D觸發(fā)器在改進(jìn)編碼檢測電路中的運(yùn)用

李達(dá)文 詹永飛

摘 要：介紹了D觸發(fā)器的工作原理以及74HC74觸發(fā)器的功能，針對編碼檢測電路存在的故障鎖存問題，提出了利用74HC74觸發(fā)器改進(jìn)檢測電路的措施，并對改進(jìn)后的編碼檢測電路進(jìn)行了分析，結(jié)果表明電路可行。

關(guān)鍵詞：D觸發(fā)器 74HC74 檢測電路 故障鎖存

中圖分類號：TM57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0185-02

1 D觸發(fā)器的基本原理

1.1 觸發(fā)器的基本概念

觸發(fā)器是用于存儲一位二進(jìn)制信號的基本單元電路，具有記憶功能。觸發(fā)器具備兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是具有兩個(gè)自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)0和1；二是在不同的輸入信號作用下，能夠置成0狀態(tài)或1狀態(tài)。所有的觸發(fā)器都具有兩個(gè)輸出端Q和，所謂觸發(fā)器的0狀態(tài)是值輸出端處于Q=0，=1狀態(tài)；觸發(fā)器的1狀態(tài)是指輸出端處于Q=1，=0狀態(tài)。

1.2 D觸發(fā)器的工作原理

凡是在時(shí)鐘信號作用下，具有置0、置1功能的觸發(fā)器，叫做D觸發(fā)器。我們以利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器為例對D觸發(fā)器的工作原理進(jìn)行分析。

利用CMOS傳輸門的D觸發(fā)器，如圖1所示，其電路結(jié)構(gòu)上是由兩個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，一主一從，但是該觸發(fā)器的動作特點(diǎn)與主從RS觸發(fā)器和JK觸發(fā)器完全不同。

工作原理：CP=0時(shí)，TG1和TG4導(dǎo)通，TG2和TG3截止。由于TG1導(dǎo)通，D信號能夠傳輸?shù)紾1門的輸入端，使得主觸發(fā)器的Q′=D，但是由于此時(shí)TG2截止，所以主觸發(fā)器的狀態(tài)無法保持，Q′始終隨著D而變化；又由于TG3截止，TG4導(dǎo)通，所以從觸發(fā)器的狀態(tài)能夠保持不變。當(dāng)CP出現(xiàn)上升沿時(shí)，即CP=1時(shí)，TG1和TG4截止，TG2和TG3導(dǎo)通。由于TG1截止，D信號不能被傳輸?shù)紾1門的輸入端，此時(shí)D信號的變化，不能影響主觸發(fā)器的狀態(tài)，又由于TG2導(dǎo)通，所以CP上升沿到來前一瞬間D的狀態(tài)被傳輸?shù)街饔|發(fā)器，并被主觸發(fā)器保持下來；而此時(shí)TG3導(dǎo)通，所以主觸發(fā)器的狀態(tài)被傳輸?shù)綇挠|發(fā)器，即Q=Q′=D，雖然此時(shí)TG4截止，從觸發(fā)器的狀態(tài)不能自行保持，但是由于Q始終等于Q′，而Q′保持不變，故從觸發(fā)器的狀態(tài)能夠得到保持。

根據(jù)上述工作原理，可得到利用CMOS傳輸門的D觸發(fā)器的特性方程為：

Qn+1=DQn+Dn

化簡得：Qn+1=D。

2 編碼檢測電路存在的問題

DX-600中波發(fā)射機(jī)是由美國哈里斯公司生產(chǎn)的全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，該機(jī)器系統(tǒng)龐大、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障檢測繁瑣，維護(hù)量大，維護(hù)難度高。該機(jī)器主要由3個(gè)功放單元、合成器、控制單元以及附屬設(shè)備組成，主要包括射頻信號系統(tǒng)、音頻信號系統(tǒng)、控制與檢測系統(tǒng)，其中控制與檢測系統(tǒng)是核心。其工作原理是模擬的音頻信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成12BIT的數(shù)字信號，并經(jīng)調(diào)制編碼成為功放模塊導(dǎo)通與否的控制信號，各導(dǎo)通模塊輸出進(jìn)行合成，合成輸出電壓取決于瞬時(shí)功放模塊導(dǎo)通的數(shù)目，輸出經(jīng)過匹配濾波，最終由四塔定向天線發(fā)射出去。

