学术论坛 １ 数字技术 镶 探究数字电路故障检测与诊断 王向丽朱慧妍 （平项山市工业学校河南平顸山４６７００１） 摘要：就目前情况来看，我国的数字电路在生产和开发过程中，经常疏忽对数字电路故障的检测，并且准确诊断故障的能力不足，在效率方面来说也 普遍很低。本文主要分析数字电路故障产生的原因，介绍了数字电路及其故障的特点，以及数字电路故障检测与诊断的现状，最后就如何提高数字电路 故障检测与诊断技术提出了相应的建议。 关键词：数字电路故障检测与诊断原因现状对策 中图分类号：ＴＮ７９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１３）１ １－０２１４．０２ ２ｌ世纪的今天，随着全球经济一体化格局的形成，经济技术迅 速发展，以数字技术为主导的高科技产品层出不穷，并且已渗透到 我们生活的各个方面，遍布于每一个角落。然而，在我们的生活如此 数字技术的当下，电子工程技术人员在设计、安装、维修、调试数字 电路的过程中或多或少都会遇到各种事故。因此，掌握正确的数字 电路故障检测与诊断方法对于保障数字电路的有效开发与生产是 极为重要的。 １数字电路故障产生的原因 １．１电路元器件的老化 无论什么东西在使用的过程中因为摩擦等一些原因，在一定程 度上都说到了损坏，对于电路元器件来说尤其如此。因为电路元器 件大都是金属材质，在长期不断使用的过程中，就会导致部分元器 件老化和参数性能下降，除此之外，有的电路元器件也会在遇到高 温或极冷的天气状况下改变参数值。 １．２电路元器件接触不良 由电路元器件接触不良导致的数字电路故障是最常见的原因。 在日常生活中，可能会因为使用不当或者保管不善，破坏电器外壳 使得电路元件暴露在空气中或者一不下心使电器进水等情况发生， 那么电器内部的焊点就会被氧化，以至于导致电路板故障的发生。 １．３电路设备工作环境不健全 每一样设备的顺利使用都是有一定的条件的，但是并不是所有 设备都能够在健全的工作环境中，所以，一旦工作环境达不到电路 设备的要求时，例如，温度、适度、电子磁场等改变，数字电路就会发 生故障，那么设备也就无法实现正常工作了。 １．４电路元件过了使用期 电路元器件都是有保质期的，只有在规定的年限内使用才能发 挥它功效。如果过了使用期限，电路元器件就会负荷不了，就会出现 元器件老化、性能指标降低等现象。所以说电器元件使用过程超出 期限，设备的故障发生率就会增加。 ２数字电路及其故障的特点 所谓的数字信号是在时间上和数值上都离散的信号，而数字电 路就是用来处理和变￣Ｊｃ：Ｎ些离散信号的电路。它的工作原理主要就 是利用两个状态的元器件来表示离散信号，看似很复杂，其实它的 基本电路单元十分的简单。在数字电路中的每一个元器件的参数值 都有较大的差异性，所以绝对不会出现电压不高不低的电平，除了 三态门之外，输出的要么是高电平要么就是低电平。所有对高电平 和对低电平的区分了解能够我们更好的了解数字电路的特征。 如果把数字电路按照逻辑功能来划分，可以分为时序逻辑电路 和组合逻辑电路两种。从功能上来说，时序逻辑电路它是由具有储 存功能的触发器所组成的电路来进行记忆和表达功能，但是关键得 是储存电路的输出状态必须反映到输出端上，并且要与输出端共同 作用才能决定时序电路的输出。另一个组合逻辑电路顾名思义就是 由各种电路组合而成。不过组合逻辑电路在输出时，都是有那个时 刻输入的信号来决定的，它与原电路的输出状态并没有直接的关 系。 在数字电路的检测和诊断过程中一定要按照它所规定的顺序 来想电路施加测试，并挨个观察数字电路的反应状态，看其是否正 常。