记忆门（之二）

记忆门（之二）

四、专用数据处理器——移位寄存器
   以图1电路实例加以说明。

图1 中达VFD-B型变频器操作显示面板电路
中达VFD-B型变频器操作显示面板电路，为六线式被动型显示面板电路：BJ1通讯端子共有六线，即+5V、GND供电二线、三线主板MCU输入串行数据信号、一线返回按键信息。处理主板MCU来的三线信号和处理键信息，均由8位移位寄存器芯片来完成。由于芯片是用来专门处理显示数据和按键数据的，我在这里姑且称之为专用数据处理器。

图2 74HC165、75HC595芯片引脚及原理框图
  有了图2引脚资料，也许还须再加上时序波形图，再加上内部功能电路图，才能有分析工作原理的条件。也许仍然不够，还须深究对信号的处理细节。移位寄存器芯片属于中规模集成电路，其电路结构较为复杂，这么一通搞下来，费时费力。有简单的办法吗？可由应用电路的构成，倒推芯片所完成的功能。也许换一个路子走，更有效率。
说说我的方法。有了图1，相关电路原理及资料先不管它。先看图，弄明白IC芯片在电路中起到的作用。其中用于处理显示的相关电路部分：
①5组反相器（BU5）为通讯信号传输芯片，其中9、8脚传输的为显示同步时钟（串行脉冲）；1、2、3、4脚两组反相器传输的显示数据（串行脉冲），以上是数码管显示所需的两路输入信号。
   ②BU1、BU3用于串行脉冲的再处理，将串行输入转换为8路并行输出（专门处理数码管显示信息）。配合后续电路分析，BU1输出信号经三极管BQ1~BQ8放大，用于数码管的8段显示驱动；BU3输出信号再经BU2进行功率放大，用于6位（7只发光二极管也算作一位，再加上5位数码显示）数码管驱动。
   据此，本电路是根据由MCU主板来（主板MCU发送）的串行脉冲，被动显示的，若显示88888或-----，或无显示，仅有两个可能：
   ①MCU主板未有串行脉冲（显示数据）送至面板，此故障概率较大；
②BU5、BU1、BU2、BU3等电路异常，此故障概率较小。
先不管芯片好坏，测量BU5相关输入、输出引脚的串行脉冲信号，此处推荐采用示波器测量较为准确，若有一路是存在的，则说明主板MCU已经工作（该两路脉冲是主板MCU已经正常工作的标志）。若两路俱无，则故障检修方向已经明确指向排线端子及主板MCU基本工作条件电路。若脉冲正常，而显示异常，检修方向即指向面板电路。
例如针对74HC595芯片，①只要测知输入11脚串行脉冲（显示时钟）和输入14脚串行脉冲（显示数据）正常，②则其余8个“段驱动”信号输出脚，至少有数个脚应有脉冲电压（如2.5V左右）输出。检测该芯片好坏，仅仅需要两个检测步骤。
其中，若数码管显示少笔划，则故障范围已经缩小至BU1和BQ1~BQ8；若其中某位数码管不显示，则故障范围已经缩小至BU3、BU2。
故障检修本来无须费时费力，真的是一桩很简单的事情。看看行程艰难，但一个转身，即达目的地了。

五、混成电路
无法准确归类于运算放大器或数字电路之中，如NE555时基电路，输入为模拟特性，但输出为开关特性。其它如模拟开关电路、D-A、A-D转换电路等，即处理模拟信号，也处理开关量信号，说是“混成电路”，倒比较准确吧。
1、时基电路NE555
NE555时基电路，为电压比较器和R-S基本触发器的混成电路，可方便地构成单稳态（延时、定时）电路、双稳态（开关）电路及无稳态（振荡）电路。其构成电路之简便和应用之广，素有“万能电路”之称。

图3 NE555时基电路原理框图及引脚功能
  如上图所示，R1、R2、R3对供电Vcc分压，使N1比较器基准端（同相输入端）电压为1/3Vcc，N2基准端（反相输入端）电压为2/3Vcc。芯片5脚为调整端，接入上拉或下拉电阻时，可改变两个基准端电压的高低。两路比较器的输出端与R-S触发器的置位和复位相接，从而决定芯片3脚输出端的电平状态。当芯片2脚（/TR端）输入信号电压低于1/3Vcc时，N1输出端为“0”，R-S触发器被置位，芯片3脚变高电平，（在复位信号未输入之前）并保持；当芯片6脚输入电压高于2/3Vcc时，N2输出端为“1”，R-S触发器被复位（在置位信号未输入之前）并保持。芯片4为优先复位端（低电平有效），不用时可接Vcc。
显然，作为开关电路应用时，只要控制芯片2脚电压低于1/3Vcc，电路处于“开”态（3脚为“1”）；控制芯片6脚高于2/3Vcc，电路即处于“关”态（3脚为“0”），即为开关（双稳态）电路。
作为振荡电路应用时，仅需在2、6、7脚接入定时元件，即可从3脚取得矩形波脉冲，或从2、6脚取得锯齿波脉冲。典型电路如图4所示：

