逻辑信号的设计

一、方案论述 方案1：

图1 方案1设计方框图

如图1所示：该电路由四部分组成，即输入电路，逻辑信号识别电路，音响

信号产生电路和扬声器。

在该电路中，电路的输入信号

V i

由输入电路输出后，经过逻辑信号识别电

路，在该电路中，通过比较器的比较测试，将该信号区分为高电平和低电平两个信号分别输入音响信号产生电路，在音响信号产生电路中，通过两个电容的充，放电过程，产生不同频率的脉冲信号，不同频率的脉冲信号使得扬声器发出不同的响声，通过响声的不同来区分高低电平的不同。

方案2 ：

图2 方案2设计方框图

电路如图2所示，该电路的输入信号Vi 通过输入电路后，进入逻辑信号识别电路，经过该电路的识别比较，将信号分为高低电平两种信号，在通过二极管的限流，在示波器上将该波形显示出来。具体电路如图3所示。

图3 方案2设计原理图

输入电路

逻辑信号识别电路

示波器显示波形电路

i V

输入电路

逻辑信号识别电路

音响信号产生电路

扬声器

i V

经比较两方案，由于方案2只是简单的对于高低电平的判断，并且在读取实验数据的过程中，一边要看设备的屏幕，另外还要注意，设备的工作情况，使用起来十分的不方便，并且，方案2的成本很高。故本次课程设计中选取方案1作为本次课程设计的主要方案。

二、电路工作原理及设计说明

1.逻辑信号识别电路

表1 比较电路功能表

VCC

5V

VCC 5V

VCC

5V

R133kΩ

R251kΩ

R330kΩ

R468kΩ

R568kΩR613kΩ

U1A

LM324D 3

2

11

4

1

U2A

LM324D

3

2

114

1VCC

5V

图4 逻辑信号识别电路

（1）电路工作原理

电路如图4所示，Vi 为输入的电平信号，输入电阻是由R1,R2组成，作用是保证当输入悬空时输入既不是高电平也不是低电平。A1,A2组成双相比较器对输入信号进行检测识别。A1的反响输入端为高电平阀值电位参考端，其电压值由R3和R4两电阻分压后获得，为3.5V 。同理同向端为低电平阀指点为参考端，其只由R5和R6两电阻分压决定为0.8V 。当比较器同相输入端电压大于反相输入端时，比较器输出为高电平，反之输出为低电平。具体输入情况如表1所示。 （2）电路参数计算

根据要求，输入电阻大于20k ，且输入为空时，当输入Vi=2V 时 Vi 是由R1和R2分压所得

所以 V1=2

12

R R R +Vcc=2V

Ri=

2

12

1R R R R +≥20k

解得 R1=50k, R2=33.3k 选取 R1=51k ， R2=33k

输入 输出Va 输出Vb

3.5v 〉Vi 〉0.8v

0V 0V

0.8v 〉Vi 0V 5V

Vi>3.5v

5V 0V

Vh 是由R3和R4分压所得

所以Vh=4

34

R R R +Vcc=3.5V

解得 R3=30k, R4=68k

由于 R3、R4阻值过大易引起干扰，过小会增加功耗。 选取 R3=15k R4=35k

Vl=6

56R R R +Vcc=0.8V

解得 R5=68k, R6=13k

选取 R5=68k ， R6=13K 2.音响信号产生电路

图5 音响信号产生电路 （1）电路工作原理 电路如图5所示

错误！未找到引用源。 当V1=V2=0V 时

开始时，C1两端电压为零，且V1和V2两端输入端均为低电平，二极管D1和D2截止，电容C1没有充电回路，U3A 同向端为3.5V 高于反向端，Vo 输出为高电平。Vo 通过R9为电容C2充点，达到稳态时电容C2的电平为高电平，U4A 的同向端为5V 大于反向端电平3.5V ，输出为高电平，由于有D3的存在，电路稳态不受影响，输出保持为高电平不变。

错误！未找到引用源。当V1=5V V2=0V 时

二极管D1导通，C1通过R7放电，Vc1两端电压按指数上升，U3A 同向端大于反向端电平，在Vc1未达3.5V 前，U3A 输出为高电平。在Vc1达3.5V 后，U3A

反向端大于同相端，U3A 输出由5V 跳变为0V ，使C2通过R9和U3A 的电阻Ro3放电，Vc2由5V 下降，当下将到小于U4A 反向端电平时，U4A 输出电压跳变为0V ，D3导通，C1通过D3和U4A 的输出电阻放电。由于U4A 电阻很小，所以Vc1迅速下降为0V 左右，这是U3A 反向端电压小于通向端电压，U3A 输出电压又跳到5V ，C1再一次充电，如此循环，U3A 输出电为矩形脉冲信号。

错误！未找到引用源。当V1=0V ,V2=5V 时

此工作过程与上一过程相同，唯一区别在于D2导通是，V2高电平通过R8向C1充电，Vc1两端电压按指数上升，U3A 同向端大于反向端电平，在Vc1未达3.5V 前，U3A 输出为高电平。在Vc1达3.5V 后，U3A 反向端大于同相端，U3A 输出由5V 跳变为0V ，使C2通过R9和U3A 的电阻Ro3放电，Vc2由5V 下降，当下将到小于U4A 反向端电平时，U4A 输出电压跳变为0V ，D3导通，C1通过D3和U4A 的输出电阻放电。由于U4A 电阻很小，所以Vc1迅速下降为0V 左右，这是U3A 反向端电压小于通向端电压，U3A 输出电压又跳到5V ，C1再一次充电，如此循环，U3A 输出电为矩形脉冲信号。 （2）电路参数计算

t1期间电容C1充电，电容端电压表达式为：Vc1(t)=5（1-1

τt

e -

）

t2期间电容C2放电，电容端电压表达式为：Vc2(t)=52

τt e -

Vo 的周期T=t1+t2 t1=-τ1ln0.3=1.2τ1 t2=-τ2ln0.7=0.36τ2 选取 C1=C2=0.1uf 因为 R2=R9C2=0.5ms 所以 R9=5k

按要求用f=1kHz 的音响表示高电平 被测信号为高电平时 f=1kHz

T=t1+t2=1/f=1.2τ1+0.36τ2=1ms τ2=0.5ms τ1=0.6ms 所以 R7=R1/C1=6k 选取 R7=6k

被测信号为低电平时 f=0.8kHz

按要求用f=0.8kHz 的音响表示低电平 T=t1+t2=1/f=1.2τ1+0.36τ2=1.25ms τ1=0.625ms τ2=0.5ms

所以 R8=τ1/c=0.625m/0.1u=6.25k 选取 R8=6k 3．音响驱动电路