之所以要这样一步步仔细的检测那是因为数字电路的测试对象 实在是多了，电路的输入、输出变量甚者有时候可以达到上百个，而 且每一个都有可能出现偏差，如不逐一检测很难找到问题所在。此 外，数字电路它还存在一定得物理缺陷，构成集成电路的门和记忆 元件是封存在芯片里面的，以至于无法直接观察电路输人、输出的 波形以及很难检测它们的逻辑电平，所以也就没办法快速查出数字 电路的故障之所在。因此，研究出简单可行的测试电路故障的方法 迫在眉睫，需要大家的共同努力。当然，也只有当数字电路故障检测 方法解决之后，数字电路才能得到更好的应用。 ３数字电路故障检测与诊断方法的现状 ３．１直接观察检测诊断法 直接检查法就是通过直接的观察来推断电路大致在那个部分 出现了问题 这种方法相对于比较适合有一定经验的电路维修员， 他们通过询问顾客电路故障发生时出现了哪些现象来判断发生电 路故障的大致原因，这样既方便有简洁，省去了中间的很多过程，为 客户和自己都节省了时间，是一举两得的好事。例如，电视机突然不 亮了，我们在检测之前应该首先观察一下外观是否破损，用手感觉 一下外壳温度是否过高，其次看插头是否断开或与插班接触不良， 然后用鼻子问一下电视机有没有异味等等，通过用这些直观的方法 来判断电视机大概是哪一个部位出了问题啊，最后着手检测。虽然 这种方法比较快速，但对于经验不足的电路维修员来说，还是不要 贸然使用，否则可能是既浪费了时间也还是没有找到电路故障发生 的原因，得不偿失。 ３．２顺序检测诊断法 现在应用于数字电路故障检测的数字检测法一般分为两种。一 种是在输入端加上信号，从输入级开始向输出级检测，当信号中断 或者是出现异常时也就找到了数字电路的故障所在地。第二种方法 是在输入级到输出级的过程中加上信号，一旦出现信号不对的情 况，就立马停下，然后以此为据点想下一级进行电路故障检测。虽然 这种数字电路检测方法准确性比较高，但是需要花很长时间。在现 在全球经济高速运转的是时刻，这种低效率的工作方法已经逐渐不 适应时代的发展要求了，在某种程度上是可以被淘汰的，但是，前提 条件就是我们必须尽快找到一种更好的电路故障检测方法来代替 它。否则，还是得用顺序检测法。 ３．３比较检测诊断法 在检查数字电路故障时，比较法其实也是一种比较常用的检测 方法。一般要想快速的检测出数字电路哪里出现问题，经常就会对 电路的各个关键点进行测试，得出具体的参数值，然后找来同样的 完好无损、能够正常运转的电器，也测出每一个关键点的参数值，最 后将两组数值进行比较，参数值不一样的那个地方就是数字电路出 现故障的地方。不过，能够这样很快就检查出问题所在的情况并不 多，大多数电路故障地方都在比较细小的地方。因为，在数字电路器 材生产过程中，厂商一般都会针对电路板比较薄弱的地方多做几道 加工程序，确保质量安全，而那些人们认为不会发生故障的地方就 没有多注意，所以往往电路发生的故障并不在电路板的关键点上。 因此，比较检查法还算不上市完美的检测方法，依然有它的缺陷存 势 １ 在。 ｌ藏字技术 学术论坛 检测与诊断效率的好方法。 ３．４替代检测诊断法 有时候电路比较复杂，可能当我们试了各种方法还没有找到故 障时，我们就应该想到用替代法来检查数字电路故障。所谓的替代 检测法就是将数字电路中的电子元件用同等型号的电路元件来替 换掉，不过质量一定要比元件好一些，否则质量太差的话还是无法 检测出电路故障在哪里。当高质量的电路元件安装到元电路板中， 合上电源，看电路板是否能够正常运转。若能正常运转则证明是元 电路元件有问题，若不能，则证明原电路元件没有问题。若是前者， 数字电路故障检测就能很快完成，但若是后者的话，就还需要再次 进行检查与诊断。