何亮-毕设答辩

2012年毕业设计-何亮北京电子科技职业学院电信工程学院毕业设计逻辑信号测试仪的设计—电路设计与原理图绘制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，通过二极管发光的颜色来判定被测电位的电平范围，从而能解决平常障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，根据电平高低的比较，使发光二级管有相应不同的颜色输出提示。从而达到了测试效果。关键词:逻辑信号电平测试电压比较器直流电源

摘要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，采用光色或声音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。本次所做的课程设计就是数字逻辑信号测试仪，讲述了电路各部分的设计原理及所能实现的功能,直流稳压电源要求对变压器、整流器、滤波器、稳压器的熟悉掌握，并能加以运用，逻辑设计要求对芯片引脚连接关系熟悉，能判断逻辑关系。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学的理论、知识和技能，提高学生分析和解决实际问题的能力。掌握科学研究基本方法，培养综合实践能力，创新发展能力，进一步巩固基本的专业知识，培养学生具有自学能力、团队合作精神和严谨的工作作风，为学生毕业后从事电子设备和信息系统的维护、调试、销售和管理等工作进一步打下基础。通过数字逻辑信号测试仪的设计与制作，培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到产品研制过程从资料收集、课题设计、产品制作、调试、撰写技术报告等方面一系列过程的基本训练。我对于自己设计的这个电子产品也自知有许多的不足，但能首次设计自己的产品，并能在实现相同功能的基础上节约成本也是非常有意义的，还有助于提高自己的动手能力，丰富课余生活。1课题意义及发展现状

