數(shù)字電子技術(shù) 第六版 課件 4ch8 數(shù)字系統(tǒng)一般故障的查找與排除

4.8

數(shù)字系統(tǒng)一般故障的查找與排除4.8.1產(chǎn)生故障的主要原因4.8.2常見邏輯故障4.8.3查找故障的常用方法4.8.4故障的排除第4章組合邏輯電路4.8.1產(chǎn)生故障的主要原因數(shù)字系統(tǒng)的故障是指一個或多個電子元器件的損壞、接觸不良、導線斷裂與短路、虛焊等原因造成功能錯誤的現(xiàn)象。對于組合邏輯電路，如不能按真值表的要求工作，就可認為電路有故障。對于時序邏輯電路，如不能按狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表工作時，就認為存在故障。一、數(shù)字系統(tǒng)的故障二、產(chǎn)生故障的主要原因1.設(shè)計時忽略電子元器件的參數(shù)和工作條件

在設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)時，忽視電子元器件的參數(shù)和工作條件引起的故障是常見的。如電源電壓過高或過低，輕則造成電路功能錯誤，重則造成電子元器件的損壞；不同類型集成電路之間的電平配合；電路動作邊沿選擇的錯誤等都會造成故障。此外，大功率器件、電解電容、集成電路芯片質(zhì)量不好造成的故障也不在少數(shù)。為了減少這類故障，應選用產(chǎn)品質(zhì)量好的電子元器件，使用前應嚴格篩選，進行老化，在電路中降低額定值使用。二、產(chǎn)生故障的主要原因2.安裝布線不當

在安裝中斷線、橋接

(相近導線連在一起造成的短路)、漏線、插錯電子元器件(特別是集成電路芯片的方向容易插錯)、不使用輸入端處理不當

(如CMOS集成電路不使用輸入端懸空)等，都會造成電路故障。二、產(chǎn)生故障的主要原因3.接觸不良

這也是常見容易發(fā)生的故障。如接插件的松動、焊接不良

(如虛焊)、接點氧化等。這類故障的表現(xiàn)為時有時無，帶有一定的偶發(fā)性。減少這類故障的辦法是選用質(zhì)量好的接插件，從工藝上保證焊點質(zhì)量。二、產(chǎn)生故障的主要原因4.工作環(huán)境惡劣

很多數(shù)字設(shè)備都有規(guī)定的使用條件和環(huán)境要求。如溫度、濕度、工作時間等環(huán)境條件不符合要求時，也很難保證設(shè)備能正常工作。此外，如使用環(huán)境的電磁干擾超過允許范圍，將數(shù)字信號傳輸線和強干擾源線捆扎在一起而又沒有采取任何防范措施時，也會造成數(shù)字系統(tǒng)不能正常工作。二、產(chǎn)生故障的主要原因5.超期使用

任何數(shù)字設(shè)備都有一定的使用期限，如果超過這個期限，很多電子元器件都會進入衰老期，故障必然會增加，技術(shù)性能也會下降。但只要注意維護、及時更換零部件和電子元器件等，可以減少故障，延長設(shè)備的使用期限。4.8.2常見邏輯故障一、永久故障1.固定電平故障

這是一種常見故障。它是指某一點的邏輯電平為一固定電平值的故障。例如接地故障，這時故障點的邏輯電平固定在0。又如電路的某一點和電源短路，這時故障點的電平固定在1

。這一類故障在沒有排除以前，故障點的邏輯電平不會恢復到正常值。4.8.2常見邏輯故障一、永久故障2.橋接故障

橋接故障是由兩根或多根信號線相互短路造成的，主要有兩種類型：一種為輸入信號線之間橋接造成的故障，如異或門兩條輸入信號線的橋接會造成失去異或功能；另一種為反饋橋接造成的故障。如輸入線和輸出線間的橋接、兩個獨立電路的輸入線間橋接或兩個獨立電路的輸出線間橋接等造成的故障。這類故障的檢查比固定電平故障困難。但只要細心，這類故障也是不難尋找的。4.8.2常見邏輯故障二、間歇故障

這類故障具有偶發(fā)性的特點。在出現(xiàn)故障的瞬間會造成功能錯誤，故障消失后，電路工作又恢復正常，它的表現(xiàn)形式為故障時有時無。如競爭冒險現(xiàn)象產(chǎn)生的故障、電子元器件的衰老、特性的變化、電磁信號的干擾等都會造成間歇性故障。這類故障的檢查是十分困難的。4.8.3查找故障的常用方法一、直觀檢查法1.例行檢查