总之，替代检测在某种程度上也是比较麻烦和费 时的。 ４．３波形检测诊断法 波形检测诊断法对电路故障检测与诊断人员的专业素质要求 比较高，要具备较高的电路维修理论知识，同时还要会使用示波器， 这两个条件缺一不可。其实，我们所说的波形检测诊断法就是通过 使用示波器对电路板的各级输出波形进行检查，观察它所输出的波 形是否是正常的，以此来检测诊断出电路故障。目前，这种波形检测 诊断法被广泛的应用于脉冲电路中，准确性高、安全系数高、效率也 很高，是提高数字电路检测与诊断效率的完美对策。 ５结语 在当今科学技术腾飞的年代，数字电路已经取得了飞速发展， 为了能够更好的将数字电路应用到现代电路中，提高数字电路检测 与诊断技能、效率尤为重要。对于可能出现或者是已经出现的电路 故障要能够及时预防与解决。因此，我们要不断完善数字电路检测 与诊断技术，使之能够更好的适应时代的发展要求，为我们的生活 提供更加便捷的服务。总之，本文主要是希望通过论述数字电路故 障产生的原因、分析数字电路及其故障的特点、介绍目前我国对数 字电路检测与诊断所采取的方法以及建议来给现在正身处数字电 路的工作者一些帮助。 ４提高数字电路故障检测与诊断效率的对策 ４．１分块测试诊断法 当我们无法通过直接观察检测法检测出数字电路故障时，用分 块检测法是最好的检测办法之一。当我们对某种电路板进行检查时 对其电路结构、功能等要有一个事先的了解，根据实际情况，看怎 样组合比较简单，然后就将电路分成若干个独立的电路，分别进行 通电进行测试，观察测试结果找出有故障的那一部分电路，最后采 取相应的措施准确找到数字电路故障点，诊断其原因，“对症下药”， 参考文献 解决问题。像这种分块测试方法过程比较简单，针对性也强，它能够 ［１］张兰，徐红兵．一种新的数字电路故障定位算法研究［Ｊ］．电子科技 有效的提高数字电路故障检测与诊断效率，更适合于比较复杂的数 大学学报，２００９． 字电路故障检测与诊断中。 ［２］郭希维，苏群星。谷宏强．数字电视测试中的关键技术研究［Ｊ］．科学 ４．２电阻检测诊断法 技术与工程，２００８． 在日常生活中，当我们看到某种电器冒烟儿或者散发异味时， ［３］朱大奇，电子设备故障诊断原理与实践［Ｍ］．电子工业出版社，２００８ 首先要做的就是切断电源，避免事故范围扩大。然后就是要检查电 年９月． 路是否有短路现象，那么这个时候就需要用到电阻检测诊断法。电 ［４］孙春辉，浅谈数字电路故障检测方法与技巧［ ］．技术开发，２０１０年 阻检测诊断法它的作用就是能够检测诊断出数字电路底板内部和 ５月第３期． 电路连接线之间是否是接触不良或短路等情况，操作过程简单，就 ［５］吕俊霞。数字电路故障的基本检测技术［Ｈ］．检测与制作，２００９年 算不是专业电路维修员也能够很好的掌握与应用。在碰到类似的事 １ １月第９期． 情时不至于惊慌失措，即使不花钱找专业维修人员自己就能够轻松 ［６］周治杰，胡昌华．一种数字电路故障诊断方法的研究及实现［Ｊ］．测 搞定。所以电阻检测诊断法实用性比较强，适用人群比较广，在数字 试技术学报，２０１１年第１ ７卷第１期． 电路故障检测与诊断上效果比较明显与突出，是提高数字电路故障 ，……上接第２ｌ ３页 暂留特性。所以当需要点亮一个发光二极管的时候是不需要一直给 它供电的。这也是用发光二极管作为电器设备工作状态指示灯的原 因。在这一点上仿真结果与实践不相符合的。所以用仿真来检验设 计工作的正确与否也只是某种程度上的检测。一种设计是否正确， 归根结底还是要靠实验来检验。 ． 除了上述用仿真软件来代替实验的，还有另外一种情况：利用 某些软件编程创建虚拟实验室来代替真实的实验室。