图4 由NE555构成的多谐振荡器及相关波形图
电路原理简述：上电后，Vcc经R1、R2为C1充电，因C1上电压低于1/3Vcc，内部触发器Q端被置1（/Q端为0，放电管V1处于截止状态），此后C1上电压因充电继续升高，在低于2/3Vcc之前，触发器输出端（参见图3）处于保持状态；直至C1充电电压高于2/3Vcc以后，触发器产生复位动作，Q端被置0，7脚放电管V1导通，C1充电电荷经R2泄放，在VC1低于1/3电压之前，触发器输出端处于保持状态。由R1、R2、C2的定时电路和内部V1放电管相配合，在2、6输入端实现了低于1/3Vcc和高于2/3Vcc的电位变化，从而由内部比较器控制触发器交替做出置1和置0动作，完成了自振荡输出。
改变R1、R2、C1值时，可灵活决定输出脉冲占空比和输出频率，其中（R1+R2）C1，决定锯齿波上升沿（矩形波高电平）时间，R2C1决定锯齿波下降沿（矩形波低电平）时间。
C2为当5脚空置时，添加的消噪电容。
由NE555构成的振荡电路检修要点：
①由C1充放、电幅度可知，2、6脚平均直流电压约为Vcc的一半左右，此为起振标志；当因某种故障原因停振时，可知2、6脚直流电压非0即Vcc（停振或故障标志）；
②在脉冲输出状态，3脚不为0V。测量具体直流电压高低，和输出脉冲占空比相关。若输出脉冲占空比接近于50%（R1<<R2）时，3脚测试直流电压应为Vcc的一半左右。
当然，如果测试5脚直流电压，则应等于2/3Vcc。此为内部基准分压电路（含比较器）正常的标志之一。
根据电路结构和信号性质，实际上不难推断出各点波形或直流电压值，由测量得出故障判断，就非常直接和简便了。
2、模拟开关电路
模拟开关，概乎两种：其一，是用电子电路模拟“机械开关”的开关电路，如独立四路双向模拟开关CD4066芯片，其传输信号仍为开、关量电平信号（传输与否受选通端E控制），与可控门的工作原理相仿。此不赘述。
其二，是用电子电路模拟“电位器信号”的开关电路，也为混成电路之一种。电路传输的为模拟量信号。模拟开关起到接通和断开信号的作用，要求有较高的开关速度，在传输模拟信号时又要有良好的线性度，以减小被传输信号的失真。下文针对其二电路，举例说明。
1）电路结构和原理
CD4051芯片，是带禁止端的受二进制（编程）信号控制的8选1模拟开关电路，犹如一刀八掷切换开关，有8个模拟信号输入端，一个模拟信号输出端。

图5  8选1模拟开关CD4051原理框图
INH为“禁止”端，为“1”高电平时，通道处于“断开”状态。当INH=0时：
开关公共端3脚（OUT端）具体与输入脚中的哪个脚接通，即内部等效开关处于何挡，是由A、B、C端输出的二进制码来决定的，见下表（真值表）：

需注意：CD4051有三个电源端，除VDD、VSS供电端外，还增设VEE端，这是出于考虑输入信号幅度及输出电平位移方便而设的。
（1）当VDD接供电+5V（或+15V），将VSS、VEE接供电负端时，该电路可传输0~5V（或0~15V）单极性信号；
（2）当VDD接供电+7.5V，将VSS接供电0V，将VEE接供电-7.5V时，电路可传输±7.5V以内的交变信号。或可采取如±5V的供电电源，则电路可传输±5V的交变信号。
总之，输入信号幅度应选择在供电电源电压范围之内，改变供电电源电压，以适应信号输入幅度。
2）故障判断
a)电路静态
测量A、B、C端电平状态，若为“111”，可知芯片3、4脚内部“开关”接通，两脚电压幅度应相等。此时可人为改变4脚电压值，则3脚应作出相应变化；当人为改变A、B、C端电平状态时，可据此时对应开关接通引脚，测量进行判断。
b)电路动态
依据A、B、C端电平变化状态，可知输出端3脚，应为一可变电压信号。
a)、b)状态据其一，可知芯片好坏。

3、D-A、A-D转换器
（暂停）
数字IC芯片的类型浩如烟海，而实际接触到的，往往又是有限的几种。偶尔碰到不常用的陌生芯片，不妨临时抱佛脚：第一步查资料，第二步掌握引脚功能（及相关电路原理），第三步找到检测方法。

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咸庆信
2018年6月20日