在DX-600中波發(fā)射機(jī)中，每個(gè)功放單元均有7塊調(diào)制編碼板，調(diào)制編碼板的主要作用是將數(shù)字化的音頻信號編碼成控制功放模塊導(dǎo)通的調(diào)制信號，該電路板主要包括調(diào)制編碼的控制與檢測電路。由于7塊調(diào)制編碼板的控制與檢測輸出部分都是并聯(lián)的，作為整機(jī)調(diào)制最重要的部分，一旦某塊板出現(xiàn)故障，立即造成機(jī)器故障關(guān)機(jī)，無法再開啟，對安全播出影響巨大。

如圖2所示，該電路是調(diào)制編碼板的編碼故障檢測電路部分，當(dāng)調(diào)制編碼各部分正常工作時(shí)，將送出高電平信號給緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出低電平信號，此時(shí)三極管Q5不導(dǎo)通，R54鉗在高電平位置，J8-33輸出高電平正常信號，同時(shí)DS9不亮；當(dāng)調(diào)制編碼出現(xiàn)電源等故障時(shí)，將送出低電平信號給緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出高電平信號，此時(shí)三極管Q5導(dǎo)通，R54被拉低，J8-33輸出低電平正常信號，送到控制板執(zhí)行關(guān)機(jī)命令，同時(shí)故障檢測燈DS9亮紅燈，指示編碼電源故障。由于7塊調(diào)制編碼板的檢測輸出是并聯(lián)的，當(dāng)其中一塊調(diào)制編碼板出現(xiàn)故障時(shí)，因?yàn)樵摪宓墓收蠙z測燈DS9無法鎖存指示，所以無法判斷故障是哪塊編碼板引起的，而且更換一塊電路板至少需要5 min，即使用排除法也要二三十分鐘，容易造成嚴(yán)重的停播事故。我臺發(fā)射機(jī)曾經(jīng)出現(xiàn)過類似的調(diào)制編碼板電源故障，但是由于故障檢測燈DS9不能鎖存，而且功放單元發(fā)生故障后立即關(guān)機(jī)了，無法判斷故障來源，只能采取逐一更換電路板的方法來排除，時(shí)間久，效率低，嚴(yán)重影響了播出安全和播出效果。

3 編碼檢測電路的改進(jìn)

3.1 74HC74觸發(fā)器

如圖3所示，該表為74HC74的功能表，74HC74為單輸入端的雙D觸發(fā)器，其觸發(fā)原理：當(dāng)SET端為高電平、CLR端為低電平時(shí)，無論輸入D端和時(shí)鐘CP為任何狀態(tài)，觸發(fā)器輸出Q端均為低電平；當(dāng)SET端、CLR端為高電平時(shí)，此時(shí)若輸入D端和CP也為高電平，則觸發(fā)器輸出Q端為高電平。

3.2 改進(jìn)的檢測電路

針對原電路無法鎖存的問題，結(jié)合74HC74觸發(fā)器的功能原理，我們對電路進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了以D觸發(fā)器為主的編碼檢測鎖存電路。如圖4所示，該電路與原電路相比，增加了74HC74觸發(fā)器和S10復(fù)位開關(guān)。

電路原理：當(dāng)調(diào)制編碼各部分正常工作時(shí)，故障檢測信號為高電平，經(jīng)緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出低電平信號，此時(shí)三極管Q5不導(dǎo)通，R54鉗在高電平位置，J8-33輸出高電平正常信號；同時(shí)送到U1的CP端為低電平，U1不觸發(fā)，Q端輸出保持低電平，DS9不亮；當(dāng)調(diào)制編碼出現(xiàn)電源等故障時(shí)，故障檢測信號變?yōu)榈碗娖剑?jīng)緩沖器U49-1、3，U49-2、4反相輸出高電平信號，此時(shí)三極管Q5導(dǎo)通，R54被拉低，J8-33輸出低電平正常信號，送到控制板執(zhí)行關(guān)機(jī)命令；同時(shí)送到U1的CP端和D端均為高電平，U1觸發(fā)，Q端輸出高電平，DS9亮紅燈并鎖存。此時(shí)可根據(jù)DS9的指示快速找到發(fā)生故障的調(diào)制編碼板，按S10開關(guān)可將DS9復(fù)位。

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)論證，確定改進(jìn)后的編碼檢測電路能夠?qū)崿F(xiàn)故障指示的實(shí)時(shí)鎖存以及復(fù)位功能，使技術(shù)員能夠立刻找到故障點(diǎn)，迅速排除故障，而且故障排除時(shí)間縮短至僅為原先的1/10，實(shí)踐證明效果很好，而且具有推廣價(jià)值。DX系列的中波發(fā)射機(jī)雖然是目前最世界上最先進(jìn)的全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)之一，但是設(shè)計(jì)也是會有不足之處的，我們在日常維護(hù)中需要多思考，多總結(jié)，并對相關(guān)電路進(jìn)行改進(jìn)，更好地保證安全播出。

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