基于上述思想 的有以下种情况：（Ｉ）：采用电子工作台（ＥＷＢ）和计算机网络来实现 虚拟电工技术实验室，完成电工技术仿真实验。应用组件技术、编程 语言ＶＢ和Ａｃｃｅｓｓ￣据库构建了实验室管理系统【５ｌ。采用这种方式 建立的虚拟实验室底层仍然是ＥＷＢ，只要ＥＷＢ软件存在不足，仿真 的效果就不会好，不幸的是ＥＷＢ仿真的效果是不尽人意的。（２）在 ＬＡＢＶｌＥＷ基础上，利用ＳＳＨ架构搭建远程虚拟实验室。在实验过程 中，只需通过访问ＷＥＢ服务器来做相关实验［甸。用户可用数据采集卡 采集数据，然后将数据发到远程服务器上的虚拟仪器，通过网络下 载处理的结果。这种利用ＬＡＢＶ／ＥＷ来制作虚拟仪器的方法是可行 的，而且是值得大力推广的，它为虚拟实验指明了方向，而且比时下 流行的电工电子学仿真软件前进了一步，不足之处就在于它只提供 仪器，不提供元器件。（３）以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络 连接起来，以实现数据采集，分析，远程操作 如果实验者能通过网 络操作硬件的话，比如说修改一下电路的接线。如果能做到这一点 的话，这种方法无疑有着巨大的开发价值。（４）使用虚拟现实技术创 建虚拟实验室［８】。虚拟现实技术有高度的沉浸感可信度和交互性。 它的目标就是要让使用者相信，他或她正处在计算机所生成的环境 中，而不是一个外部观察者。虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环 境，使得实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项 目。以这种方式来开展虚拟实验的前景最诱人的，当然了它前面要 走的路可能也是最长的。 综上：高校实验室的建设是一个漫长的过程，其发展可能不会 帆风顺，随着计算机技术和网络技术及虚拟现实技术的发展，实 验室的建设可能会发生质的变化，尽管前面要走的路可能会很长。 一参考文献 ［１］关于构建高校实验室开放共享平台体系的研究，《中国轻工教 育 王帆，刘雁红，原凤英，张千千，张炜，２Ｏ１ ０．３． ［２］浅谈高校实验室成为隐性知识的转化与传播，《实验室科学 高 智琛，第１ ５卷第６期，２０１ ２年１２月． ［３］电子仿真软件在教学中运用的意义。《安徽电子信息职业技术学 院学报 曹光跃，２００６年第２期，第５卷２００６年４月． ［４］浅谈电工电子学仿真软件弊端，《数字技术与应用 郭维家，李 书杰，高赫鑫，赵伟，第１Ｏ期，２０１ ３年ｌ ０月． ［５］基于网络和ＥＷＢ技术开发电工学仿真实验室，２０１ １ Ａｃａｄｅｍｉｃ ａｎｄ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｓｅｍｉｎａｒ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈｅｒ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（２０１ ｌ ＳＥＨＶＥ）。覃如贤．２Ｏｌ １． ［６］ＬａｂＶＩＥＷ下远程虚拟实验室的研究与实现，《太原理工大学学 报 李海芳，张民，陈俊杰，陈文彬，第４ｌ卷第２期，２０ｌ０年３月． ［７］虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景，《实验技术与管理 宋象军，ｖｏ１．２２ Ｎｏ．１ ２００５． ［８］开展虚拟实验系统的研究和应用，《计算机工程与科学 汪诗 林，吴泉源，第２２卷第２期。２０００年． ⑧