学文网数字集成电路篇1
关键词： 数字集成电路 电压匹配 接口技术
一、引言
当今社会是数字化的社会，数字集成电路具有可靠性高、静态功耗小、工作速度高、寿命长和低成本等优点，因此它在通信、电力、自动化设备和家用电器等诸多方面得到了广泛应用。目前数字集成电路种类繁多，不同类型的集成电路在连接时，如果逻辑电平不匹配，且考虑到负载能力的限制，那么中间就需要串入接口电路，否则将引起逻辑混乱，甚至损坏集成芯片。因此，为了更好地使用数字集成电路，就有必要对其具体使用方法和接口技术要有一定的认识。
二、数字集成电路的分类
按照电路结构的不同，数字集成电路可分为两大类：一类是双极型集成电路，采用晶体管作为开关元件，管内有电子和空穴两种极性的载流子参与导电；另一类采用绝缘栅场效应晶体管作开关元件，称为MOS（Metal Oxide Semiconductor）集成电路。这种管子内部只有一种载流子，即电子或空穴参与导电，故又称单极型集成电路。下面我对这两种类型的数字集成电路予以简要说明。
（一）双极型集成电路
TTL电路（Transistor-Transistor Logic即晶体管――晶体管逻辑电路）也称为TL，是目前双极型数字集成电路中应用得最多的一种。它具有较快的开关速度、较强的抗干扰能力，以及足够大的输出幅度，且带负载能力也比较强，所以得到了最为广泛的应用［1］。
在双极型数字集成电路中，除了TTL电路以外，还有高阈值逻辑（High Threshold Logic，简称HTL）、二极管―三极管逻辑（Diode-Transistor Logic，简称DTL）、发射极耦合逻辑（Emitter Coupled Logic，简称ECL）和集成注入逻辑（Integrated Injection Logic，简称IL）等几种逻辑电路。其中较为常用是ECL电路，其电路中的三极管工作在非饱和状态，是一种非饱和电路，有极高的工作速度。此外它还具有输出阻抗低、带负载能力强、电路内部开关噪声低、使用方便灵活等优点。它的主要缺点是：噪声容限低，电路功耗大，输出电平的稳定性较差。目前ECL电路主要用于高速、超高速数字系统中。
（二）MOS集成电路
MOS数字集成电路是指只有一种载流子参与导电的电路，其中只有电子参与导电的称为NMOS电路；只有空穴参与导电的称为PMOS电路；如果是用NMOS及PMOS复合起来构成的互补（Complementary）MOS集成电路，则称为CMOS电路。PMOS和NMOS组件中各只含有一种MOS管，习惯上称它们为MOS集成电路，以与CMOS集成电路相区别。
PMOS集成电路问世较早，但由于其速度低，现已很少使用；NMOS集成电路速度稍高，且直流电源电压较低，在工艺上可以制造出开启电压较低的器件，故NMOS集成电路仍在使用中。CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而，CMOS数字集成电路得到了广泛的应用。
三、CMOS电路和TTL电路的使用注意事项
由于CMOS与TTL数字集成电路有其各自的工作特点，因此在应用数字集成电路时对其要有正确的使用方法。下面我就对CMOS与TTL相应使用事项作以简要说明。
（一）CMOS电路的使用知识
1.输入电路的静电保护
CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点。
（1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。
（2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。
2.多余的输入端不能悬空
输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其他输入端并联使用。
（二）TTL电路的使用知识
1.多余输入端处理方法
（1）与其他输入端并联使用。
（2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。
2.电路的抗干扰处理
（1）在每一块插板的电源线上，并接几十μF的低频去耦电容和0.01―0.047μF的高频去耦电容，以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。
（2）整机装置应有良好的接地系统［2］。
四、常用数字集成电路接口技术
在数字系统设计中，往往由于工作速度或者功耗指标的要求，需要采用多种逻辑器件混合使用，而由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因此需要采用接口电路来连接不同类型的集成电路。如TTL和CMOS电路需要采用接口电路一般要考虑两个问题：一是要求电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；二是要求电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。下面我就CMOS电路和TTL电路之间的接口问题加以分析［3］。
（一）TTL门驱动CMOS门
1.电平不匹配2.电流匹配
因为CMOS输入电流几乎为零，所以TTL驱动CMOS在电流的兼容性上不存在问题。
3.解决电平不匹配问题的方法
（1）外接上拉电阻在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻R5V。（如***1所示）
***1 TTL驱动CMOS接口电路
（2）选用电平转换电路（如CC40109）
若电源电压不一致时可选用电平转换电路。CMOS电路的电源电压可选3―18V；而TTL电路的电源电压只能为5V。
（3）采用TTL的OC门实现电平转换。
若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。
（二）CMOS门驱动TTL门
1.电平匹配
CMOS门电路作为驱动门，U.8V。电平匹配是符合要求的。
2.电流不匹配
由于TTL门电路的低电平输入电，而CMOS门电路的低电平输出电流远小于1.6mA，因此电流不匹配，需要加接口电路。
3.解决电流匹配问题的方法
（1）选用CMOS缓冲器：比如，CC4049的驱动电流可达4mA，完全可以满足TTL输入电流的要求。（如***2所示）
***2 CMOS驱动TTL接口电路
（2）选用高速CMOS系列产品：如选用CMOS的54HC/74HC系列产品可就以直接驱动TTL电路。
（3）CMOS电路并联驱动TTL，这种方法只允许在CMOS为同一集成芯片时使用。
五、结语
在数字电路或数字系统的设计中，常常需要根据设计指标对工作速度或功耗的要求选用不同类型的数字集成电路。因此不同类型的集成电路在混合使用时，要根据其相应引脚的逻辑电平和带负载能力采用相应的接口电路，这样才能确保电路逻辑准确、性能可靠。
参考文献：
［1］阎石.数字电子技术基础（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.5.
［2］侯伯享.数字系统设计［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2004.1.
