模拟电路 课程设计任务书 逻辑信号电平测试器

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。本文介绍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，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。

该测试器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。从而达到了测试效果。

关键词放大器；逻辑信号；电平测试；高电平；低电平

模拟电子技术课程设计任务书

一、课程设计的任务和目的

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

二、课程设计的基本要求

1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。

2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。

3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。

4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。

5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。

三、课程设计任务

课题4 逻辑信号电平测试器的设计

（一）设计目的

1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法；

2、掌握其各单元电路的设计与测试方法；

3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。

（二）设计要求和技术指标

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，以便分析故障原因。使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期，但使用者必须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕，一面寻找测试点，因此使用起来很不方便。

本课题所设计的仪器采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的声音来表示，使用者无须分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。

1、技术指标：

（1）测量范围：低电平<0.8V，高电平>3.5V；

（2）用2KH Z的音响表示被测信号为高电平；

（3）用1200H 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、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。

（三）设计提示

1、测试器的原理框图

图4.1 测试器原理框图

由图可知，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、输入电路及逻辑判断电路

输入和逻辑判断电路如图4.2所示，输入电路由R 1和R 2组成。电路的作用是保证测试器输入端悬空时，输入电压既不是高电平，也不是低电平。一般情况下，在输入端悬空时，输入电压V v I 4.1=。根据技术指标要求输入电阻大于20K Ω，因此可得：

从而可确定R 1和R 2阻值。

R 3和R 4的作用是给A1的反相输入端提供一个4V

的电压（高电平的基准）。因此只要保证

3.5v 即可。R 3和R 4取值过大时容易引入干扰，取值过小时则会 图

4.2 输入和逻辑判断电路 增大耗电量。工程上一般在几十千欧到几百千欧姆间选取。

R 5为二极管D 1、D 2的限流电阻。D 1、D 2的作用是提供

低电平信号基准，按给定技术指标可取一只锗二极管和一只硅二极管。 3、音响产生电路

图4.3为音响产生电路单元电路图。

V V R R R CC 4.1212=+Ω≥+K R R R R 202

121V

V R R R CC 5.34

33≤+

图中R 10和R 11的作用与图中的R 3和R 4相同。可参考R 3和R 4取值。三个二极管可选

用锗二极管如2AP9。

根据公式：

212136.02.1ττ+=+=t t T

我们选取

ms 5.02=τ

因为

292C R =τ

选取

F C μ01.02=

从而可以确定R 9阻值。

又因为 图4.3 音响产生电路单元电路图 31212110

18.02.136.02.1-⨯+=+=+=τττt t T

根据给定要求，

161C R =τ（被测信号为高电平）

或 171

C R ='τ（被测信号为低电平） 我们选取F C μ1.01=，由于技术指标中给定被测信号为高电平时，音响频率为1KH Z ，被测信号为低电平时，音响频率为800H Z 。所以在被测信号为高电平时，

因为

所以

32110136.02.1-⨯=+ττ

从而可以确定61R 和τ 图4.4 扬声器驱动电路

ms f

T 11==