(dòng)在充實(shí)人們的精神生活方面發(fā)揮了重要作用，而在競(jìng)賽等娛樂(lè)活動(dòng)中的搶答環(huán)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)公正、直觀且準(zhǔn)確的搶答判斷是參與這一項(xiàng)活動(dòng)的重點(diǎn)。在科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展支持下，應(yīng)用搶答器來(lái)輔助競(jìng)賽搶答活動(dòng)，能有效提高活動(dòng)中搶答判斷的公正性與準(zhǔn)確性，所以對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)與制作受到越來(lái)越多的重視。本文中對(duì)基于數(shù)字電路所設(shè)計(jì)的四路搶答器以及基于PLC所涉及的四路搶答器進(jìn)行分析，并對(duì)這兩種不同設(shè)計(jì)進(jìn)行比較分析，為四路搶答器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制作提供些許幫助。

1 基于數(shù)字電路的四路搶答器設(shè)計(jì)

通過(guò)數(shù)字電路所實(shí)現(xiàn)的四路搶答器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要是電路原理及功能實(shí)現(xiàn)：

1.1 電路原理

在進(jìn)行基于數(shù)字電路的四路搶答器設(shè)計(jì)中的電路設(shè)計(jì)時(shí)，可將電路分為搶答控制、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示及發(fā)聲部分這幾個(gè)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1所示為基于數(shù)字電路的四路搶答器設(shè)計(jì)中的電路原理框圖，如圖所示，主持人在搶答前按下復(fù)位按鈕R后，會(huì)有低電平于RS觸發(fā)器的Q輸出端輸出， LED數(shù)碼管未有顯示，而此時(shí)的CD4511工作狀態(tài)為消隱，蜂鳴器不發(fā)出聲響，且多諧振蕩器沒(méi)有震蕩情況產(chǎn)生。而在搶答活動(dòng)開(kāi)始時(shí)，首位按下按鈕的選手所輸入的高電平經(jīng)編碼電路會(huì)在輸入至CD4511前編成對(duì)應(yīng)的8421BCD碼，而RS觸發(fā)器的S輸入端與Q輸出端流經(jīng)的為高電平，CD5411則將譯碼輸出鎖存，讓LED數(shù)碼管的顯示始終保持在首位選手的編號(hào)顯示狀態(tài)下，同時(shí)又NE555定時(shí)器組成的多諧振蕩器會(huì)有振蕩產(chǎn)生，而蜂鳴器也有聲響發(fā)出。為了確保搶答器的公正準(zhǔn)確，降低搶答狀況同時(shí)出現(xiàn)的幾率，需要首位選手在按下?lián)尨鸢粹o的同時(shí)完成電路鎖存，因此有較高的電路工作速度要求。

上圖所示中4—4線(xiàn)編碼，可用于將搶答時(shí)的四路搶答輸入信號(hào)編成相對(duì)應(yīng)的8421BCD碼，若是在同一時(shí)刻出現(xiàn)多人搶答狀況，則此次搶答視為無(wú)效。而顯示器則是由七段共陰極LED數(shù)碼管來(lái)構(gòu)成。圖中RS觸發(fā)器是由非門(mén)CD4001或是CMOS集成所構(gòu)成，經(jīng)由RS觸發(fā)器輸入的高電平視為有效。門(mén)電路或是說(shuō)四輸入由電阻R1、R2、R3及R4與二極管VD3、VD4，VD5及VD6組成實(shí)現(xiàn)，而CD4511譯碼輸出在加到數(shù)碼管相應(yīng)陽(yáng)極前，需先實(shí)現(xiàn)220～330Ω電阻限流。

1.2 功能實(shí)現(xiàn)