数字集成电路篇2
关键词：数字集成；放大器；整体电路
本文主要介绍的设计思路，是以运用TDA7481为主进行设计的思路。使用这种芯片为核心，可以在多种模式下做到对电路的自由切换，大大提升了整机的实用性。而且，这套设计采用的是数字轻触式的按键控制系统，可以更加轻松地实现对音量的控制，这种设计相比于传统的按键设计而言，不仅可以方便操作，而且能够大大增加机器的使用寿命。另外，这种设计比传统的设计输出功率更高，传出的声音也不容易失真，成为很多音响制造企业应用的首选。正是因为如此，本文才会选用这样的设计进行介绍。
1.音频功率放大器的发展历程以及研究的目的与意义
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，最近的几十年以来,随着无数科学工作者的不懈努力，功率放大器无论是线路技术还是元器件，甚至于人们的思想认识都有了长足的进步。回顾一下功率放大器的发展历程,我们可以很清楚地发现,音频功率放大器的发展与电子技术的发展是紧密联系的。正如电子计算机经历了电子管、晶体管、集成电路的发展历程一样，音频功率放大器也经历了类似的发展过程。从最初的电子管放大器，到现在的数字集成放大器，音频功率放大器正在一步步走向成熟。在现今，数字集成功率播放器已经成为了一种越来越主流的发展趋势，这种功率放大器以其较高的输出效率、较好的声音保真效果，正在受到更多人的青睐与肯定。长期以来,高品质的音频放大器的按照工作类别进行划分,只有A类和AB类两种。造成这种现象的主要原因就是，一直以来，功率放大器的元器件都是以电子管为主,在这种情况下，单纯的B类功率放大器的播放效果会严重失真，难以被人们所接受。而只有A类功率放大器能有效保障声音的真实性。现在，随着科技的发展，以数字集成方式进行工作的功率放大器开始出现，这种新型的功率放大器以输出的功率大、效率高、生意失真小等优势一跃成为音响制造企业的新宠儿。然而对于我国的企业来说，这项新技术我们还知之甚少，相关的研究工作困难重重。虽然一些科研团队已经取得了不错的成绩，但是这还远远不够。只有真正了解了数值集成功率放大器的整体电路设计，才能在之后的设计工作中事半功倍，真正生产出属于我们自己的数字集成功率放大器。
2.数字集成功率放大器整体电路的设计理念
本文所要介绍的数字集成功率放大器采用以TDA7481芯片为核心的设计理念，主要由数字音量控制器、音频选择集合而成的D类功率放大器。具体的设计可以分为三个部分进行介绍，即输入切换部分、音量调整部分以及功率放大器部分。采用这样的设计，功率放大器的输出效率可以达到80%以上，真正实现对音频的高清播放。
3.输入切换部分的设计
3.1设计原理
在该设计中，输入切换部分采用的是TC9052P的电路。在电路中设置了五个连接端口，并分别用五个数字轻触式按键进行控制。届时通过操作这五个按键就可以对即将输入的五组音频信号进行控制与调整，使音频播放更加真实与优美。而每个按键上方都会有一个LED指示灯，可以时刻提醒操作者那个端口已经输入了信号，那个端口没有输入信号。这里需要注意的是，当操作者同时输入多组信号的时候，该系统只能选择支持一种信号。这样就可以避免因为操作者的疏忽造成混乱。
3.2相关电路的使用说明
TC9152P的立体声线路开关具有五个功能，对于单、双电源都具有良好的适应性。一般情况下，功放器的运行电压在7.5～30V之间，而本文所介绍的设计则主要使用于运行电压在12V左右的电路。在该设计中，两个主要引脚将分别接在+12V与-12V的端口，两个引脚分别连接左右声道的输出端。另外还有两组一共十个引脚分别对应五个按键的左右声道输入端。还要有五个引脚分别负责对五个按键的开关控制。而当任意按键的开关处于闭合状态时，另外四个按键的开关将会自动跳开。
4.数字音量控制部分的设计
4.1电路的使用说明
在这一部分的电路中，分别有两个引脚作为信号的输入端口，两个引脚作为控制之后的音量输出端口。还要有两个引脚分别接入正负直流电压，两个引脚为音量的控制端口，在预留几个引脚接地，这个电路就基本完成了。
4.2元件的参数与电路屏蔽
这一部分的各个元件的参数如下：输入电流1mA到3mA。输入电压9V，电容4.7u。一般情况下，电路的工作环境中很难真正做到排除电磁干扰，一旦这些干扰正常信号的电磁波进入电路，经过放大器地层层放大，就会形成一个非常大的干扰电压，具体表现在音频的输出中，就是一个突如其来的尖锐噪音，严重影响音频播放的质量。在这样的情况下，功率放大器中必须采用电路屏蔽措施以杜绝干扰。一般情况下经常采用的电路屏蔽措施主要有静电屏蔽与磁场屏蔽两种，屏蔽结构所用的材料多数采取比较导电的铜或者铝制作成的薄板，在实际的工作中，这样的薄板主要起到的是屏蔽罩的作用，从而隔绝干扰源，将其进行妥善的接地处理。
5.功率放大器部分的设计
对于本次设计来说，其真正的核心是功率放大器，其他的部分最终都是要为功率放大器来服务的。由于数字集成功率放大器具有无可比拟的优势，因此对于其设计指标必须严格要求。其综合的设计指标必须高出***绩效率的80%以上想要完成如此之高的指标，采用TDA7481作为功率放大的核心部件是一个不错的选择。然而由于TDA7481只是一款单声道的放大器，因此在整体电路的设计中必须同时用到两块同样的TDA7481，这样才能实现单双声道的自由切换，保障功率放大器与音响设备整体的质量。
6.总结
对于音响设备制造企业来说，开发出数字集成功率放大器对提高企业的竞争力，获得更大的收益是一个非常有效的途径。然而至今我国不少企业的研发团队依然不得其门而入，导致这一部分的设备长期以来进口。为改变这一状况，本文对数字集成功率放大器的整体设计思路进行了简单的介绍，希望能对相关企业有所帮助。
参考文献
[1]潘文光,于云丰,马成炎,叶甜春.一种增益可控音频前置放大器电路的设计[J].微电子学,2010,02:186-189.
数字集成电路篇3
1 概述
频率合成技术是近代无线电技术发展中的一门新技术，也是现代通信系统中的关键技术之一，它通常利用一块晶体或少量晶体组成标准频率源，然后通过合成方法产生各种所需的频率信号。这些频率信号与标准频率源具有相同的频率稳定度和准确度。使用该技术构成的电路在通信设备中称为频率合成器。频率合成器的种类很多，目前普遍采用的是数字式频率合成器。数字式频率合成器由晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器和VCO等组成，晶体振荡器输出的频率信号经固定分频器后得到标准频率，而VCO输出的频率信号经可变分频器分频后得到实际频率信号，两信号在鉴相器中经相位比较产生的环路锁定控制电压将通过滤波器加到VCO上，以对实际频率信号进行控制和校正，直到环路锁定。当所需信号频率较高时，该电路的设计、制作和调试难度较大，通常只能依靠专业厂家来完成，不仅成本高，而且生产周期长。TSA5526芯片是Philips公司推出的通用数字频率合成集成电路，它将晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器等电路集成在一块芯片上，其主要特性参数如下：
输入射频信号的频率为：64～1300MHz；
输入射频信号的电平为：－28～3dBm；
输出误差调整电压为：4．5～33V；
具有锁定检测功能；
内置可编程的15bit分频器；
通过程序控制可在512、640和1024中选择基准信号分频比，在外接4MHz晶振时，则可获得3．90625kHz、6．25kHz和7．8125kHz的频率精度；
可选择I2C总线和3总线进行数据传输；
采用单电源供电，电源电压为4．5～5．5V。
2 引脚功能
TSA5526有SSOP16和SO16两种封装，引脚排列如***1所示，各引脚功能见表1所列。
表1 TSA5526的引脚功能
引 脚名 称功 能应 用 说 明
1RF射频信号RF输入通常接本振输出2VEE地 3VCC1电源电压1芯片电源，接+5V4VCC2电源电压2开关控制电源，通常接+12V5BS4电子开关BS4输出PNP三极管OC输出6BS3电子开关BS3输出PNP三极管OC输出7BS2电子开关BS2输出PNP三极管OC输出8VS1电子开关BS1输出PNP三极管OC输出9CP环路滤波器外接RC滤波网络10Vtune误差控制电压输出通过上拉电阻输出直流电压并加到VCO11SW总线选择开关接地时选择I2C总线方式；悬空时选择3总线方式12LOCK/ADC锁定标志/ADC输入3总线方式时为锁定标志，低电平有效；I2C总线方式时5为电平ADC输入端13SCL串行时钟下降沿时将SDA输出的数据锁存14SDA串行数据在3总线方式时， 18bit、19bit和27bit三种数据可供选择15CE片选信号高电平有效16XTAL基准振荡输入通常外接4MHz晶体表2 写状态数据格式
字 节MSB数据字节LSB地址字节（ADB）11000MA1MA0 分频字节（DI1）0N14N13N12N11N10N9N8分频字节2（DB2）N7N6N5N4N3N2N1N0控制字节（CB）1CPT2T1T0RSARSB0S电子开字节（BB）空空空空BS4BS3BS2BS13 内部结构和工作原理
TSA5526的内部结构框***如***2所示，它包括射频信号处理单元、基准信号处理单元、相位比较和输出单元以及接口控制单元等四部分。射频信号处理单元对输入的射频小信号进行放大和8分频，再送到15bit可编程分频器，分频比的大小可根据输入射频信号的频率来确定。基准信号处理单元中的基准振荡器通过外接晶体产生基准信号，同时经基准分频器产生基准信号。基准分频器通过编程可选512、640和1024三种分频比。经过分频处理后的两路信号同时加到数字式相位比较器，然后经电荷泵、放大器和驱动三极管后得到误差控制电压输出。接口控制单元用于实现微处理器与该器件的通信，它一方面接收微处理器送来的数据并在内部处理以形成各种控制指令；另一方面将本器件的状态送往微处理器。通过SW端信号的不同连接，可选择两种串行通信方式：I2C总线方式和3总线方式。
***2
3．1 I2C总线方式
a． 写状态?R／W＝0?