這是一種常規(guī)檢查。它主要是檢查設(shè)備的功能是否符合要求、能否正常使用。首先應仔細觀察設(shè)備有沒有被腐蝕、破損、電源熔斷器是否燒斷、導線有無斷線或短路、電子元器件有無變色或脫落，此外還應檢查接插件的松動、電解電容的漏液、焊點的脫落、接地線、電源線及電源插頭是否松勁、脫落等，這些都是查找故障的重點線索。一旦發(fā)現(xiàn)問題，應立即排除。4.8.3查找故障的常用方法一、直觀檢查法2.靜態(tài)檢查

電路通電后應仔細觀察有無異?，F(xiàn)象。如有無因電流過大燒毀電子元器件產(chǎn)生的異味或冒煙等，集成電路芯片、晶體管等外殼有無過熱情況等。切不可用手觸摸電源變壓器一次側(cè)接220V、50Hz的端子，以防觸電。用儀表測試電路邏輯功能是否正常，并詳細記錄檢查的結(jié)果，以供分析故障時使用。靜態(tài)檢查是查找故障的重要步驟，很大一部分故障可在靜態(tài)檢查中發(fā)現(xiàn)并消除。4.8.3查找故障的常用方法二、縮小故障的懷疑區(qū)

一個數(shù)字系統(tǒng)通常由多個子系統(tǒng)或模塊組成，一旦發(fā)生故障往往很難查找，這時首先應根據(jù)故障現(xiàn)象和檢測結(jié)果進行分析、判斷，將懷疑出現(xiàn)故障的子系統(tǒng)或模塊單獨進行檢查。如其輸入信號和控制信號都正常，而輸出信號不正常時，則故障就出在該子系統(tǒng)或模塊內(nèi)，然后再對該子系統(tǒng)或模塊內(nèi)的故障進行檢查。4.8.3查找故障的常用方法三、順序檢查法1.由輸入級向輸出級逐級檢查

采用這個方法檢查通常需在輸入端加入信號，而后沿著信號的流向逐級向輸出級進行檢測，直到發(fā)現(xiàn)故障為止。4.8.3查找故障的常用方法三、順序檢查法2.由輸出級向輸入級逐級檢查

當發(fā)現(xiàn)輸出信號不正常時，這時應從故障級開始逐級向輸入級進行檢測，直到檢測出有正常信號的一級為止，則故障便出在信號由正常變?yōu)椴徽５囊患墶?.8.3查找故障的常用方法三、順序檢查法

左圖所示為具有分支模塊的子系統(tǒng)，A模塊的輸出信號分別供給B、C兩個模塊，這類系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通常由輸入級開始逐級檢查各個模塊的輸出信號。例如模塊A輸出的信號正常，D、E、F端的輸出信號也正常，而G的輸出信號不正常時，則故障就出在模塊C中。4.8.3查找故障的常用方法三、順序檢查法

左圖所示為具有匯合模塊的子系統(tǒng)。D模塊的輸入信號分別由模塊A、B、C提供，這類系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應首先檢查匯合模塊D的輸入信號。如匯合模塊D輸入信號都正常而輸出不正常，則故障出在匯合模塊D內(nèi)。如輸入X、Y的信號正常、而Z

的信號不正常時，則故障出在模塊C內(nèi)。4.8.3查找故障的常用方法三、順序檢查法

對于具有反饋回路的系統(tǒng)，由于反饋回路將部分或全部輸出信號反饋到輸入端形成了閉合回路，這類系統(tǒng)出現(xiàn)的故障可能在系統(tǒng)模塊內(nèi)，也可能在反饋回路內(nèi)。檢查這類故障時，通常將反饋回路斷開，對每一個模塊獨立檢查，以便確定故障模塊，如各模塊工作正常，則故障就出在反饋電路內(nèi)。4.8.3查找故障的常用方法四、對半分隔法

由大量模塊級聯(lián)成的系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，采用對半分隔法檢查故障是最合適的。

