逻辑信号电平测试器

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1、目录1.概述1.1逻辑信号电平测试器的设计目的1.2课程设计的组成部分2.逻辑信号电平测试器的设计内容2.1输入和逻辑判断电路设计2.2音响产生电路设计2.3扬声器驱动电路设计2.4元器件选择2.5总电路设计3.总结3.1所遇到的问题及解决办法3.2收获及体会3.3参考文献及资料4.教师评语5.成绩1.概述本文介绍一种用于数字电路逻辑信号电平测试的测试器电路设计。这种逻辑信号电平测试器用来对遥控系统中的数字信号电平的高低和脉冲信号的有无进行准确的检测。在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要用万用表和示波器

2、对电路中的故障部位的高地电平进行测量，以便分析故障原因。使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高地和被测信号的周期，但是使用者必须一方面用眼睛看着万用表的表盘或示波器的屏幕，另一方面还要寻找测试点，因此使用起来很不方便。本次设计的仪器采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同声调的声音表示，使用者无须分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。1.1逻辑信号电平测试器的设计目的（1）学习逻辑判断电路的设计方法（2）研究逻辑判断电路的设计方案（3）掌握逻辑判断电路的原理和使用方法1.2课程设计的

3、组成部分1.2.1电路组成及工作原理图1.2.1为测试器的原理框图。由图可以看出电路由五部分组成：输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。图1.2.1测试器原理框图1.2.2各部分电路组成（1）输入电路及逻辑判断电路图1.2.2（1）为测试器的输入和逻辑判断电路原理图。以A1和A2的输出电压均为低电平。当U1大于UH时，A1输出端UA为高电平，A2输出端UB为低电平。通过改变R3和R4的比例图2-2中U1是被测信号。A1和A2为两个运算放大器。可以看出A1和A2分别与它们外围电路组成两个电压比

4、较器。A2的同相端电压为0.8V左右(D1和D2分别为硅和锗二极管)，A1的反相端电压UH由R3和R4的分压决定。图1.2.2（1）输入和逻辑判断电路当被测电压U1小于0.8V时，A1反相端电压大于同相端电压，使A1输出端UA为低电平(0V)。A2反相端电压小于同相端电压，使它输出端UB为高电平(5V)。当U1在0.8V-UH之间时，A1同相端电压小于UH，A2同相端电压也小于反相端电压，所可以控制高电平的范围，而通过改变运算放大器A2同相端电压，可以控制低电平，图中的二极管可以是分压电阻，所以经过分压电阻

5、的调整，该逻辑电平测试器可以测量不同的标准电平。1.2.2（2）音调产生电路图1.2.2（2）为音调产生电路原理图。电路主要由两个运算放大器A3和A4组成。图1.2.2（2）音调产生电路单元电路下面分三种情况说明电路的工作原理。1）当UA=UB=0V(低电平)时。此时由于A和B两点全为低电平，所以二极管D3和D4截止。因A4的反相输入端电压为3.5V，同相端输入电压为电容C2两端的电压UC2，由于时一个随时间按指数规律变化的电压，所以A4输出电压不确定，但这个电压肯定的是大于或等于0V，因此二极管D5也是截

6、止的。由于D3，D4和D5均处于截止状态，电容C1没有充电回路，UC1将保持0V的电压不变，使A3输出为高电平。2）当UA=5V，UB=0V时此时二极管D3导通，电容C1通过R6充电，UC1按指数规律逐渐升高，由于A3同相输入端电压为3.5V，所以在UC1达到3.5V之前，A3输出端电压为5V，C2通过R9充电。从图2-3可以看出C1的充电时间常数ι1=C1*R6，C2的充电时间常数ι2=C2(R9+rO3)，其中rO3为A3的输出电阻。假设ι1>ι2，则在C1和C2充电时，当UC1达到3.5V时，UC2已

7、接近稳态时5V。因此在UC1升高到3.5V后，A3同相端电压小于反相端电压，A3输出电压由5V跳变为0V,使C2通过R9和rO3放电，UC2由5V逐渐降低。当UC2降到小于A4反相端电压(3.5V)时，A4输出端电压跳变为0V，二极管D5导通，C1通过D5和A4的输出电阻放电。因为A4输出电阻很小，所以UC1将迅速降到0V左右，这导致A3反相端电压小于同相端电压，A3的输出电压又跳变为5V，C1再一次充电，如此周而复始，就会在A3输出端形成矩形脉冲信号。UC1、UC2和UO的波形如图1.2.2（3）所示。4

8、VtuC1uC24V5Vtt2t1u0t图1.2.2（3）UC1、UC2和UO的波形由图1.2.2（3）可以看出A3的输出电压UO的周期T=t1+t2(1.2.2-1)根据一阶电路的响应特点可知，在t1期间电容C1充电，UC1(t)=5(1-e)=3.5V，在t2期间电容C2放电，UC2(t)=5e=3.5V。根据UC1(t)和UC2(t)的表达式可以分别求出：t1=-≈1.2(1.2.2-2)t2=-≈0.36