在写状态时，对TSA5526编程需要四个数据字节，并应在地址字节传输后将数据字节送入芯片。当地址字节?第一字节?传输后，I2C总线的收发会使地址字节和数据字节连在一起，并在一个传输过程中传输完毕。如果地址字节后的第一个数据字节为分频字节或控制字节，则芯片将被部分编程。表2是其数据字节定义。表中，MA1和MA0是可编程地址位，用于控制加到片选端的电压。N14～N0为可编程分频比，其分频比为：
N＝N14×214＋N13×213＋…＋N1×2＋N0
CP为控制电荷泵电流大小位，CP为0，对应电流为60μA，CP为1时，电流为280μA?缺省值?。T2～T0代表测试位。RSA和RSB为基准分频比选择位。0S为可调放大器控制位，0S位为0时，可调放大器接通?缺省值?，0S位为1时断开。BS4～BS1是PNP电子开关控制位，其对应关系是：当BSn为0时，电子开关n接通；当BSn为1时，电子开关n断开。
表3 读状态数据格式
字节MSB数 据 字 节LSB地址字节11000MA1MA2R/W=1状态字节PORFLACPS11A2A1A0表4 3总线方式数据格式
数据形式D0D3D4D17D18D19D20D21D22D23D24D25D2618位BS4BS1N13N0
19位BS4BS1N14N1N0
27位BS4BS1N14N1N0-CPT2T1T0RSARSB0Sb．读状态?R／W＝1?
表3所列为读状态数据格式。当辅助地址位被识别之后，将自动产生一个响应脉冲到SDA线上。SDA线上的数据在SCL时钟信号为高电平时有效，数据字节在SDA线上产生应答信号之后从器件中读出；如果没有主应答信号产生，传输过程就会结束，此时芯片将释放数据线从而使微控制器产生终止条件。当上电时，POR标志被置为1，当检测到数据结束标志时，POR标志被复位?读周期的结束。FL为进入锁存标志，用于表示何时循环建立起来。通过对FL置1或清零可对循环进行控制。ACPS为自动充电电流转换标志，当自动充电电流转换打开且循环锁定时，此标志为0，此时充电电流被强制为低。在其它条件下，ACPS为逻辑1。在I2C总线状态下，内置的A／D转换器可将自动频率微调模拟电平转换成数字量并送往微控制器。
3．2 3总线方式
在3总线方式下，该器件接收的数据有18位、19位和27位三种，参见表4。在该方式下，当片选引脚CE由低电平变为高电平时，SCL引脚输入时钟脉冲的下降沿会将SDA引脚上的数据送入数据寄存器，数据的前四位用来控制电子开关的通断，在第五个时钟脉冲的上升沿，这四位数据被送入内部电子开关控制寄存器。如果传输的是18或19位数据字，那么，在片选线上电平由高向低转换时，频率位将被送入频率寄存器。在上电复位状态下，电荷泵电流为280μA，调谐电压输出被关断；而在标准模式下，当ACPS标志为高电位时，测试位T2～T0被置为001，此时将禁止TSA5526输出。当传输的是27位数据字时，在时钟脉冲的第20个上升沿到来时，频率位将被送入频率寄存器，而控制位则在片选引脚CE从高电平向低电平转换时送入控制寄存器。在这种方式下，基准分频比由RSA和RSB位确定，测试位（T2、T1、T0）、电荷泵控制位CP、分频比选择位（RSA、RSB）以及0S位只能进行27位的传输。***3所示是3总线方式时的时序***。
表5 AT89C51内RAM中20H、21H、22H、23H的定义
字节地址D7D6D5D4D3D2D1D020HBS4BS3BS2BS1N14N13N12N1121HN10N9N8N7N6N5N4N322HN2N1N01100023H010000004 应用
TSA5526在某航空电子设备检查仪中的应用电路如***4所示，***中，单片机与TSA5526采用3总线方式进行通信。P1．0与SCL引脚相连，用于串行时钟输出。P1．1与SDA引脚相连，用于串行数据输出。P1．2与CE引脚相连以进行片选控制；电子开关BS1～BS4用于通过VCO产生4种不同频率信号，VCO的输出将通过C6送到TSA5526的RF引脚，并经分频后与基准信号进行相位比较。Vtune输出的误差控制电压经电阻R3、电容C5加到VCO。R1、C4的数值可用于决定微调的快慢。当频率锁定后，LOCK引脚将变为低电平，并将该电平通过AT89C51的P1．3引脚送入单片机进行检测。本电路采用27位数据格式，发送的数据存放在单片机AT89C51中RAM的20H、21H、22H、23H四个单元中，各位定义见表5所列。其具体程序清单如下：
Rfegadj: CLR P1．0
SETB P1．2
MOV R0，＃08H
Fregadj1: MOV A,20H
CLR C
RRC A
MOV P1．1，C
SETB P1．0
NOP
CLR P1．0
DJNZ R0，Fregadj1
MOV R0?＃08H
Fregadj2: MOV A,21H
CLR C
RRC A
MOV P1．1，C
SETB P1．0
NOP
CLR P1．0
DJNZ R0，Fregadj2
MOV R0,＃08H
Fregadj3：MOV A，22H
CLR C
RRC A
MOV P1．1，C
SETB P1．0
NOP
CLR P1．0
DJNZ R0，Fregadj3
MOV R0，＃03H
Fregadj4： MOV A，23H
CLR C
RRC A
MOV P1．1，C
SETB P1．0
NOP
CLR P1．0
数字集成电路篇4
【关键词】集成电路； 生产； 测试； 技术
集成电路测试贯穿在集成电路设计、芯片生产、封装以及集成电路应用的全过程，因此，测试在集成电路生产成本中占有很大比例。而在测试过程中，测试向量的生成又是最主要和最复杂的部分，且对测试效率的要求也越来越高，这就要求有性能良好的测试系统和高效的测试算法。
一、数字集成电路测试的基本概念
根据有关数字电路的测试技术，由于系统结构取决于数字逻辑系统结构和数字电路的模型，因此测试输入信号和观察设备必须根据被测试系统来决定。我们将数字电路的可测性定义如下：对于数字电路系统，如果每一个输出的完备信号都具有逻辑结构唯一的代表性，输出完备信号集合具有逻辑结构覆盖性，则说系统具有可测性。
二、数字集成电路测试的特点
（一）数字电路测试的可控性 系统的可靠性需要每一个完备输入信号，都会有一个完备输出信号相对性。也就是说，只要给定一个完备信号作为输入，就可以预知系统在此信号激励下的响应。换句话说，对于可控性数字电路，系统的行为完全可以通过输入进行控制。从数字逻辑系统的分析理论可以看出，具有可控性的数字电路，由于输入与输出完备信号之间存在一一映射关系，因此可以根据完备信号的对应关系得到相应的逻辑。
（二）数字电路测试的可测性 数字电路的设计，是要实现相应数字逻辑系统的逻辑行为功能，为了证明数字电路的逻辑要求，就必须对数字电路进行相应的测试，通过测试结果来证明设计结果的正确性。如果一个系统在设计上属于优秀，从理论上完成了对应数字逻辑系统的实现，但却无法用实验结果证明证实，则这个设计是失败的。因此，测试对于系统设计来说是十分重要的。从另一个角度来说，测试就是指数字系统的状态和逻辑行为能否被观察到，同时，所有的测试结果必须能与数字电路的逻辑结构相对应。也就是说，测试的结果必须具有逻辑结构代表性和逻辑结构覆盖性。
三、数字电路测验的作用
与其它任何产品一样，数字电路产出来以后要进行测试，以便确认数字电路是否满足要求。数字电路测试至少有以下三个方面的作用：
（一）设计验证 今天数字电路的规模已经很大，无论是从经济的角度，还是从时间的角度，都不允许我们在一个芯片制造出来之后，才用现场试验的方法对这个“样机”进行测试，而必须是在计算机上用测试的方法对设计进行验证，这样既省钱，又省力。
（二）产品检验 数字电路生产中的每一个环节都可能出现错误，最终导致数字电路不合格。因此，在数字电路生产的全过程中均需要测试。产品只有经过严格的测试后才能出厂。组装厂家对于买进来的各种数字电路或其它元件，在它们被装入系统之前也经常进行测试。