1.1设计的主要目的1.2课题研究及其意义1.3电平测试仪器及测试技术的发展状况1.1设计的主要目的1学习逻辑信号测试器的设计方法；2掌握其各单元电路的设计与PCB板绘制软件的技巧；3进一步熟悉电子线路系统的装调技术。1.2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是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。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，再进过仔细的研究和反复的实验中，制作成了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。1.3电平测试仪器及测试技术的发展状况目前市场中所使用的电平测试仪的性能以向智能化、数字化、操作简单化方向发展。如GK5110数字电平综合测试仪(高频通道测试仪)是集振荡器、宽频电平表、选频电平表、杂音仪、阻抗表、载波通道自动测试仪、频率计等为一体的多功能仪表。仪表采用国际先进的双DDS技术、带flashROM的单片机、温补晶振TCXO，以及大规模集成的特殊电路开发成功的智能型、全数字化仪表。仪表测量精度高，电平稳定，具有自动量程、自动电平校正、自动快速搜索、近端单机和远端双机同步自动测试，测量结果具有数字和模拟两种指示，数据可存储，并通过RS232接口上传PC机，打印输出。仪表频率范围200Hz～1700kHz，分辨率1Hz，频率误差±3×10-6，适用于平衡和同轴电缆FDM系统以及无线链路和卫星系统的基带电平测量，可广泛用于电力、邮电、铁路、等通信部门。由于发信的高电平(+18dB)和收信的高电平(+50dB)输入测量，以及输出口的自动保护功能，使仪表特别适用于电力载波、保护设备以及电力线载波通道的测试。例如高压输电线路、变电站等场所的电力线载波通道进行电平、衰减、串杂音、阻抗等高频参数测试，以及电力通信结合设备高频阻波器、结合滤波器、高频电缆的开通维护测试。性能及特点：全数字化，大屏幕高清晰LCD汉字图形显示，菜单式操作。发信电平-77.9dB～+18dB，具有良好的频响和电平稳定度，输出纯度极高，是理想的高质量信号源。输出口设有自动保护电路，不会因强信号灌入而损坏输出电路，特别适用于继电保护高频收、发信机测试。收信电平测量范围+50dB～-100dB，分辨率0.01dB，具有自动量程、自动校正，电平测量稳定，精确度高。测量结果有数字和模拟棒两种指示。备有各种输出、输入阻抗，适于与通信设备作终端或跨接测量。具有dB和dBm两种测量单位，可根据需要切换，直接显示而不用换算。1.3电平测试仪器及测试技术的发展状况具有25Hz和1.74kHz两种选频带宽，良好的选择性和极低的固有失真，使电平表不仅作电平和串杂音测量，还可作波形分析。采用1.74kHz带宽可长期监测线路衡重杂音电平。“AFC”功能可全频段跟踪被测信号，自动搜索功能快速准确地搜寻测量未知信号的电平和频率。近端单机自动环测，远端双机自动同步对测，自动测量载波通道，高频保护通道的电平、衰减、幅频特性、衡重杂音、线路阻抗等高频参数。且具有RS232串行接口，数据可存储并上传PC机打印输出。下面介绍一种用频谱分析测量数字信号电平的技术。在数字电视、数字传输、数据通信中，其信号是采用多种调制方式的数字信号，这时的数字信号电平已不能用一般传统的方法来定度和测量，本文将引入每赫兹带宽功率(dBmV/Hz)法解决数字电平测量。电压是电子学的基本参数，也称电平。电平和电压是同一个参数，一般来说，它们的区别在于单位不同。电压是以伏(V)作单位，如V、mV、μV、kV等；电平是以dB作单位，如dBv、dBmV、dBμV等。1.3电平测试仪器及测试技术的发展状况电信号的电平，一般都是用正弦波的有效值为基准，以热电偶测量功率来定度它的电压值(电平值)，我们也叫做电平(电压)的有效值。这就是说信号电平和功率之间是以热电偶所产生的热量来联系的。我们知道，电功率是与信号波形无关的，而对于电平来说，我们所定度的正弦波那一定是无失真正弦波，否则要引入误差。为了准确地测量信号的电平，一般正弦波信号不言而喻地用常规电平表示测量有效值，如果是脉冲信号则一般测量它的峰值。在电视信号测试中，因为视频信号相当复杂，其信号大小是以行同步脉冲的峰值来定度，因此测定行同步脉冲峰值。随着数字技术的发展，数字通信、计算机网路，数字电视的发展，各种调制的数字信号出现，它们怎样测量，这是一个非常重要的问题。目前常见的数字信号有FSK、PSK、ASK、CDMA、TDMA、FDMA、QPSK、QAM等。从测量的角度来看，无论那种调制数字信号，都可以把它当作在一定带宽内的噪声来对待。因此，我们用每赫兹功率电平(dBmV/Hz)的概念，将一定带宽的功率来表征信道的功率(dBmV)，笔者称为平均功率电平。像频谱仪通常是测量正弦波的电平有效值，来表征电平。2.逻辑信号测试器的设计简介2.1.1技术指标（1）测量范围：低电平<0.7V，高电平>2.5V；（2）用绿色发光二极管亮表示被测信号为高电平；（3）用红色发光二极管亮表示被测信号为低电平；（4）输入电阻大于20KΩ；（5）工作电源为5V。2.1.2设计要求（1）设计输入与逻辑判断电路、发光电路和电源分配电路；（2）选定元器件和参数，并绘制电路原理图；（3）撰写设计报告。2.逻辑信号测试器的设计简介2.2测试仪的原理框图电路由四部分组成：输入电路和逻辑状态判断电路、发光电路、电源电路。3逻辑信号测试仪的电路设计3.1输入电路及逻辑判断电路设计电路如图所示，Vi为输入的电平信号，U1A、U2A组成双相比较器对输入信号进行检测识别。U1A的同相输入端为高电平阀值电位参考端，其电压值由POT1变压获得，为2.5V。U2A的反向端为低电平阀指点为参考端，其值由POT2变压获得，为0.7V。当输入电压大于U1A比较器同相输入端电压时，U1A比较器输出电压为低电平，反之输出为高电平。当输入电压小于U2A比较器反相输入端电压时，U2A比较器输出电压为低电平，反之输出为高电平。3逻辑信号测试仪的电路设计在Vin<2.5V时，U1A输出为高电平。在Vin>2.5V时，U1A反向端大于同相端，U1A输出低电平，绿灯亮。当Vin>0.7V时，U2A输出为高电压。在Vin<0.7V时，U2A同向端小于反向端，U2A输出低电平，红灯亮。输入输出VA

输出VBVi<0.7V5V0VVi>2.5V0V5V3.1.1集成运算放大器介绍 这里主要介绍电路中所用到的集成运算放大器LM324。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。LM324运放是集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3-2-2所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同，LM324的引脚排列.3.1.1集成运算放大器介绍 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图3-1-3所示。图3-1-3(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图3-1-3(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Volt的输出如图3-1-3(c)所示：VA>VB时，Volt输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Volt输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。3.1.1集成运算放大器介绍 附图3-1-4中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Uri>U1时，运放A1输出高电平；当Uri<U2时，运放A2输出高电平。运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。若选择U1>U2，则当输入电压Uri越出[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2>U1，则当输入电压在[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这是一个