逻辑信号电平测试器毕业设计

1、苏州大学高等教育自学考试本科毕业论文（设计） PAGE 20 摘 要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试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，采用很不方便的万能表或示波器等仪器仪表的麻烦。该电路主要包括三部分电路：输入电路、逻辑状态识别电路和音响声调产生电路。其主要应用了集成运放的非线性电路特性，开环增益很大，从而可以制作成双线比较器；用555定时器构成的多谐振荡器作为音响产生电路，利用对电容的充放电，得到一定频率的信号。输入的逻辑信号电平大于或小于所设定的高低电平电位，则音响电路发声

2、，如若在高低电平之间，则音响电路不发声。利用这种方式设计电路，计算元器件参数，选择成本合适的器件，确定电路形式并进行仿真实验验证，最后做出符合全部要求的实物。关键词 逻辑信号；电平测试；高电平；低电平ABSTRACTA logic signal level tester were introduced in this paper, it can be convenient and quick test point point of high and low, through the voice of the presence of and the frequency of the sound

3、to determine the level of the measured potential range, which can solve the common logic level of some point in the circuit to test the electricity at ordinary times, use very inconvenient the multimeter or oscilloscope, such as instruments and meters. The circuit circuit mainly includes three parts

4、: input circuit, logic circuit state recognition circuit and sound tones. The main application of the nonlinear circuit characteristic of integrated operational amplifier, the open loop gain is very large, which can be made into double comparator; With multivibrator composed of 555 timing circuit as

5、 an audio, use of capacitor charging and discharging, and get a certain frequency of the signal. Logic of input signal level is greater than or less than the potential of set high and low level, the sound circuit, if between high and low level, and the sound circuit is not sound. Circuit design, thi

6、s way is used to calculate components parameters, choosing the best cost components, determine the circuit form and simulation experiment, finally to meet all the requirement of the product.Key words: logic signal; Level test; High level; Low level目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc15032 摘 要 PAGEREF _T

7、oc15032 I HYPERLINK l _Toc983 ABSTRACT PAGEREF _Toc983 II HYPERLINK l _Toc29786 第一章 绪论 PAGEREF _Toc29786 1 HYPERLINK l _Toc30237 1.1课题研究及其意义 PAGEREF _Toc30237 1 HYPERLINK l _Toc4638 1.2国内外研究现状及发展趋势 PAGEREF _Toc4638 1 HYPERLINK l _Toc18608 第二章 逻辑电平信号测试系统简介 PAGEREF _Toc18608 3 HYPERLINK l _Toc31208 2.

8、1 常用电平介绍 PAGEREF _Toc31208 3 HYPERLINK l _Toc18786 2.2测试电路的设计思路 PAGEREF _Toc18786 4 HYPERLINK l _Toc19395 2.3测试电路要求: PAGEREF _Toc19395 5 HYPERLINK l _Toc25509 2.4测试电路的原理介绍 PAGEREF _Toc25509 5 HYPERLINK l _Toc10907 第三章 测试电路硬件的选择 PAGEREF _Toc10907 6 HYPERLINK l _Toc9946 3.1LM339电压比较器芯片介绍 PAGEREF _Toc9

9、946 6 HYPERLINK l _Toc2027 3.2 555定时器芯片 PAGEREF _Toc2027 10 HYPERLINK l _Toc18364 3.3 555定时器构成的多谐振荡器 PAGEREF _Toc18364 11 HYPERLINK l _Toc29162 第四章 整体电路的设计 PAGEREF _Toc29162 13 HYPERLINK l _Toc15981 4.1整体电路的设计 PAGEREF _Toc15981 13 HYPERLINK l _Toc8176 4.2输入电路及逻辑判断电路原理 PAGEREF _Toc8176 14 HYPERLINK l

10、 _Toc28085 第五章 设计总结 PAGEREF _Toc28085 17 HYPERLINK l _Toc5929 参考文献 PAGEREF _Toc5929 18 HYPERLINK l _Toc25971 致谢 PAGEREF _Toc25971 19苏州大学高等教育自学考试本科毕业论文（设计）第一章 绪论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，多功能化和更加灵活。随之而来的电路测试和检测问题也应运而生，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

11、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。1.1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

12、。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中，制作出一个逻辑电平测试器，其目的就是一种可以简单判断是高电平还是低电平的逻辑电路1。1.2国内外研究现状及发展趋势科学是从测量开始的，这是19世纪著名科学家门捷列夫的名言。到了21世纪的今天，作为信息产业的三大关键技术之一，测试测量行业已经成为电子信息产业的基础和发展保障2。而测试仪器作为测试测量行业发展不可或缺的工具，在测试测量行业的发展中起到了巨大的作用。中国“十一五”期间，由于国家不断增加基础建设的投入力度，在旺盛市场需

13、求的带动下，对仪器需求不断增加，同时测试仪器市场也正在快速发展。国内电子测量仪器行业在经过一段沉寂后，慢慢开始复苏。产品大幅度增长主要有两个原因，一是市场的巨大需求，特别是通信、广播电视市场的巨大发展，引发了电子测量仪器市场的迅速增长，二是电子测量仪器行业近几年迅速向数字化、智能化方向发展，推出了部分数字化产品，因而在若干个门类品种上取得了较快的增长。从近期中国仪表行业发展的情况来看势头喜人的，与全国制造业一样，虽然遇到了不少困难但仍然保持了向上发展的态势。尽管中国仪器市场正在快速的发展这，但与国外仪器生产企业比较仍然有很大的差距。中国主要科研单位、学校以及企业等单位中使用的高档、大型仪器设备