（三）运行维护 为了保证运行中的系统能可靠地工作，必须定期或不定期地进行维护。而维护之前首先要进行测试，看看是否存在故障。如果系统存在故障，则还需要进行故障定位，至少需要知道故障出现在那一块电路板上，以便进行维修或更换。
由此可以看出，数字电路测试贯穿在数字电路设计、制造及应用的全过程，被认为是数字电路产业中一个重要的组成部分。有人预计，到2016年，IC测试所需的费用将在设计、制造、封装和测试总费用中占80%-90%的比例。
四、数字电路测试方法概述
（一）验证测试 当一款新的芯片第一次被设计并生产出来时，首先要接受验证测试。在这一阶段，将会进行全面的功能测试和交流（AC）及直流（DC）参数测试。通过验证测试，可以诊断和修改设计错误，测量出芯片的各种电气参数，并开发出将在生产中使用的测试流程。
（二）生产测试 当数字电路的设计方案通过了验证测试，进入量产阶段之后，将利用前一阶段调试好的流程进行生产测试。生产测试的目的就是要明确地做出被测数字电路是否通过测试的决定。因为每块数字电路都要进行生产测试，所以降低测试成本是这一阶段的首要问题。因此，生产测试所使用的测试输入数（测试集）要尽可能的小，同时还必须有足够高的故障覆盖率。
（三）老化测试 每一块通过了生产测试的数字电路并不完全相同，其中有一些可能还有这样或那样的问题，只是我们暂时还没有发现，最典型的情况就是同一型号数字电路的使用寿命大不相同。老化测试为了保证产品的可靠性，通过调高供电电压、延长测试时间、提高运行环境温度等方式，将不合格的数字电路筛选出来。
（四）接受测试 当数字电路送到用户手中后，用户将进行再一次的测试。如系统集成商在组装系统之前，会对买回来的数字电路和其它各个部件进行测试。只有确认无误后，才能把它们装入系统。
五、数字电路测试的设计
统计数据表明，检测一个故障并排除它，所需要的代价若以芯片级为1的话，则电路板级为10，系统级为102，使用现场级为103。随着集成电路技术的快速发展，对集成电路的测试变得越来越困难。虽然对测试理论和方法的研究一直没有间断或停止，但还是远远不能满足集成电路发展的需求。过去先由设计人员根据功能、速度和电性能要求来设计电路，然后再由测试人员根据已设计好的电路制定测试方案，这种传统的做法已经不能适应实际生产的需求。
数字集成电路篇5
关键词：数字电子技术；教材改革；工程应用
1.引言
《数字电子技术》是高等学校通信工程、电子信息工程、自动化、电气工程及自动化等专业的重要专业基础课程［1］。随着数字电子技术、数字系统的高速发展，以FPGA(FieldPro-grammableGateArray）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice)为代表的大规模可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice，PLD)的广泛应用，使传统“板上数字系统”被“片上数字系统”替代［2］。为适应数字电子技术的发展趋势，对传统《数字电子技术》教材内容进行了改革，在教材内容的安排和例题选用上，立足于应用型人才培养，以现代信息技术为依托，注重理论联系实际，取得较好的应用效果。
2.教材改革的基本思路
随着数字电子技术的快速发展，如何处理数字电子技术的经典内容与现代内容、传统分析设计方法与现代分析设计方法之间的关系，是教材内容改革的重点。教材以“基础知识器件原理器件应用器件仿真系统构建系统仿真”为主线，构建数字系统的知识框架。在教材内容组织上，将数字电子技术和数字系统有关知识融为一体，系统介绍数字电子技术与数字系统的基本分析方法和设计方法；在教材内容编写上，以培养学生的应用能力和实践能力为目的，采用案例式或项目式编写思路，将理论知识和实际应用相结合，把突出知识的应用性和实践性作为主要方向，做到理论和实践并重，既强调理论基础，又突出应用性。对于集成电路注重逻辑功能和使用方法介绍，增加EDA(ElectronicDesignAutomation)技术基础知识［3］，利用Multisim软件对部分电路进行功能仿真，并介绍VHDL语言、QuartusⅡ软件的基本使用方法，利用VHDL语言设计部分数字电路，利用QuartusⅡ软件进行仿真分析，适应现代电子技术飞速发展和应用的需要。
3.教材的主要特点
3.1教材内容组织
按照***高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导委员会对《数字电子技术基础》课程教学的基本要求，对《数字电子技术》教材内容进行重新组织，将教材内容分为十章［4］。第一章介绍逻辑代数的基础知识，主要包括各种数制、常用的编码规则、逻辑代数的基本定理、逻辑函数的表示方法和化简方法等。第二章介绍EDA技术的基础知识，包括Multisim、VHDL语言、QuartusⅡ的基础知识。第三章介绍分立门电路、集成门电路和可编程逻辑器件的特点，并介绍利用VHDL语言设计门电路的方法。第四章首先介绍组合逻辑电路的基础知识，然后讲解组合逻辑电路的应用，最后利用Multi-sim对组合逻辑电路进行功能仿真和设计分析，并介绍组合逻辑电路的VHDL语言设计方法。第五章介绍各种触发器的功能和应用，并利用Multisim对触发器进行功能仿真，介绍触发器的VHDL语言设计方法。第六章介绍时序逻辑电路的分析方法和设计方法，介绍常用时序逻辑电路的功能和应用，并分别利用VHDL语言和Multisim进行功能描述和仿真。第七章介绍脉冲波形的产生与整形电路，重点介绍集成电路的应用。第八章介绍半导体存储器的特点和应用。第九章介绍A/D转换和D/A转换的工作原理和主要技术指标，对集成DAC和ADC的基础知识及应用进行简单介绍，并利用Multisim对基本转换电路进行功能仿真。第十章介绍数字系统设计的基本流程，通过3个实例介绍数字系统的不同设计方法。
3.2强调基础理论
随着数字电子技术的发展，数字电子技术已逐渐渗透到各个行业，《数字电子技术》课程作为高校电类专业的基础课程，是学生走向数字化时代的第一门课程，也是某些高校相关专业的考研课程，其重要性不言而喻。教材编写强调《数字电子技术》基础知识的系统性、完整性，将逻辑代数基础、组合逻辑电路分析与设计、时序逻辑电路的分析与设计等基础知识作为教材核心内容，并结合部分高校相关专业《数字电子技术》研究生考试大纲的要求，增加部分教学内容。例如，在第六章“时序逻辑电路”中增加利用观察法和隐含表法进行状态化简的内容，使学生能够更容易掌握时序逻辑电路的传统设计方法。在教材内容编排上，反复训练基础理论知识，使学生更好地学习并掌握基础理论知识，为进一步学习打下坚实的基础。例如，第四章“组合逻辑电路”首先介绍组合逻辑电路的分析方法和设计方法，然后介绍常用集成组合逻辑电路的原理和应用，其中译码器、数值比较器按照组合逻辑电路的分析方法进行阐述，编码器、数据选择器、加法器按照组合逻辑电路的设计方法阐述，使教材内容循序渐进、深入浅出，适用于学生自学，有利于培养学生自主学习能力。
3.3突出实践应用
在教材编写过程中，注重学生对知识应用能力培养的需要，强调具体操作过程中学习理论基础，将知识应用能力培养贯穿整本教材，突出教材知识的实践应用性。在介绍集成电路时，删除集成电路内部电路的分析，强调集成电路的逻辑功能和使用方法［5］，例如，介绍555定时器时，在简单介绍555定时器的电路结构和工作原理的基础上，以“触摸式定时控制开关电路”、“双音门铃电路”等应用电路介绍555定时器的使用方法。在第九章“数/模和模/数转换器”中，以DAC0808、DAC0832、AD7543为例介绍常用集成数/模转换器的工作原理和使用方法，并分别给出DAC0832、AD7543与单片机AT89C51的接口电路，既加强与后续课程单片机、微机原理等的联系［6］，又突出教材内容的应用性。
3.4增加EDA技术知识
EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写，是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。教材第二章EDA技术基础知识介绍了Multisim和QuartusⅡ两种EDA工具的操作界面和使用方法，并介绍了VHDL语言的基本结构、数据对象、数据结构、操作符和基本语句结构，使学生借助EDA工具进行电路分析和设计。教材给出了74LS138、74LS153、74LS194、74LS160等常用集成电路的Multisim仿真电路和VHDL描述方法，并在第十章“数字系统设计”中，以“计数报警器”、“简易交通灯控制器”、“函数信号发生器”为例，结合Multisim和QuartusⅡ软件，详细介绍简单数字系统的设计过程，丰富教材内容。
4.结语
《数字电子技术》教材改革是一项长期工程，随着数字电子技术的发展，必将对教材内容产生深刻影响。本教材于2012年10月由北京大学出版社作为“21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材”出版，2013年12月被评为河南省“十二五”普通高等教育规划教材。教材经过3年多的使用，得到了广大师生的关注，收集了各方面建议和意见。为了更好地适应现代数字电子技术的发展和应用，需要对教材内容进行进一步改革。
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数字集成电路篇6
关键词：数字电路；教学体系；重构；设计
中***分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0165-02
一、概述
数字技术是近几十年发展最快的技术，其发展对人类社会产生着深远的影响。作为数字技术硬件基础的数字电路遵循摩尔定律，在几十年中经历了从分立电路到集成电路的设计历程，到现在已进入片上网络（Network on Chip，NoC）的阶段。从数字电路的晶体管电路时代，历经中小规模集成电路设计时代，到现在广泛采用EDA工具进行ASIC设计以及基于FPGA进行设计的时代，电路设计的每一步发展过程都产生过很多重要的设计思想及设计方法。这些设计思想及方法的累积构成了现在的数字电路教学体系。然而，由于新旧体系高速更迭，使得目前的数字电路教学体系呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接，电路的逻辑设计、功能设计和性能设计三方面脱节。这种现状与当前数字技术领域对人才的要求极不适应。要对现状有所改革，首先需要对数字电路各部分内容有所了解，从中提取适应发展的部分，重新构成一个自洽的课程内容体系。本文希望通过对现有课程中不同部分内容进行分析，在此方面进行一些尝试。
二、基于晶体管的设计
目前，数字集成电路采用的主要工艺是CMOS工艺，在这种工艺条件下，电路逻辑结构由MOS晶体管担任开关作用来实现。MOS晶体管分为PMOS和NMOS两种形式，分别用于传导高电平（1）和低电平（0），如***1所示。逻辑输入控制晶体管的栅极，连通的晶体管支路由电源或地为逻辑输出提供标准输出电平，如***2所示。在晶体管的相互连接中，NMOS的串联可以实现AND运算，并联实现OR运算，由此可以形成各种基本的逻辑单元，如***3所示，这些逻辑单元的进一步连接可以形成各种功能电路。
在目前国内外教材的分析中，对此类电子电路的评价主要集中于晶体管数量。如何在设计中减少晶体管的使用量成为设计的主要目标。基于这一考虑，在基本单元层次，发展了AOI电路结构，将“与-或”二级结构形成一个整体，晶体管数量只与初级与门输入的数量相关。在功能设计的层次，引入卡诺***对逻辑方程进行最小化，其目标也是通过减少初级门输入端的数量来实现晶体管数量的减少。上述设计方法能够非常准确地表达数字电路的逻辑体系实现，并能建立组合逻辑的卡诺***分析设计方法和时序逻辑的转移输出表的分析设计方法，为数字电路的规范化设计体系奠定了很好的基础，也构成了目前数字电路设计的理论基础。但在目前的教学体系中，这种设计方法只是将晶体管作为标准开关器件使用。由于缺少有效的评价体系，目前逻辑分析仅停留在简单电路的分析设计，在中规模功能电路的分析设计中，几乎没有采用这一体系。在VLSI的设计时代，对电路性能的评价主要表现为集成度（占用芯片面积、成本）、速度（最长延迟时间、最高时钟频率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指标上。要实现同样的功能，利用逻辑定理可以设计出很多不同结构的电路，最优化成为设计中的中心环节。而要实现这一目标，在基本逻辑结构形成的阶段就需要补充对于相关性能的描述模型。
三、基于中小规模集成块的设计
在上世纪70～80年代，为了应对数字技术的广泛采用，发展了以74系列为代表的各种中小规模集成块。不同领域的用户可以选用尽可能少的通用集成块连接形成电路，满足自己的特殊系统需求。为了使用上的方便，中小规模集成块在外型和I/O端口性能方面都进行了统一标准设计，其输入/输出特性由Data sheet详细规定，用户在使用时可以不忽略其内部电路工艺及逻辑形成方式，只根据设计要求选取对应功能块，根据端口特性设计外部负载连接电路。考虑到通用模块可能需要对模拟器件进行驱动，此类电路通常都配备了强大的对外驱动电路，导致集成芯片中主要部分为I/O部件，逻辑功能部分只占据了集成芯片的次要部分。为了增加模块的通用性，通常会在基本功能的基础上添加许多额外的控制/状态端口（与集成块的总体成本相比，这些添加几乎不增加成本，但能够带来市场上的好处）。由于电路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外壳决定，简单逻辑与复杂功能的模块在价格和速度上相差不大，用户倾向于选用复杂功能模块来构成电路（使用模块的部分功能），而不是选用基本逻辑部件构成电路，电路设计的主要目标成为选择最少逻辑块及最少连线进行设计，与逻辑设计基本脱离关系。在目前的教学体系中，关于逻辑单元静态与动态特性的讨论基本采用这种方式讲解；各种组合功能电路的设计和时序功能电路的设计（二进制计数器、移位寄存器等）都采用此类方式。由于目前的实验条件，以及学生创新活动中自己设计小系统的需要，中小规模集成块仍然具有重要的使用价值，相关内容也就构成了数字电路课程教学中功能设计的主体部分。然而，中小规模集成块作为一种集成度低下的分立设计，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何将相应内容与低层逻辑设计合理地结合，将电路性能的评价带入到对不同结构设计的选择上，是解决这一问题的关键。在ASIC设计中，不会无谓地设计不需要用到的所谓多功能扩展，对功能模块的教学改革应该首先着眼于基本功能的最佳实现方式，然后考虑在不同应用中的最佳扩展设计方式。目前基于多功能器件进行设计，利用其部分电路的设计方式对中小规模集成块是优化的方式，但对于片上设计就是一种浪费的设计了。
四、基于HDL的设计