所設(shè)計(jì)的搶答器可供四名選手參賽，按順序分別有各自的編號(hào)與控制按鈕，可實(shí)現(xiàn)搶答信號(hào)的輸入，同時(shí)還有一個(gè)供主持人控制的搶答控制開(kāi)關(guān)與系統(tǒng)清零開(kāi)關(guān)，即主持人按下?lián)尨鹂刂崎_(kāi)關(guān)為允許搶答，而按下系統(tǒng)清零開(kāi)關(guān)時(shí)搶答電流清零。搶答器的另一功能為數(shù)據(jù)鎖存，同時(shí)可通過(guò)LED數(shù)碼管將鎖存數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，除非由主持人將數(shù)據(jù)清零。若是已有搶答信號(hào)輸入并已顯示出信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)的編號(hào)號(hào)碼時(shí)，其他任何按鈕按下時(shí)的搶答信號(hào)輸入均為無(wú)效，并且指示燈仍然持續(xù)在首開(kāi)關(guān)按下時(shí)的狀態(tài)。另外，搶答器的搶答具有定時(shí)功能，主持人在按下“開(kāi)始搶答”按鈕的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，定時(shí)器的減記同時(shí)顯示于顯示器上。若有選手在未允許搶答時(shí)的情況下按下?lián)尨疰I則視為犯規(guī)，而犯規(guī)選手的編號(hào)則會(huì)同時(shí)顯示在顯示器上。而在定時(shí)的搶答時(shí)間內(nèi)，選手搶答的具體時(shí)間與選手編號(hào)會(huì)顯示于顯示器上以供判斷，直至主持人將其清零。但若是在搶答時(shí)間內(nèi)沒(méi)有選手參與搶答，設(shè)定時(shí)間一到變化將輸入電路封鎖，以防有選手出現(xiàn)超時(shí)后的搶答狀況，而顯示器上會(huì)同時(shí)顯示時(shí)間并閃爍提醒。這些都是基于數(shù)字電路來(lái)設(shè)計(jì)的四路搶答器所要實(shí)現(xiàn)的基本功能。

2 基于PLC的四路搶答器設(shè)計(jì)

2.1 PLC概述

PLC可編程控制器是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)及傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)等為一體的新型自動(dòng)化控制裝置，PLC可編程控制器具有較高的可靠性，不僅通用性好、體積小且使用方便，而且具有運(yùn)用靈活、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已在許多工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。PLC可通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)的邏輯控制，是通過(guò)輸入/輸出模擬量與數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制的。搶答器的制作與應(yīng)用場(chǎng)合不斷增加，再加上人們對(duì)競(jìng)賽搶答的公正、準(zhǔn)確越來(lái)越關(guān)注，將PLC的優(yōu)勢(shì)用于搶答器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，有效提高搶答活動(dòng)的準(zhǔn)確性與公正性，是搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的重要突破。應(yīng)用PLC進(jìn)行四路搶答器的設(shè)計(jì)，就是充分考慮到其控制方便、應(yīng)用靈活等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用PLC來(lái)進(jìn)行搶答器的搶答方案設(shè)計(jì)，只需要通過(guò)改變輸入PLC的控制程序就可以實(shí)現(xiàn)，大大降低了搶答器的設(shè)計(jì)難度。

2.2 電路原理

PLC基礎(chǔ)上的四路搶答器中，主持人開(kāi)始與復(fù)位按鍵可以由按鍵操作，四個(gè)參賽組配置四個(gè)搶答按鈕，所以在輸入點(diǎn)的配置上也應(yīng)該是四個(gè)輸入點(diǎn)。對(duì)于輸出端而言，采用一個(gè)共陰極的七段數(shù)碼管對(duì)參賽組的序號(hào)進(jìn)行顯示。PLC輸出端直接對(duì)七段數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，占用七個(gè)輸出點(diǎn)；再加上一個(gè)紅燈、一個(gè)綠燈、一個(gè)蜂鳴器，總共三個(gè)負(fù)載，所以該P(yáng)LC總共需要配置10個(gè)輸出點(diǎn)，通過(guò)專(zhuān)用通信電纜進(jìn)行連接。其接線(xiàn)原理如圖2所示。

