数字逻辑信号测试器的设计

2012~ 2013 学年第二学期

《模拟电子技术基础》课程设计报告

题目：数字逻辑信号测试器的设计

专业：电子信息工程

班级：

组成员：

指导教师：

电气工程学院

2013年6月5 日

任务书

课题名称数字逻辑信号测试器的设计

指导教师（职称）倪琳

执行时间2012 — 2013 学年第二学期第 15 周学生姓名学号承担任务

音响信号产生电路

音响信号产生电路

音响信号产生电路

输入信号识别电路

输入信号识别电路

输入信号识别电路及仿真

音响驱动电路及仿真

音响驱动电路及仿真

音响驱动电路及仿真

设计目的1、学习数字逻辑电平测试仪电路的设计方法；

2、研究数字逻辑电平测试仪电路的设计方案。

设计要求

1、技术指标：测试高电平、低电平，发出不同的声响。测量范围：低电平＜0.8V, 高电平＞3.5V ，高低电平分别用1KHZ和800HZ的声响表示；被测信号在0.8～3.5v之间不发声；工作电源为5V ,输入阻抗大于20KΩ。

2、设计基本要求

（1）设计一个数字逻辑电平测试仪电路；

（2）拟定设计步骤；

（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；

（4）运用仿真软件绘制设计电路图；

（5）撰写设计报告。

数字逻辑电平测试仪设计

摘要

在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表和示波器对电路中的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障的原因。使用这些仪器能较准确的测出被测点信号的电平的高低和被测电平的周期，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。本文介绍了一个逻辑信号电平测试器，它可以方便快捷的测量某一点的电位的高低，通过声音的有无和声音的频率来判定被测电位的电平范围，从而能解决平常对电路中某点的逻辑电平进行测试其高低电平时，采用很不方便的万用表或示波器等仪器仪表的麻烦。该测试器采用运算放大器作电压比较器进行电平判断，根据电平高低使音响电路产生不同频率方波驱动扬声器，使扬声器有相应不同的声调输出提示。从而达到了测试效果。

关键词放大器；逻辑信号；电平测试；高电平；低电平

目录

一、设计框图及整机概述 (1)

1、原理框图 (1)

2、对原理框图的描述： (1)

（1）、方案论证 (1)

（2）、步骤 (1)

二、各单元电路的设计方案及原理说明 (2)

1、输入及逻辑信号识别电路 (2)

2、音响信号产生电路 (3)

3、音响驱动电路 (5)

4、参数计算、元器件选择 (5)

（1）参数计算 (5)

（2）元器件选择 (6)

5、整合电路图 (7)

三、仿真调试过程及结果分析 (8)

四、设计、调试中的体会 (15)

五、对本次课程设计的意见及建议 (16)

六、参考资料 (17)

七、附录 (18)

1、附录1 (18)

2、元器件清单 (18)

八、答辩记录及评分表 (19)

数字逻辑电平测试仪设计

一、设计框图及整机概述

为了方便进行对某点的电平测试，设计一个逻辑信号测试器。在数字电路测试、调试和检修时，经常要对电路中某点的逻辑电平进行测试，采用万用表或示波器等仪器仪表很不方便，而采用逻辑信号电平测试器可以通过声音来表示被测信号的逻辑状态，使用简单方便。电路由输入电路、逻辑状态识别电路和音响信号产生电路等组成。输入的逻辑信号电平大于或小于所设定的高低电平电位，则音响发声，如若在高低电平之间，则音响不发声。利用这种方式设计电路，计算元器件参数，选择成本合适的器件，确定电路形式并进行仿真实验验证。

1、原理框图

图1 逻辑信号测试器的原理框图

2、对原理框图的描述：

（1）、方案论证

如图1，逻辑信号测试器由三部分电路组成，分别是输入电路、逻辑信号识别电路和音响产生电路。输入一个逻辑信号，其电平值高于3.5V或低于0.8V音响发声，在0.8V和3.5V 之间音响不发声，再观察输出Vo是否符合标准。

（2）、步骤

1）输入电压Vcc=5V。通过电阻分压得到高低两电平。

2）输入一个逻辑信号，比较两个运算放大器同相端与反相端电压的高低。若同相端电压高于反相端，则输出电压为5V；若反相端电压高于同相端，则输出电压为0V。

3）两个输出电压再通过一个窗口比较器，若两个输出电压均为低电平，则输出Vo一直保持高电平，输出为一条直线；若一个高电平、一个低电平就会相应的在输出端形成矩形脉冲信号。

二、各单元电路的设计方案及原理说明

1、输入及逻辑信号识别电路

如图2所示，Vi是输入的被测逻辑电平信号，输入电路是由电阻R1和R2组成，其作用是保证输入端悬空时，Vi既不是高电平，也不是低电平。U1和U2组成的窗口比较器对输入信号进行检测识别，U1的反相端为高电平值电位参考端，其电压值由电阻R3和R4分压后获得，记为V

H

。同理，U2的同相端为低电平值电位参考端，其值由R5和R6分压决定，

记为V

L

。

比较器的同相输入端高于反相输入端电压时，比较器输出为高电平（5V），反之，则比

较器输出为低电平（0V）。在保证V

H >V

L

的条件下，输入、输出状态有以下关系：

见表1

表1 输入、输出状态关系

输入U1（V

A ）U2（V

B

）

Vi

L

H

低高

V L

H

低低

Vi>V

H >V

L

高低

通过分析比较器的输出状态，就能够判断输入逻辑信号电平的高低。被测逻辑电平信号高于高电位、低于低电位时音响发声；在高、低电位之间音响