随着计算机技术的广泛采用，数字集成电路的设计也进入EDA时代。HDL使电路的设计描述和仿真验证可以利用计算机工具进行，方便于层次化设计中信息的交流、保存、修改，有效提高了设计效率，降低了设计成本。同时，基于FPDA的设计也成为中间设计的主流方式。为了适应这种发展，现行数字电路课程中开始引入HDL语言的内容，并对各种功能电路的描述编程进行了足够详细的介绍。同时也对FPGA的基本结构进行了介绍。利用这些内容，学生能够方便地使用计算机系统开展各类数字设计，扩大了数字电路的应用教学，通过对设计的仿真也能够更好地理解电路性能与设计的关系，使学生对数字电路设计有更实际的理解，也便于开展课程设计和各种实验活动。HDL是一种硬件电路的描述工具，主要帮助仿真过程的自动进行。而目前关于HDL的教学中，很少将电路逻辑与性能的关系反映到语言描述中，使语言的描述沦为对电路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。对电路性能描述中比较容易的是对延迟时间（或时钟频率限制）的描述。若要进行这方面的描述，HDL必须基于最基本的逻辑单元，设计者应对各种基本部件的时间延迟以及连线负载带来的时间延迟有足够的了解。而电路的功能设计描述则必须基于这种带时间延迟的部件互连设计（结构设计的描述）。此点在目前的HDL的教学中应特别强调。同时需要注意到，这种仿真一定要在与综合无关的工具上进行。对设计集成度的衡量取决于电路设计的综合方式。目前，在EDA设计领域尚未建立一种统一的综合方式，不同的综合工具采用不同的算法结构，综合效率各有不同。虽然综合算法本质上是基于基本逻辑优化理论建立的，但其中涉及的各种数学理论很多，不是数字电路这门课程能够解决的。因此，本课程无法涉足综合领域，也难以将课程内容与综合工具得到的结果形成对应关系。如何将基本理论与综合算法联系起来，形成一个统一的系统，应该是数字电路课程未来一段时间的改革目标。目前，很多的免费EDA工具采用FPGA作为综合的基础，这种综合工具的优点是能够方便地得到所设计电路的评价（占用单元数量、延迟时间、时钟频率）。然而，由于FPGA设计的基础是4输入查找表（等价于4输入卡诺***的最小项和设计），在基本逻辑层次上可以认为未进行任何化简，集成度低、延迟时间长。同时综合工具会根据4输入查找表建立优化算法进行综合，由此将用户进行的结构设计思想抹杀，不利于课程内容的相互衔接。如果要理解其综合结构，就必须首先建立FPGA基本单元和布线方式的电路参数模型，然后在此基础上建立独特的综合算法。目前，本课程难以完成这一任务。
五、统一体系的思考
基于上述分析，可以看到目前数字电路面临的困境，也展现了建立一个统一体系的需求。统一体系应该以电路性能参数（集成度、速度等）作为评价模型，着重考虑ASIC和VLSI设计中的需求。评价模型应该由底层基本器件（晶体管）开始分析建立，继承现有体系中关于逻辑设计的思想，将性能评价延伸到逻辑模块和功能模块层次；逻辑层次的设计中，主要展现功能的不同结构实现方式，为电路设计提供灵活性；而在功能层次的设计中，则通过对不同结构的性能进行比较，确定电路的最佳形成方式。HDL的设计应该将速度的评价融入到电路结构的描述中，并通过仿真工具的应用使这一评价能够推广到大系统中，对同步时序设计提供支持。
参考文献：
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数字集成电路篇7
【关键词】数字频率计；计数器；定时器；闸门时间；显示器；校准信号；清零电路
一、问题的提出
在电子信息领域，仅仅电压、电流和电阻的测量已远远不能满足其飞速发展的要求，所谓一块万用表在手可走偏天下的时代也已一去不复返。目前信号频率、电磁辐射、有害气体等等的测量要求非常广泛。价格低廉、简单实用的检测设备是普通电子爱好者需求的目标之一。
本文利用价格低廉的集成电路CD4541、4528、4093、4026设计制作一款数字频率计，并对具体电路进行分析。
二、电路功能
频率是指在1S时间内周期信号变化的次数，单位为Hz，用f来表示，周期用T来表示，他们的关系为：
由此可见，数字频率计在1s标准时间内，测出信号变化的次数，然后再用数字形式显示出来，即完成其功能的主要部分。具体来说，数字频率计必须具备以下三个功能部件：
1.能产生1s标准时间的功能部件。
2.计数部件。
3.显示部件。
电路功能框***如***1所示。
三、电路原理
1.电路原理***
电路原理如***2所示，被测信号经“IN”输入，经整形后送到计数控制器输入端，当控制定时器跳变为高电平（TH：1s）时其波形前沿触发置零电路，使计数器瞬时置零，同时闸门打开，信号通过，允许计数，并通过LED显示计数值。当控制计时器为低电平时，闸门关闭，计数技术停止，所计数值保持不变并被稳定显示。
2.单元电路工作原理分析
1）整形电路和内置振荡
整形电路和内置振荡器单元由集成电路4093中的IC3：A和B组成，集成电路4093内部结构是4个双输入与非门电路组成。
整形：当SA置于“外接”时，IC3：A和B的输入端分别短接，电路成为反相“非门”，两个反相“非门”串联，则总相位不变。由于门电路输入输出特性，其输出只有“0”和“1”两种状态，整形效果较好。但要注意信号幅度必须足够大，一般应大于4/5电源电压，否则有可能无法计数显示。
内置振荡：当SA置于“校准”时，IC3：B、RP2、RP3、C3构成内置振荡器，调节RP2（粗调）与RP3（细调）设定为5000HZ，5V，可作为“校准信号”，其原理与门控振荡器相仿，这里不再重复。
2）闸门
闸门电路单元主要由集成电路4093中的IC3：C和D组成该电路利用了与非门任一输入端输入为“0”，其他输入端不再对输出状态起作用的特点，将IC3：C的一个输入端（4093⑨脚），另一输入端作为信号输入，是与非门变成一个受控的闸门。
受控输入端接控制定时器输出端，当控制定时器输出“0”时，闸门关闭，无输出。当控制定时器输出“1”，闸门打开，波形输出与输入相位一致，能够传递到计数器。
3）控制定时器
控制定时器单元是由集成电路4541和R1、RP1、C1组成。该电路输出一周期为2s（TH和TL各为1s）的方波波形，电路主要由R1、RP1、C1选频电路决定4541的内振荡频率，再经29分频得到上述波形，当输出Q端为“1”时闸门打开，开始计数，OUT端有波形输出，LED显示数字快速变化，Q端为“0”时，闸门关闭，计数停止，LED显示数字不再变化，保持，OUT端无输出波形。
4）置零电路
置零电路单元主要由集成电路IC2（4528）和R2、C2等组成。该电路是利用脉冲的上升沿进行触发的单稳态电路，R、C大小决定置零脉冲的宽度，置零脉冲的宽度应远小于被测信号的周期，IC2④脚是输入端，接4541输出端，当接收到“1”信号上升沿时，产生一个正窄脉冲信号，计数器置零。窄脉冲过后，计数器恢复计数状态。
5）显示电路
显示电路单元由4片4026集成电路和4只共阴极LED数码管组成。4026集成电路是十进制译码、直接驱动LED电路，4为十字分别表示千位、百位、十位、个位。①脚为输入端，上升沿有效，⑤脚为进位信号输出端，在本电路中又为高一位计数器提供计数脉冲。***2是数字频率计电路原理***。
四、结论
本电路设计结构简单，功能比较齐全，作为电子爱好者自行设计信号源时的频率显示辅助电路具有一定的实用性，在调试过程中，须将标准信号源接入，SA在“外接”位，信号源频率调节为5000HZ，然后调节定时器电路阻容网络（调节RP1），使Q端输出为T=2S，即为正电平1S，使闸门打开时间为1S，操作时为调节RP1使数码管显示5000。SA放到“校准”位时，调节RP2到中间位，再调节RP3使数码管显示5000即完成。
参考文献
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数字集成电路篇8
数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。
新型数字电压表的整机设计
该新型数字电压表测量电压类型是直流,测量范围是-5～+5V。整机电路包括:数据采集电路的单片机最小化设计、单片机与PC接口电路、单片机时钟电路、复位电路等。下位机采用AT89S51芯片,A/D转换采用AD678芯片。通过RS232串行口与PC进行通信,传送所测量的直流电压数据。整机系统电路如***1所示。
数据采集电路的原理
在单片机数据采集电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加逻辑器件做接口电路,实现了单片机对AD678转换芯片的操作。
AD678是一种高档的、多功能的12位ADC,由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统,而且一次A/D转换仅需要5ms。