2.3 PLC設(shè)計(jì)四路搶答器的功能實(shí)現(xiàn)

基于PLC可編程控制器進(jìn)行四路搶答器的設(shè)計(jì)中，硬件電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，PLC的硬件組成部分包括CPU、輸入/輸出單元、編程器、存貯器以及通信接口等。應(yīng)用PLC進(jìn)行的四路搶答器設(shè)計(jì)，搶答控制按鈕可由PLC內(nèi)部輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而搶答鎖存功能則有中間繼電器觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外七段數(shù)碼管顯示與蜂鳴器發(fā)聲的驅(qū)動(dòng)可由輸出繼電器線(xiàn)圈來(lái)進(jìn)行。在搶答活動(dòng)進(jìn)行時(shí)，當(dāng)首位選手按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，會(huì)觸發(fā)顯示器并顯示出該選手的編號(hào)與具體搶答時(shí)間，而同時(shí)蜂鳴器也發(fā)出聲響提醒搶答結(jié)果，此時(shí)的搶答器已被鎖住，其他選手按下按鈕均為無(wú)效，而顯示器仍停留在首位選手按下?lián)尨鸢粹o的相關(guān)信息顯示狀態(tài)，直至主持人將數(shù)據(jù)清零并按下復(fù)位按鈕后重新開(kāi)始下一輪搶答。

3 數(shù)字電路和PLC實(shí)現(xiàn)四路搶答器設(shè)計(jì)的比較

通過(guò)對(duì)兩種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法的比較可知：（1）基于數(shù)字電路進(jìn)行的四路搶答器設(shè)計(jì)，是完全在硬件電路邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行并實(shí)現(xiàn)的，首先可通過(guò)EWB軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的方針與模擬，以有效確定各相關(guān)元器件機(jī)器有關(guān)參數(shù)，在通過(guò)PROTEL軟件進(jìn)行對(duì)印刷電路板圖的設(shè)計(jì)仿真，然后根據(jù)設(shè)計(jì)框架進(jìn)行安裝調(diào)試?；跀?shù)字電路實(shí)現(xiàn)的四路搶答器設(shè)計(jì)在調(diào)試完成后，其電路設(shè)計(jì)具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，但電路設(shè)計(jì)方面較為復(fù)雜，并且也有一定的調(diào)試難度。（2）可編程控制器PLC本身具有高可靠性，且抗干擾能力較強(qiáng)，并具有完善的使用功能，而且設(shè)計(jì)安裝相當(dāng)簡(jiǎn)便，編程也較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用起來(lái)也靈活方便，在許多工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域都得以廣泛應(yīng)用并發(fā)揮重要作用。而應(yīng)用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)的四路搶答器的設(shè)計(jì)，充分應(yīng)用了PLC強(qiáng)大的軟件編程功能，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)四路搶答器的功能，大大降低了安裝調(diào)試方面的難度，因此對(duì)硬件設(shè)計(jì)方面的要求較低，只是通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就能實(shí)現(xiàn)。（3）基于數(shù)字電路與PLC實(shí)現(xiàn)的四路搶答器的設(shè)計(jì)，還有一個(gè)較大的區(qū)別，即若是需要增加一路或是多路搶答，通過(guò)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的四路搶答器改動(dòng)幅度較大，尤其是要增加輸入電路，而電路改動(dòng)本身就是一個(gè)較為困難的工作，再加上電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，改動(dòng)難度相當(dāng)大。但若是對(duì)基于PLC實(shí)現(xiàn)的四路搶答器設(shè)計(jì)進(jìn)行改動(dòng)，其電路改動(dòng)就要簡(jiǎn)單的多，只需要通過(guò)增加一個(gè)或是多個(gè)中間繼電器與輸入點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)，而且再加上PLC可編程控制器軟件編程的本身程序改動(dòng)也相當(dāng)簡(jiǎn)單，大大降低了四路搶答器的改動(dòng)難度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述可知，基于數(shù)字電路而設(shè)計(jì)的四路搶答器，具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，但其電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且也有較高的調(diào)試難度，而基于PLC可編程控制器所設(shè)計(jì)的四路搶答器不僅有較高的可靠性，而且抗干擾能力也較強(qiáng)，另外設(shè)計(jì)安裝與編程較為簡(jiǎn)便，還有功能完善、使用便利等優(yōu)點(diǎn)，調(diào)試也極其簡(jiǎn)便。因此，通過(guò)這兩種四路搶答器的設(shè)計(jì)比較，可以為利用更加合理適當(dāng)、可靠有效的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器設(shè)計(jì)優(yōu)化提供一些信息。

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