14、几乎全部依赖进口。同时，国外公司还占有国内中档产品以及许多关键零部件市场60%以上的份额。世界测试仪器市场对中国的影响依然非常大。目前，在世界电子测量仪器市场上，竞争日趋激烈。以往，测试仪器生产厂商主要都将仪器产品的高性能作为竞争优势，厂商开发什么，用户买什么。而今则已变成厂商努力开发用户需要的仪器，并且把更便宜、更好、更快、更易使用的测试仪器作为奋斗目标。在信息化的推动下，全世界测试仪器市场将继续保持增长的势头，人们普遍认为，电子测量仪器市场的前景依然乐观2。第二章 逻辑电平信号测试系统简介2.1 常用电平介绍现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、

15、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、等，现在下面将对常用的电平标准进行介绍。(1)TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。VCC：5V；VOH=2.4V；VOL=2V；VIL=2.4V；VOL=2V；VIL=2.0V；VOL=1.7V；VIL=4.45V；VOL=3.5V；VIL=3.2V；VOL=2.0V；VIL=2V；VOL=1.7V；VIL=1.1V；VOL=0.85V；VIL=1.4V；VOL=1.2V；VIL=0.8V(9)RS232和RS485：RS232采用12-15V供电，我们电脑

16、后面的串口即为RS232标准。+12V表示0，-12V表示1。可以用MAX3232等专用芯片转换，也可以用两个三极管加一些外围电路进行反相和电压匹配。RS485是一种差分结构，相对RS232有更高的抗干扰能力。传输距离可以达到上千米。2.2测试电路的设计思路本文设计的逻辑电平测试器是采用声音的声调来表示被测数字电路个部位的逻辑状态，高电平和低电平用不同声调的声音来表示；如果在高低电平之间则不会发出声响。本文设计的逻辑测试电路可以由五部分组成：输入电路、逻辑状态判断电路、音响声调电路、发音电路和电源。其中设计原理框图如图2-1所示：音响声调产生电路输入电路逻辑状态判断电路电源 图2-1：测试器的

17、工作原理图2.3测试电路要求: 测量范围 低电平3.5V； 用1kHz的音响表示被测信号为高电平； (3)用500Hz的音响表示被测信号 (4)当被测信号在0.8V3.5V之间时不发出音响 ； 输入电阻大于20k； 工作电源5v。 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定时器构成的震荡器设计。2.4测试电路的原理介绍 本测试器的测试范围分为低电平3.5V 0.8vu3.5V ,判断电路中的高电平导通，低电平的电路截止；相反若为低电平，则低电平的电路导通，高电平的电路截止；若输入电路中被测值介于 0.8vuUr时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。迟滞

18、比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。图3-4a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图3-4b为迟滞比较器的传输特性。 图3-4a迟滞比较器 图3-4b迟滞比较器的传输特性不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过U之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外

19、，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。图3-5为其原理图。 图3-5 原理图图6为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U42.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差

20、（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4U3，电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。图3-6某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分双限比较器（窗口比较器） 图3-7电路由两个LM339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时（UR1UinUR2或Uin2，则在C1和C2充电时，当UC1达到3.5V时，UC2已接近稳态时5V。因此在UC1升高到3.5V后，A3同相端电压小于反相端电压，A3输出电压由5V跳变为0V,使C2通过R9和rO3放电，UC2由5V逐渐降低。当UC2降到小于A4反相端电压(3.5V)时，A4输出端电压跳变为0V，二极管D5导

21、通，C1通过D5和A4的输出电阻放电。因为A4输出电阻很小，所以UC1将迅速降到0V左右，这导致A3反相端电压小于同相端电压，A3的输出电压又跳变为5V，C1再一次充电，如此周而复始，就会在A3输出端形成矩形脉冲信号。UC1、UC2和UO的波形如图4-4所示12。 图4-3音调产生电路原理图 图4-4 UC1、UC2和UO的波形 第五章 设计总结.通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识。在这个过程中我完成了对声调提示的逻辑电平测试器的原理的熟悉，对各单元及整机电路的设计，以及电路中使用的元器的选型，同时在图书管和电子数据库中收集到大量的资料，给电路设计，元器件选型，以及后面写论文提供足够

22、的参考材料。该设计的原理就是通过LM339进行电平(电压)比较及通过RC电路产生脉冲信号来驱动扬声器来发出声音，都是模拟电路的一些知识，看起来是比较基础的，但是标准电平的种类是很多的，而却有高电平和低电平之间的差距是很小的，要实现对不同种类的逻辑电平的准确测量、准确的提示，要求我们在完成设要在精确，稳定上下功夫，通过仔细的计算和选型，选择最适合的电阻阻值，电容，二极管，三极管等，并通过示波器的测量值的对比来对该测试器的测量进行检验，即确定该测试期的检验结果是否符合要求。虽然看似原理是不难的但要成完成预期的性能指标，但是要完成电路的设计，并且使之达到相应的功能和性能指标要求，还是要仔细认真的一步一步的分析，并在老师的指导下慢慢修改、完善。该论文以我们所学专业知识为主，充分发挥我们自己的主观能动性，巩固课堂所学知识，培养和锻炼了虚心求教、克服困难、刻苦钻研技术的精神，计算机网上查询检索能力，计算机绘图能力，动手设计制作能力，电子电路的应用能力等。通过这次设计对电子技术方面的知识也是一次很好的复习，尤其对测量、电子技术方面的专业知识在系统设计方面进行一次较完整训练，对理论知识有了更深一步的了解和理解能较好地培养我们的实践能力，提高了