在电路应用中,AD678采用同步工作方式,12位数字量输出采用8位操作模式,即12位转换数字量采用两次读取的方式,先读取其高8位,再读取其低4位。根据时序关系,在芯片选择/CS=0时,转换端/SC由高到低变化一次,即可启动A/D转换一次。再查询转换结束端/EOC,看转换是否已经结束,若结束则使输出使能/OE变低,输出有效。12位数字量的读取则要控制高字节有效端/HBE,先读取高字节,再读取低字节。整个A/D操作大致如此,在实际开发应用中调整。
由于电路中采用AD678的双极性输入方式,输入电压范围是-5～+5V,根据公式Vx10(V)/4096*Dx,即可计算出所测电压Vx值的大小。式中Dx为被测直流电压转换后的12位数字量值。
RS232接口电路的设计
AT89S51与PC的接口电路采用芯片Max232。Max232是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。Max232芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS232电平达到匹配。
串口通信的RS232接口采用9针串口DB9,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。在实验中,用定时器T1作波特率发生器,其计数初值X按以下公式计算:
串行通信波特率设置为1200b/s,而***OD=1,fosc=6MHz,计算得到计数初值X=0f3H。在编程中将其装入TL1和THl中即可。
为了便于观察,当每次测量电压采集数据时,单片机有端口输出时,用发光二极管LED指示。
软件编程
软件程序主要包括:下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与PC串口通信程序。单片机采用C51语言编程,上位机的操作显示界面采用VC++6.0进行可视化编程。在串口通信调试过程中,借助“串口调试助手”工具,有效利用这个工具为整个系统提高效率。单片机编程
下位机单片机的数据采集通信主程序流程如***2所示、中断子程序如***3所示、采集子程序如***4所示。单片机的编程仿真调试借助WAVE2000仿真器,本系统有集成的ISP仿真调试环境。
在采集程序中,单片机的编程操作要完全符合AD678的时序规范要求,在实际开发中,要不断加以调试。最后将下位机调试成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash单元中。
人机界面编程
打开VC++6.0,建立一个基于对话框的MFC应用程序,串口通信采用MSComm控件来实现。其他操作此处不赘述,编程实现一个良好的人机界面。数字直流电压表的操作界面如***5所示。运行VC++6.0编程实现的Windows程序,整个样机功能得以实现。
功能结果
数字集成电路篇9
【关键词】数字电子技术；应用现状；发展趋势
0.前言
数字电子技术是当前发展最快的学科之一，电子技术可分为数字电子技术和模拟电子技术，就逻辑器件而言，已经从20世纪40年代的电子管、20世纪50年代的晶体管和20世纪60年代的小规模集成电路，从中等规模到大规模集成，至今已发展到了超大规模集成电路。近几年又出现了可编程逻辑器件，为数字电路设计提供了更加完善方便的器件设计过程和方法也再不断的演变和发展。半导体技术的大力发展推动了PC等电子设备的广泛使用，数字电子技术作为电子时代的支撑技术，在全球电子信息化的进程中起着巨大的推动作用。
1.数字电子技术较模拟电子技术的优势
数模信号之间的转换往往是要将模拟信号转换为数字信号、数模转换是将传感器从自然界获取的连续的信号波形经过滤波、去噪等处理，最后形成由固定高低电平组成的数字信号，也就是人们常说的“0101”信号。
之所以在信号处理中多是将模拟信号转换为数字信号，主要原因包括如下几点：
（1）模拟信号有无穷多种可能的波形，同一个波形稍微变化就成了另一种波形，而数字信号只有两种波形（高电平和低电平），这就为信号的接收与处理提供了方便。
（2）模拟信号是由一连串连续的信号波形组成的，其信号极其容易受到干扰，这些干扰不仅仅是来自信号的采集阶段，也来自信号传输过程中和电子元器件造成的误差，这就导致了采集信号的精度难以得到保证，从而影响试验的准确性或系统的可靠性。而数字电路中只采用高低电平对信号进行编码，这就保证了信号的抗感染能力，提高了信号的精度。
2.数字电子技术的应用
从二十世纪七十年代以来，信号的数字化处理模式席卷了全球的电子技术领域，模拟信号的数字化越来越得到推崇，我们就以下两个例子来说明数字电子技术的实际应用。
2.1 USB总线微波功率计
将数字电子技术应用于虚拟仪器中，结合相应的软件设计，开发出USB总线微薄功率计，以实现对微波功率的采集测量与传输。
该微波功率计由USB通信接口、微信号检测电路等组成功率探测器，在探测器采集到相应的微波功率信号后，首先由已烧写程序的微信号检测电路芯片对采集信号进行去噪、求差值和累加等操作，然后对信号数据进行固件程度修改，最后，USB通信接口通过链路将处理好的数据信息发送到上位机，再由上位机程序来对数据进行分析处理。
由于集成应用了数电技术，该功率计体积小巧、测量精度高、系统操作简单，而且收发数据可以与PC机进行交互，匹配性较好。
2.2雷达接收机
数字电子技术的不断发展成熟，使得其应用范围已经涉及到精密设备的生产制造中。雷达接收机作为***民两用的高精度电子设备，其要求要具有较强的抗干扰能力，这就要求雷达接收机要具有较宽的工作频段和高灵敏度，因此现代雷达接收机正逐渐由模拟接收机转变为数字接收机。
雷达接收机的数字化转型主要是要解决低噪声放大器、抑制混放电路和I/Q解调技术的研发，而这些技术的研发都必须建立在数字电子技术的基础上，比如放大器和抑制混放电路都需要数字变频和数字滤波技术。
3.数字电子技术未来的发展趋势
3.1数字电子技术未来的发展趋势
随着信息化时代的到来，社会需求推动着电子技术的飞速发展，数字电子技术更是成为社会和经济发展的主力***，市场需求推动着信息技术向更深层次的迈进。因此科技信息的不断进步加速了产业的升级换代，这就要求数字电子技术必须要顺应市场的需求。数字化是电子技术的必由之路，这已经成为当代的共识。我国的电子技术研究者经过多次探索和实验，使得数字化的历程在不断进行着一系列的重大变革。当代我们所应用的电子产品由于技术的不断革新正在以前所未有的速度进行更新换代，而这种革新又主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用之中。特别是在当今这个时代，半导体的工艺水平经过不断开发已经达到了深亚微米，芯片的集成高度也达到千兆位，时钟频率也正在向千兆赫兹以上发展，数据传输位数甚至达到了每秒几十亿次，这些技术在之前是难以想象的，这就注定SOC（System 0h aCh5p）片上系统必将成为未来集成电路技术的发展趋势。电子设计技术在不断的更新换代，发展到了今天，又将面临另一次更大意义的突破—5PGA在EDA（电子设计自动化）基础上的广泛应用，此技术的广泛应用必将在我们的信息时代再创奇迹。
3.2数字与模拟电子技术之间的融合
数字与模拟电子技术之间的融合促进了新型电子器件的诞生，不断地提高性能一直是电子器件追求的目标，模拟技术与数字电子技术的融合首先提高了传统电子器件的性能，促进了新型电子器件的诞生。例如，传统电位器噪声大、使用寿命短、可靠性差，而集成了EEROM、电子开关和线性电阻技术数字电位器因改变了传统电位器的机械结构，从而根除了传统电位器的固有缺陷，提高了其性能。目前各种电子产品中广泛应用的开关电压调节器、D类音频功率放大器都是数字与模拟相结合的新型电子器件。
4.总结
随着科技的大力发展，数字电子技术将更广泛地应用到生产生活中去，要大力发展数字电子技术，就要摆脱传统技术理念的束缚，将其与新兴技术结合起来，从而大大提高自身的工作效率，为电子产品向数字化迈进奠定了坚实的基础，为未来的科技发展保驾护航。
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[2]David L.Adamy主编.EW102：电子战进阶.电子工业出版社，2009.3.
