逻辑电平测试器

2013级《模拟电子技术》课程设计说明书

逻辑信号电平测试器

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：刘钱

指导教师：张松华职称副教授

专业：电气工程及其自动化

班级：电气本1301

完成时间：2015-6-26

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。本文设计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。逻辑电平的测试器的优势在于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。

设计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的方法。设计使用multisim软件进行仿真测试，测试成功后，使用AD软件进行电路板的设计。最后制作出逻辑电平电路测试器，使用示波器进行试验的测试。在电路输入电平在0.8v下蜂鸣器发出800Hz的声音，0.8~3.0V时发出了一个固定频率的声音，在3.0v以上时发出1KHz的声音基本实现了课题设计的要求。

关键词逻辑信号；电平测试；高电平；低电平；放大器

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题研究及其意义 (1)

1.2 设计要求和技术指标 (1)

1.2.1 技术指标 (1)

1.2.2 设计要求 (1)

2 逻辑电平测试器的设计 (2)

2.1 逻辑电平测试器的原理 (2)

2.2 比较器 (2)

2.3 LM324集成运放 (3)

2.4 输入及逻辑判断电路 (3)

2.5 音调产生电路 (5)

2.5.1 U

A =U

B

=0V (5)

2.5.2 U

A =5V，U

B

=0V (5)

2.5.3 U

A =0V，U

B

=5V (8)

2.6 扬声驱动电路 (8)

2.7 直流稳压源的设计 (9)

2.7,1 变压器的选择 (9)

2.7.2 整流桥的选择 (9)

2.7.3 电容的选择 (9)

2.7.5 三端稳压器 (10)

3 逻辑电平测试器的仿真测试 (11)

3.1 画出逻辑电平测试器的仿真图 (11)

3.2 调试及测定主要参数 (11)

4 电路的制作与测试 (15)

4.1 实际电路制作 (15)

4.2 直流电源的调试 (15)

4.3 逻辑信号电平测试器的调试 (15)

结束语 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

附录A 电路原理图 (20)

附录B 电路PCB图 (21)

附录C 电路制作实物图 (22)

附录D 元件清单 (23)

1 绪论

1.1 课题研究及其意义

在平常的实验中，经常要遇到测试一些数字电路的电平信号；在测试这些数字电路或是检测其功能的时候要测试其是高电平还是低电平，以方便后续的维修和检验。一般来说检测信号的时候都是要利用万用表和示波器来进行检测和判断，但是这只是一个简单的判断，而其操作起来比较繁琐，一边要看设备的屏幕，另外还要注意设备的工作状况，稍有疏忽就会导致检测不准确，从而影响到器件的制作。所以想到了是否可以制作一个简单的电子电路用来方便判断数字电路的信号的输出状况，不仅可以准确的测试出高、低电平，而且也不用那么繁琐的操作，再经过仔细的研究和反复的实验，制作成了一个逻辑电平测试器，其目的就是设计制作一种可以简单判断是高电平还是低电平的逻辑电路。

1.2 设计要求和技术指标

1.2.1 技术指标

（1）测量范围：低电平<0.8V，高电平>3.5V；

（2）用1KH Z的音响表示被测信号为高电平；

（3）用800H Z的音响表示被测信号为低电平；

（4）当被测信号在0.8~3.5V之间时，不发出音响；

（5）输入电阻大于20KΩ；

（6）工作电源为5V。

1.2.2 设计要求

（1）设计输入与逻辑判断电路、音响产生电路和扬声器驱动电路；

（2）选定元器件和参数，并绘制电路原理图；

（3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调试；

（4）拟定测试方案并进行测试；

（5）撰写设计报告。

2 逻辑电平测试器的设计

2.1 逻辑电平测试器的原理

图1 电路设计原理根图

由图1可知，逻辑信号电平测试器电路由五部分组成：输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。

2.2 比较器

当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大 倍数为100dB ，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平(V+)，就是低电平(V-或接地)。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。

由两个运放组成一个电压上下限比较器电路如图2所示，电阻1R 、'1R 组成分压电路，为运放1A 设定比较电平1U ；电阻2R 、'2R 组成分压电路，为运放2A 设定比较电平2U 。输入电压I U 同时加到1A 的正输入端和2A 的负输入端之间，当1U U I >时，运放1A 输出高电平；当2U U I <时，运放2A 输出高电平。运放1A 、2A 只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED 就会点亮。若选择21U U >，则当输入电压I U 超出[2U ，1U ]区间范围时，LED 点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择12U U >，则当输入电压在[U 2，U 1

]区间范围时，LED 点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。