逻辑信号电平测试器

2013级《模拟电子技术》课程设计说明书

逻辑信号电平测试器

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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。

课题设计了一种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高低，从而能解决平常在对电路中某点的逻辑电平进行高低电平的测试时，采用很不方便的万用表或示波器等仪器仪表的麻烦。

论文设计了一种简单逻辑信号电平测试器，其次利用Multisim12仿真软件对电路的频率特性。特征参量进行了仿真分析，仿真结果满足设计要求后，用AD软件绘制电路原理图，再用AD导入原理图以手工布局和布线为辅完成其单面PCB的设计，最后，在PCB板安装电路并调试，调试数据与仿真数据大致相同，满足设计要求。

关键词：逻辑信号；高电平；低电平；电平测试；放大器

1 绪论 (1)

1.1 课题研究背景和意义 (1)

1.2 设计任务 (1)

1.3 设计要求 (1)

2 方案设计 (2)

2.1 方案选择 (2)

2.1.1 直流稳压电源方案选择 (2)

2.1.2 逻辑信号电平测试器方案选择 (2)

3 电路设计 (5)

3.1直流稳压电源设计 (5)

3.1.1电源变压器 (5)

3.1.2整流电路 (5)

3.1.3滤波电路 (5)

3.2 逻辑信号电平测试器电路设计 (6)

3.2.1逻辑信号识别电路 (6)

3.2.2音响信号产生电路 (6)

3.2.3音响驱动电路 (8)

3.3 整体电路图设计 (8)

3.3.1 直流稳压电源整体电路图设计 (8)

3.3.2 逻辑信号电平测试器整体电路图设计 (9)

3.4 电路仿真 (9)

3.4.1直流稳压电源电路仿真 (9)

3.4.2逻辑信号电平测试器电路仿真 (9)

4 安装与调试 (11)

4.1 直流稳压电源的调试 (11)

4.1.1输出电压的测量 (11)

4.1.2稳压系数的测量 (11)

4.1.3纹波电压测量 (12)

4.2逻辑信号电平测试器的调试 (12)

参考文献 (13)

致谢 (14)

附录 (15)

附录A 直流稳压电源原理图与PCB图 (15)

附录B 逻辑信号电平测试器原理图与PCB图 (16)

附录C 实物图 (17)

附录D 元器件清单 (18)

1绪论

1.1 课题研究背景和意义

随着电子技术和其他高技术的飞速发展，致使工业、农业、科技国防等领域以及人们社会生活发生了令人瞩目的变革。电子元器件和集成电路的发展，使各种电器、电子仪表设备微型化、多功能化更加灵活。随之而来的是电路测试和检测问题，电平测试器就是在检修数字集成电路时经常用到的工具，人们也时常用万用表和示波器对电平中的故障部位的高低电平进行测量，都不如专用的逻辑电平测试器使用起来方便，快捷，电平测试器可以做成电平测试笔，便于携带和使用，采用声音或光色对电平高低加以提示，使得人们不用盯着显示器读数，直接得到结果。

1.2 设计任务

采用集成运算放大器、晶体管等器件设计一个逻辑信号电平测试器。用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同声调（频率）的声音表示。电路设计方案自行确定。

1.3 设计要求

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。

2方案设计

2.1方案选择

2.1.1直流稳压电源方案选择

方案1： 整体框图如图1,晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从1U 输入。同时运用了比较放大电路,它的核心是调整管,输出电压的稳定管的压降相应改变,使输出电压保持稳定。

图1 直流稳压电源方案1设计框图

方案2：如图2所示，方案采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V ，而要求电压从0V 起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。

图2 直流稳压电源方案2设计框图

方案1虽然电路比较简单，成本较低，但精度达不到设计要求，方案2通过引入三端集成稳压器，大大提高了输出精度，故采用第2种设计方案。

2.1.2 逻辑信号电平测试器方案选择

方案1：方案1设计框如图3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。

图3 方案1设计框图

在该电路中，电路的输入信号Vi 由输入电路输出后，经过逻辑信号识别电变压器变压 整流电路 稳压电路

输出电压 比较反馈 取样电压

整流滤波电路 可调式集成稳压器 电压补偿电路

输出电压

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 ：方案2设计框图如图4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。具体电路原理图如图3所示。

图4 方案2设计框图

图5 方案2设计原理图

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。