基于Multisim的逻辑电平测试器设计

基于Multisim的逻辑电平测试器设计

一、实验目的及要求：

逻辑电平测试器综合了数字电路和低频电路两门课的知识要求学生自己设计，并在Multisim电子工作平台上进行仿真。培养学生的综合能力，培养学生利用先进工具进行工程设计的能力。

1、理解逻辑电平测试器的工作原理及应用

2、掌握用集成运放和555定时器构建逻辑电平测试的方法。

3、掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标的测试方法。

二、实验基本原理：

电路可以由五部分组成：输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。原理框图如图所示

以上工作原理框图可使用与不同标准的电平的测试，现在以3.5V的电平为例作介绍，高电平为大于3.5V，低电平为小于0.8V。

技术指标要求:

(1)测量范围：

低电平<0.8V

高电平>3.5V

(2)用1kHz的音响表示被测信号为高电平

(3)用800Hz的音响表示被测信号为低电平

(4)当被测信号在0.8V~3.5V之间时，不发出音响

(5)输入电阻大于20kΩ

(6)工作电源5V

三、主要仪器设备及实验仪器：

Multisim虚拟仪器中的数字万用表、示波器、频率计

四、实验内容及步骤：

图为测试输入和逻辑判断电路原理图。

图中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。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，所以经过分压电阻的调整，该逻辑电平测试器可以测量不同的标准电平。

图(1)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。

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]7[。

(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(2)所示。

图（1）

图（2）五、实验总结：