邏輯信號電平測試器

1、電子技術(shù)課程設(shè)計邏輯信號電平測試器齊齊哈爾大學(xué)通信與電子工程學(xué)院電子123：XXX指導(dǎo)教師：XXX老師2014年06月23日邏輯信號電平測試器一、設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計目的：（1）學(xué)習(xí)邏輯判斷電路的設(shè)計方法（2）研究邏輯判斷電路的設(shè)計方案（3）掌握邏輯判斷電路的原理和使用方法（4）進(jìn)一步熟悉電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)2.技術(shù)指標(biāo)：（1）測量范圍:低電平UL<0.8V,高電平UH>3.5V（2）被測信號為高電平時，用1KHZ的音響表示，紅色指示燈點亮 （3）被測信號為低電平時，用500HZ的音響表示，綠色指示燈點亮（4）當(dāng)被測信號在0.83.5V之間時,不發(fā)出音響，指示燈不亮（5）輸入電阻大于

2、20K（6）工作外接電源為5V，芯片內(nèi)部供電為12V二、設(shè)計方案論證1.設(shè)計方案：為了方便進(jìn)行對某點的邏輯信號電平的測試，設(shè)計一個邏輯信號電平測試器。電路是由輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、二極管LED指示燈電路、音響電路模塊組成。以邏輯狀態(tài)判斷電路為核心電路，音響電路則利用LM324（或UA741）設(shè)計RC震蕩電路分別產(chǎn)生1KHZ和500HZ的頻率提供給揚(yáng)聲器，能分別發(fā)出不同頻率的聲信號。根據(jù)LED指示燈電路和音響電路所產(chǎn)生的不同顏色光亮及聲信號來更方便直接判斷高低電平信號。2.方案論證：根據(jù)所設(shè)計的原理框圖和設(shè)計方案，畫出電路原理圖，設(shè)計電路簡單明了，各電路部分規(guī)劃清晰，所涉及元器件簡單常用，

3、易于購買 。Ui采用5V可調(diào)電源輸入，高電平時，LED指示燈紅燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出1KHZ聲音；低電平時，LED指示燈綠燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出500HZ聲音。便于及時直觀測量電平變化。三、電路結(jié)構(gòu)及其工作原理1.電路的結(jié)構(gòu)框圖：圖1為測試器的原理框圖。由圖看出電路可以由5部分組成：輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、音響電路、指示燈電路和電源。圖1 測試器原理框圖2.電路的原理圖：邏輯信號電平測試器電路原理圖如圖2所示。圖2邏輯信號電平測試器電路原理圖3.電路工作原理：對于模擬信號電壓進(jìn)行幅度檢測、鑒別，可用電壓比較器電路實現(xiàn)。Ui是被檢測信號，A1和A2為兩個運(yùn)算放大器，利用A1和A2分別與它們外圍電路組成兩

4、個電壓比較器。A1的反向端電壓由R3和R4的分壓決定，A2的同向端電壓由R5和R6的分壓決定。當(dāng)被測電壓Ui<0.8V，A1反向端電壓大于同向端電壓，使A1輸出端電壓為負(fù)電源電壓，經(jīng)過二極管VD1后，UA為低電平（0V）。A2的反向端電壓小于同向端電壓，使A2輸出端電壓為正電源電壓，經(jīng)過二極管和穩(wěn)壓管作用后，UB為高電平（5.1V）。當(dāng)Ui在0.83.5V之間時，A1 和A2的同向端電壓均小于反向端電壓，所以UA和UB均為低電平。當(dāng)Ui>3.5V時，UA為高電平，UB為低電平。輸入電路由R1和R2組成。電路作用是保證測試器輸入端Ui懸空時，既不是高電平也不是低電平。一般情況下，在輸

5、入端懸空時使Ui為1.4V。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求輸入電阻大于20K，故R2UCC/(R1+R2)=1.4VR1R2/(R1+R2)>=20K經(jīng)計算，取標(biāo)稱值：R1=75 K,R2=30 KR3和R4的作用是給A1的反向輸入端提供一個3.5V的參考電壓，因此要求R3UCC/(R3+R4)=3.5V選取阻值為：R3=68 K,R4=30 KR5和R6的作用是給A2的同向輸入端提供一個0.8V的參考電壓，因此要求R6UCC/(R5+R6)=0.8V選取阻值為：R5=68 K,R6=13 K音頻產(chǎn)生電路利用RC橋式正弦振蕩電路實現(xiàn)，RC串并聯(lián)電路既是正反饋電路，又是選頻電路，當(dāng)RC串并聯(lián)電路中的電阻

