逻辑信号测试仪设计和实现

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1、逻辑信号测试仪设计和实现　　摘要：采用中小规模集成电路，设计并实现了一种逻辑信号测试仪。该测试仪不仅能区分逻辑电平的三种状态：高电平、低电平、高阻，而且还能区分脉冲信号及其频率的数量级。测试仪的电源电压范围宽（3～18V），适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试，具有实现容易、操作简单、功能可靠、价格低廉、实用性强等优点。关键词：测试仪；逻辑信号；电路设计DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.3.014引言在数字电路的调试和检修时，常常要对电路中某点的逻辑信号进行测试，采用万用表或

2、示波器等仪器仪表很不方便，而采用逻辑信号测试仪通过几个发光二极管就可以指示被测信号的逻辑状态及脉冲信号的频率范围，使用简单方便，给数字电路实验和电路设计开发带来便利[1]。本文采用中小规模集成电路设计并实现了一种逻辑信号测试仪，不仅能区分逻辑电平的状态和脉冲信号频率的数量级，而且适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试。如果将电路安装成逻辑测试笔，使用就更为方便[2]。设计与实现功能设计5逻辑信号测试仪主要包括逻辑信号状态的区分和脉冲信号频率的区分两部分功能。其中逻辑信号状态的区分主要通过双电压比较器电路实现，而

3、脉冲信号频率的区分可利用数字频率计的原理实现。由于逻辑信号测试仪的电源来自被测电路，为满足各种类型的数字电路逻辑信号的测试，故所用芯片必须是能单电源供电且电源范围较宽的模拟电路芯片和CMOS类的数字集成电路芯片。逻辑信号状态的区分为实现逻辑信号状态的区分，可用运算放大器（如LM358）或电压比较器（如LM393）实现一个双限电压比较器进行区分，其关键在于参考电压的设定，电路如图1所示。本设计为了适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试，仅对逻辑电平作了简单区分，设定为：被测信号如果小于0.2VCC则为低电平（LE

4、D2亮）；如果大于0.4VCC则为高电平（LED1亮）；如果介于两者之间则为高阻态（两个发光二极管都不亮）；如果时大时小交替的则为脉冲信号（两个发光二极管常亮或交替亮）。其中Vi为被测信号输入端，R1、R2和D1、D2起到了输入端静电防护功能，R3、R4保证了在输入端悬空时显示为高阻态。如需严格适应TTL和CMOS等各种类型集成电路的逻辑电平的测试，应根据各种类型数字电路的逻辑电平特点，严格设定各自的参考电压，并将其参考电压设定支路区分开来，用开关电路进行切换。5脉冲信号频率的区分当被测信号被判定为脉冲信号时，

5、还需进一步区分脉冲信号的频率，可利用数字频率计的基本原理实现[3]。用中小规模集成电路实现数字频率计的原理框图如图2所示。若仅对脉冲信号区分频率的数量级，电路更加简单，既不需要整修放大，又不需要锁存和译码显示，而只需在计数电路输出端的相应数量级上接一个发光二极管体现其频率数量级即可。其中闸门电路计时电路为了计数方便，计时信号的正频宽应约为1s，而负频宽应较窄。由555时基电路实现的计时电路如图3所示。其中，Rw用于精确调试闸门的开启时间。计数电路为了使逻辑信号测试仪能区分Hz、kHz、MHz等数量级的脉冲信号，

6、而计时信号的正频宽约为1s，故计数电路至少为106进制计数器。实现时，为了简化电路可用两片CD4020（14位同步二进制计数器）实现，如图3所示。其中，R和Z都为闸门电路的输出信号，且应满足：当计时信号为低电平时，计数器被清零。区分方法为：当被测脉冲信号为H5z级（约1kHz，但1MHz）时，LED3常亮，而LED4闪动或常亮。而且，如果要对被测脉冲信号区分得更细些，仅需在CD4020的不同输出端加上发光二极管指示电路即可。闸门电路闸门电路确保仅在计时信号为高电平时（即计时时间内），闸门开启，被测脉冲信号能传递

7、给计数电路，而在低电平时，闸门关闭，且应使计数器清零。因此，可由“与非门”或“与门”电路实现。而CD4020的清零端为高电平有效，故本设计中采用CD4011（四2输入与非门）实现，如图5所示。其中，M为图1中被测信号经过静电防护电路后的信号。结论实践表明，所设计的逻辑信号测试仪不仅能准确指示逻辑信号的状态，区分脉冲信号频率的数量级，而且适用于各种类型的数字电路逻辑信号的测试。逻辑信号测试仪是目前数字电路测试中使用最为广泛的一种工具。本设计采用中小规模集成电路实现了功能较为全面的逻辑信号测试仪，具有实现容易、操作

8、简单、功能可靠、价格低廉、实用性强等优点[4]。该设计方法对电子电路设计具有一定的指导意义。参考文献：[1]孙建设，王程有.改进型逻辑电平三态指示器[J].仪表技术与传感器，2005，4，（4）：41-42[2]5刘之义，刘卫强.一种简单实用的三态指示电路[J].河北工业科技，2001，18，（1）：30-32[3]岳玉霞.数字频率计[J].电子制作，2006，（3）：45-47[4]