上圖為對半分隔法的檢查電路，它由8個模塊級聯(lián)而成，可把它分隔成兩個等分，每個部分由4個模塊組成。通過檢測可判斷出故障在哪一部分，然后再用對半分隔法來檢查有可能出現(xiàn)故障的4個模塊，直到找出故障為止。4.8.3查找故障的常用方法四、對半分隔法

如圖所示電路出現(xiàn)故障時，則應按以下順序檢查故障：(1)檢測模塊4的輸出信號，如輸出為10kHz，則說明故障出在模塊5或8中。

(2)檢測模塊6的輸出信號，如不為100Hz，則說明故障出在模塊5或6中。

(3)檢測模塊5的輸出信號，如為1kHz

﹐說明故障出在模塊6中。這時應對模塊6的電路進行詳細檢查﹐直到找出故障為止。4.8.3查找故障的常用方法五、比較法

這也是查尋故障經(jīng)常用的方法。為了盡快找出故障，常將故障電路主要測試點的電壓波形、電流、電壓等參數(shù)和一個工作正常的相同電路對應測試點的參數(shù)進行對比，從而查出故障。4.8.3查故障的常用方法六、替換法

當懷疑數(shù)字系統(tǒng)某一插件板的電路或元器件有故障時，則可用完全相同的電路插件板或元器件進行替換使用，以判斷被替換的電路插板或元器件是否有故障，從而達到排除故障的目的。如替換后故障消除了，則說明原來的電路插件板或元器件有故障。采用替換法的優(yōu)點是方便易行，在查找故障的同時，故障也排除了。它的缺點是替換上的電路插件板或元器件有可能被損壞。因此使用替換法時應慎重。只有在判斷原電路插件板和元器件確有故障或插件板元器件替換后不會損壞時才可使用此方法。4.8.4故障的排除

當故障找出來后，排除故障是不難的。排除故障的方法是“對癥下藥”。如故障是由電子元器件損壞造成的，最好用同一廠家生產(chǎn)的、同一型號的電子元器件替換，也可用質(zhì)量穩(wěn)定的、同一型號的其他廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品替換。如故障是由導線的斷線，焊點的脫落等原因引起的，則應更換好的導線，焊好脫落的焊點。在故障被排除后，還應檢查修復后的數(shù)字系統(tǒng)是否已完全恢復功能，有沒有帶來一些其他問題。只有完全恢復了原來的功能，并達到規(guī)定的技術(shù)要求，而又沒有帶來其他問題時，才算故障完全排除了。組合邏輯電路是由門電路組成的，沒有記憶電路。它的特點是任一時刻的輸出狀態(tài)只取決于該時刻輸入狀態(tài)的取值組合，與電路原來所處的狀態(tài)無關(guān)。

本章小結(jié)組合邏輯電路的分析。根據(jù)給定的邏輯電路由輸入端向輸出端逐級寫出輸出邏輯表達式，并列出真值表，然后根據(jù)真值表說明邏輯電路的功能。組合邏輯電路的設(shè)計。根據(jù)給定的設(shè)計要求設(shè)定輸入變量和輸出變量，列出真值表并求出輸出最簡與-或表達式，同時變換為要求的輸出邏輯函數(shù)表達式，用最少的門電路實現(xiàn)設(shè)計要求。用中規(guī)模集成組合邏輯電路設(shè)計時，最簡含義是：使用集成芯片數(shù)最少、品種型號最少、芯片之間的連線最少。用邏輯門設(shè)計組合邏輯電路時，最簡的含義是：使用邏輯門數(shù)最少，每個邏輯門輸入端數(shù)最少，沒有竟爭冒險現(xiàn)象。

本章討論的中規(guī)模集成組合邏輯電路主要有編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器和數(shù)值比較器等，學習時應重點掌握其邏輯功能及應用。由于二進制譯碼器74LS138輸出為輸入代碼變量全部最小項的與-非表達式，因此，二進制譯碼器的輸出輔以適當?shù)拈T電路后，可用于實現(xiàn)單輸出或多輸出組合邏輯函數(shù)。這時，應將邏輯函數(shù)變換為最小項與-非表達式，再和譯碼器輸出的表達式進行比較，然后用與-非門進行綜合來實現(xiàn)要求的邏輯函數(shù)。編碼器的功能和譯碼器相反，它是將輸入的電平轉(zhuǎn)換成二進制代碼輸出的電路，目前使用最普遍的是優(yōu)先編