6、相等，電容相等時，振蕩頻率為f0=1/2RC為產(chǎn)生1KHZ的正弦波，選取C1=C2=10nF，R7=R8=15 K；為產(chǎn)生500HZ的正弦波，選取C3=C4=10nF，R13=R14=30 K。二極管VD3VD6的作用是實現(xiàn)自動限幅。利用二極管的正向電阻隨所加電壓而改變的特性，達(dá)到自動調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度的目的。采用兩只二極管反向并聯(lián)的目的是使輸出電壓正負(fù)半周期振幅相等，因此，這兩只二極管的特性應(yīng)相同。電位器R9和R15可用來調(diào)節(jié)振蕩幅度的大小。揚(yáng)聲器驅(qū)動電路由4個NPN型晶體管組成，uo1和uo2分別是頻率為1KHZ和500HZ的正弦波，利用UA、UB來控制晶體管V3和V4的通斷。指示燈電路由發(fā)光

7、二極管、限流電阻和NPN型晶體管組成，同樣利用UA、UB來控制晶體管V5和V6的通斷。接通電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器的大小，當(dāng)Ui輸入電壓為：1）Ui<0.8V，即為低電平，LED指示燈綠燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出500HZ聲音； 2）0.8V<Ui<3.5V，UA和UB都為低電平，LED指示燈都不亮，揚(yáng)聲器不發(fā)聲；3）Ui>3.5V，即為高電平，LED指示燈紅燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出1KHZ聲音。四、電路主要元件簡介1.LM324集成運(yùn)算放大器LM324系列器件帶有差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏

8、的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖3所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖4所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨立。1，2，3腳是

9、一組5，6，7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13，14腳是一組，剩下的兩個腳是電源，1，7，8，14是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。圖3放大器 圖4放大器引腳圖 五、電路仿真過程及結(jié)果1. 制作“邏輯信號電平測試器”仿真電路圖（應(yīng)用Multisim仿真軟件）2. 運(yùn)行前，測量電路各組成部分的仿真數(shù)據(jù)（1） 輸入電路部分和邏輯狀態(tài)判斷電路部分：操作：將輸入端懸空，運(yùn)行電路，用萬用表分別測量輸入端電壓（懸空）Ui、LM324反相輸入端9引腳電壓和正向輸入端12引腳電壓值。測量參數(shù)（如圖所示）：XMM1=1.435V(Ui)XMM2=3.458V(9引腳)XMM3=803.822mV

10、(12引腳)（2）RC震蕩電路部分（左高頻、右低頻）：操作：調(diào)節(jié)變阻器R4、R12為55%，分別測量震蕩電路的輸出電壓和頻率，并觀察示波器輸出波形。測量參數(shù)（如圖所示）：XMM1=731.631mV；f1=1.05KHZ；（1引腳）XMM2=731.471mV；f2=528HZ。（7引腳）3. 仿真電路運(yùn)行結(jié)果指示燈電路部分和音響電路部分：（1） Ui<0.8V測量參數(shù)（如圖所示）：XMM3=754.093mV（ Ui）；綠燈亮（低電平）；音響電路發(fā)聲頻率：531HZ。（2） 0.8V<Ui<3.5V測量參數(shù)（如圖所示）：XMM3=3.231V（ Ui）；LED燈滅；音響電路

11、揚(yáng)聲器不發(fā)聲。（3） Ui>3.5V測量參數(shù)（如圖所示）：XMM3=4.233V（ Ui）；紅燈亮（高電平）；音響電路發(fā)聲頻率：1.05KHZ。六、電路安裝與調(diào)試電路實物的照片：電路調(diào)試結(jié)果：Ui輸入端口懸空電壓為：1.473VLM324（9引腳）電壓為：3.61VLM324（12引腳）電壓為：0.847V七、課程設(shè)計體會：通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲齲最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)