电路设计的优化修改

1.查找真因

根据问题故障现象，查找真因。一般有以下几种方法。

①电压测量法，一般用于工作点电压检测。

②电阻测量法，要在断电的情况下使用，一般用于判断开路或短路。

③电流测量法，需要断开测量回路，串联在待测回路中。可判断回路是否有短路或局部短路；也可判断回路的工作状态是否偏离。

④正向信号检测法，可根据方框图，沿信号的产生、转换、输出流向逐段测量，需使用电压表或示波器等设备。

⑤反向信号检测法，根据方框图逆向检测信号。

针对问题1，采用逆向信号检测法，步骤如下。

（1）在停止状态下（将转向开关、闪烁开关均处于“停止”位置），点亮的LED为L2／／L4，M2／M4／M6，R2／／R4。查找相关电路原理图，如图4.4所示。

图4.4　显示驱动相关电路

（2）用万用表测量，发现VT3，VT4，VT5的集电极电压均为0 V（电压测量法）。

（3）断电后测量VT3、VT4、VT5的集电极到地电阻，未发现短路（电阻测量法），排除元器件损坏、焊接短路。

（4）思考：VT3、VT4、VT5的集电极电压均为0 V→装配焊接正确（无短路）→器件未损坏→应当是控制信号异常所致。

（5）测量L′、R′、M2这3个信号，发现为异常（在停止状态，长期为高电平）。

（6）根据逻辑转换电路任务，方框图如图4.5所示。

（7）信号M2的异常与L′／R′相关，解决了L′／R′的异常也就解决了M2的问题。

（8）继续逆向查找L、R信号，L、R都是无信号（电压为0 V），根据设计时要求在“停止”状态无信号是正常的。

图4.5　任务3——逻辑转换电路任务方框图

（9）分析《样机评估报告》中其他问题的原因同属于L′／R′信号不正常引起的。

（10）思考：为何L、R是正常的，而L′／R′是不正常的呢？

（11）引起故障问题的原因分析。设计时，“当L或R为无信号”，理论上“L′／R′也应当为无信号”，而在实际电路中如果“L或R为无信号”的表现为低电平，由于非门电路的特性决定了L′／R′肯定为高电平，也就是说，此时的L′／R′为有信号输出。这是问题的根源所在。

原因：逻辑转换电路（非门电路），在输入为无信号时，输出为有信号。应在通道选中时实行非门功能，未选中时，输入输出同时为低电平（同时为无信号状态）。

针对Left路信号的非门电路的功能表应当修正为表4.7。

表4.7　Left路信号功能表修改

针对Right路信号的非门电路的功能表应当修正为表4.8。

表4.8　Right路信号功能表修改(www.xing528.com)

这是当初设计时考虑不全面引起的，是属于设计原因，故必须进行设计修改。

2.电路设计修改

图4.6为原先设计的信号选择任务、逻辑转换任务的电路图。

寻找永久解决措施的思路，具体如下。

（1）VT1、VT2所形成的非门上挂电阻、接到VCC是造成非门在未选中的通道时有信号输出的根本原因，所以这两个电阻不能直接接VCC。

（2）方案一：设计一个使能端，通道选中时，对应的非门输出端正常工作，未被选中时，将非门输出端拉到地（输出低电平）。

（3）方案二：设计一个电路，通道选中时，对应的非门上挂电阻就接上电源，未选中时断开电源。

图4.6　原任务3——逻辑转换电路之电路原理图

（4）HC4052是双通道4选1电子模拟开关，目前只使用了一个X通道进行信号分配。还有一个Y通道未被使用。

（5）选择方案二，使用HC4052的Y通道，来实现通道选中时VCC电源与对应的非门上挂电阻相连接。未被选中时则对应非门上挂电阻与VCC电源断开。

（6）修改方框图，首先断开12V电源直接加到逻辑转换电路任务，如图4.7所示。

（7）设计修改后的方框图添加了U2（HC4052）的Y通道，选择12 V电源切换到VT1／VT2组成的非门上挂电阻R8／R12，如图4.8所示。

（8）设计修改后的信号选择任务、逻辑转换电路任务的电路原理如图4.9所示，图中U2的Y通道的公共端口（PIN3）是通过一个电阻R6（1 kΩ）连接到12 V电源的，目的是避免直接接12 V可能会引起IC的损坏。另外，图中在Y1／Y2端口都添加了一个落地电阻，确保在没有被选中的时候，Y1／Y2的输出为低电平。

（9）修改后的原理分析，如图4.10所示。

当工作在“左转显示”状态下，L信号通道选通时，同时Y2被选通到Y，此时电源流经的回路为：VCC→R6→U2.3→U2.2→R8，此时L→L′（非门）电路正常工作。

如果选中其他通道，如“闪烁显示”工作状态，电子模拟开关：Y与Y0连通，Y2端口处于断开状态，此时R8上端无电压，L′就能输出低电平。所以，该电路被选通时，能实现正常的“非”电路功能，在未被选中时，输出为低电平。实现了真正的“无信号输入时，无信号输出”。同理，R→R′（非门）电路也是这样的工作原理，读者可以自行分析。

图4.7　原任务3——逻辑转换电路的方框图

图4.8　修改后的任务3——逻辑转换电路的方框图

图4.9　修改后的任务3——逻辑转换电路的电路原理图

图4.10　修改后的任务3——逻辑转换电路的原理分析图

修改后的逻辑功能如表4.9所示。

表4.9　修改后的“非门”逻辑功能表