数字集成电路篇10
关键词：110kV；数字化变电站；建设方案
中***分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0017-02
目前，国家电网设立了一些试点，建成110kV数字化变电站并开始运营。已经建成的110kV数字化变电站，实现了全面的数字化管理的同时，还配置了数字化设备，并实现网络化运行。
1 110kV数字化变电站
在我国，110kV数字化变电站在电网运行中起到了重要的作用。与传统的综合自动化变电站有所不同，数字化变电站不需要通过敷设的电缆来传输信号，而是对于信息进行全方位的数字化管理，从信息的采集到信号的传输以及对于所接受的信息的处理工作，都具有自我诊断功能。电力通信网络的构件，所采用的是电力系统无缝通信技术。对于在网络中的信息传输，其所经历的每一个环节，都是在同一网络平台上进行处理的，信息实时共享得以
实现。
110kV数字化变电站具有不可替代的优势。其在站内设计了智能装置来实现通信，将数字化变电站的变电层、间隔层和过程层三层结构建立了起来，从而实现了数字化变电站的一次设备智能化。设备的功能性，是在二次设备网络化的条件下实现的。如果下放过程层的功能，即电气设备的数字化开关就形成了。由于信号的传输使用光纤代替了电缆，所以，110kV数字化变电站的运行，包括变电站的管理以及后期的维护工作，都采用了自动化技术。
2 断路器数字化的实现
在数字化变电站中，断路器具有非常重要的作用。实现了数字化的断路器，可以对于整个电网的运行进行检测、判断，并且实施有效的控制，将这些信息通过网络进行传输，整个的过程都是自动完成的。随着网络与通信相结合，加之计算机技术的飞速发展，使断路器的智能化得以完善，其功能性得以极大地扩展。
2.1 数字化断路器
按照使用范围来对断路器进行界定，可以分为高压断路器和低压断路器两种，但是在使用的过程中，高低压的划分却不是很明确。低压断路器由于具有自动保护功能，还可以手动进行开关操作，所以被称为“自动开关”。当电路出现短路或者发生过载等故障的时候，低压断路器就可以启动自动切断功能。所以，低压断路器不但可以有效地将电能进行分配，并且对于异步电动机进行不频繁地启动，同时还具有保护好电源的作用。
在变电站中，高压断路器具有灭弧的特性，是较为重要的电力控制设备。作为一种高压开关，当系统出现故障的时候，其具有自动切断电源或者是接通线路的功能。对于故障电流，则可以与继电保护配合，迅速启动装置以避免重大事故的发生。
现在供电系统的数字化程度越来越高，这就要求变电站的断路器设备也要具备数字化自动识别功能，并可以自动运行，排除各种故障。现在的一些数字化变电站中，断路器已经使用了数字化接口。具有较高可靠性的机械系统，所实现的是电子操纵。其中的机械运动的部件减少为一个，原来所使用的机械传动方式现在通过变频器来执行，将电机的运转速度改变，并直接驱动。在信息的传输方面，关于分合闸的命令以及所处的位置和运行的状态等等，都是通过网络传输的方式来实现了。
2.2 数字化断路器的工作原理
数字化断路器是应电网自动化需要而设计的新型的断路器二次系统。其是以计算机数字化技术为基础，采用了微电子技术，并应用了新型的传感器而建立起来的。数字化断路器在设计上，将常规的机械结构开关摒弃，取而代之的是数字化控制装置。
在110kV数字化变电站中所应用的数字化断路器，主要是由数据采集模块、数字化识别模块以及调节装置所构成。数据采集模块的作用就是通过新型的传感器对电网中的数据进行识别，并将其转变为信号的形式传输出去。数字识别模块会对于所接收的信息进行处理。从其工作原理上来看，数字化断路器控制的核心，就是其中的数字化识别模块。这是一个微机控制系统，将采集模块所收集到的有关信息输入其中，对于主控室所发出的信号进行自动识别，并执行操作。由于数字化断路器主要是由微处理器所构成，所以其可以对于电网的工作状态进行自动识别。断路器的分合闸动作，是根据断路器的仿真分析数据结果来进行判断的。首先，是对所传出的信息进行分析，并针对结果通过调节装置进行调节。然后，根据所传出的调节信息，发出分合闸信号。
断路器在进行每一次操作的时候，都要对于运动特性进行调整，那么操动机构的参数也要做出相应的改变。由驱动执行器配合接收定量控制信息的部件而组成的执行机构，则可以实现这些功能。为了将数字化断路器的功能进一步扩大，还可以根据需要将通信、检测模块安装其上，并连接显示模块，以使断路器的运行状态更为直观。
2.3 数字断路器的工作过程
一旦系统出现故障，数字化断路器的继电保护装置就会开启，传输出分闸信号。此时，信号被传输到智能识别模块加以识别后，对于断路器的工作状态加以判断，调节装置根据分析结果进行调节。操控机构的参数是根据调节装置所传输出来的信息进行自动调整的。不同的定量控制信息，经过调整之后，会出现不同的执行参数，以使断路器呈现出相应的工作状态。
3 110kV数字化变电站建设方案
目前来看，虽然已经有一些数字化变电站投入运营，但是并没有达到较高水准，仅仅实现了局部的数字化特征，而没有将数字化的优势完全地发挥出来。根据目前电网需求，对于110kV数字化变电站建设方案的看法如下：
在互感器的选择上，如果选择使用电子式的互感器，消耗的成本会很高。以传统的电磁式互感器代替电子互感器，不但可以降低互感器投入成本，而且还可以获得较为良好的效果。另外，传统的保护测控装置经过技术处理之后，也可以应用。在过程层采用传统的一次设备，其终端要加装数字化设备。如果要使变电层、中间层以及过程层都实现自动化管理的方式，则需要整个的控制功能，包括信息的采集、传输、调节等等，都实现智能化、网络化。
4 结语
综上所述，电网公司在保证110kV数字化变电站正常运营的同时，还建立了一系列与其相关的科研项目，以促进其运行中稳定可靠的性能。在数字化变电站建设的过程当中，为了规范管理，将标准的体系建立起来，同时还要对相应的技术加以规范，以实现数字化变电站的可持续发展。
参考文献
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