实验十三 基于Multisim的逻辑电平测试器设计

南昌大学实验报告

学生姓名：学号:专业班级：

实验类型：□验证□综合■设计□创新实验日期：2017.12.30实验成绩：实验十三基于Multisim的逻辑电平测试器设计

一、实验目的

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器的方法。

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、实验仪器

万用表、示波器

三、实验原理

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：

Vi

图3-1逻辑电平测试器原理框图

技术指标要求：

测量范围：低电平V L<0.8V，高电平V H>3.5V

用1kHz的音响表示被测信号为高电平；

用500Hz的音响表示被测信号为低电平；

当被测信号在0.8-3.5V之间时，不发出音响；输入电阻大于20KΩ。

输入和逻辑状态判断电路要求用集成运算放大器设计，音响声调产生电路要

求用555定时器构成的振荡设计。

图3-2逻辑电平测试器仿真图

利用滑动变阻器来改变输入电压，两个比较器的参考电压通过电阻分压产生，分别为0.8V和3.5V。这种方案里的555采用的是构成多谐振荡器的接法，电阻值固定了，振荡频率也就定了。所以使用了两个555、两个扬声器，当检测到是低电平时，参考电压为0.8V的比较器连接的二极管导通，555结束复位，开始振荡，产生500Hz矩形波，扬声器发声；当检测到是高电平时，参考电压为3.5V 的比较器连接的二极管导通，555结束复位，开始振荡，产生1000Hz矩形波，扬声器发声；当检测到既不是低电平也不是高电平，即输入电压在0.8-3.5V之间时，两个比较器连接的二极管均截止，555始终处于复位状态，扬声器不发声。

方案一的电路结构较为简单，但是比较浪费元件。所以有了接下来的方案二，

仅仅使用了一个555和一个扬声器。

图3-3逻辑电平测试器仿真图

这种方案的输入电路和逻辑判断电路部分和方案一相同，主要是改变了音响声调产生电路。这里的555也采用了构成多谐振荡器的接法，但是利用二极管的导通与否，来选择不同的电阻，从而改变振荡频率。所以只需要一个555和一个扬声器。当检测到是低电平时，参考电压为0.8V的比较器连接的两个二极管均导通，555结束复位，开始振荡，产生500Hz矩形波，扬声器发声；当检测到是高电平时，参考电压为3.5V的比较器连接的两个二极管均导通，555结束复位，开始振荡，产生1000Hz矩形波，扬声器发声；当检测到既不是低电平也不是高电平，即输入电压在0.8-3.5V之间时，两个比较器连接的全部四个二极管均截止，555始终处于复位状态，扬声器不发声。

两种方案的仿真结果都是一样的，所以不再重复写出。

四、实验内容及步骤

按设计好的电路连接电路。

1.输入和逻辑状态判断电路测试

1）调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为低电平（V L<0.8V）用数字万用表测试逻辑状态判断电路的输出电平。

2）调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为高电平（V H>3.5V）用数字万用表测试逻辑状态判断电路的输出电平。

2.音响声调产生电路

1）逻辑电平测试器的被测电压为低电平（V L<0.8V）用示波器观察、记录音响声调产生电路输出波形，用频率计测量振荡频率f0。

2）逻辑电平测试器的被测电压为高电平（V H>3.5V）用示波器观察、记录音响声调产生电路输出波形，用频率计测量振荡频率f0。

3）逻辑电平测试器的被测电压（0.8V-3.5V）用示波器观察、记录音响声调产生电路输出波形。

五、实验结果与总结

图5-1阈值电压数值（3.5V-高电平，0.8V-低电平）

图5-2输入电压数值（0.5V-低电平）

图5-3输入0.5V-低电平时输出波形图（510Hz）

图5-4输入电压数值（4.5V-高电平）

图5-5输入4.5V-高电平时输出波形图（1.02kHz）

图5-6输入电压数值（2.5V-不高不低）

图5-7输入2.5V-不高不低时输出波形图（0Hz）

注意：仿真时要注意设置扬声器的参数（额定电压电流等），参数不合适。仿真不会发声，甚至会损坏元件。