1、蘇州大學(xué)高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） PAGE 20 摘 要本文介紹了一個(gè)邏輯信號(hào)電平測(cè)試器，它可以方便快捷的測(cè)試某一點(diǎn)的電位的高低，通過(guò)聲音的有無(wú)和聲音的頻率來(lái)判定被測(cè)電位的電平范圍，從而能解決平常對(duì)電路中某點(diǎn)的邏輯電平進(jìn)行測(cè)試其高低電平時(shí)，采用很不方便的萬(wàn)能表或示波器等儀器儀表的麻煩。該電路主要包括三部分電路：輸入電路、邏輯狀態(tài)識(shí)別電路和音響聲調(diào)產(chǎn)生電路。其主要應(yīng)用了集成運(yùn)放的非線性電路特性，開(kāi)環(huán)增益很大，從而可以制作成雙線比較器；用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為音響產(chǎn)生電路，利用對(duì)電容的充放電，得到一定頻率的信號(hào)。輸入的邏輯信號(hào)電平大于或小于所設(shè)定的高低電平電位，則音響電路發(fā)聲

2、，如若在高低電平之間，則音響電路不發(fā)聲。利用這種方式設(shè)計(jì)電路，計(jì)算元器件參數(shù)，選擇成本合適的器件，確定電路形式并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后做出符合全部要求的實(shí)物。關(guān)鍵詞 邏輯信號(hào)；電平測(cè)試；高電平；低電平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目錄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 緒論 PAGEREF _Toc29786 1 HYPERLINK l _Toc30237 1.1課題研究及其意義 PAGEREF _Toc30237 1 HYPERLINK l _Toc4638 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc4638 1 HYPERLINK l _Toc18608 第二章 邏輯電平信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc18608 3 HYPERLINK l _Toc31208 2.

8、1 常用電平介紹 PAGEREF _Toc31208 3 HYPERLINK l _Toc18786 2.2測(cè)試電路的設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc18786 4 HYPERLINK l _Toc19395 2.3測(cè)試電路要求: PAGEREF _Toc19395 5 HYPERLINK l _Toc25509 2.4測(cè)試電路的原理介紹 PAGEREF _Toc25509 5 HYPERLINK l _Toc10907 第三章 測(cè)試電路硬件的選擇 PAGEREF _Toc10907 6 HYPERLINK l _Toc9946 3.1LM339電壓比較器芯片介紹 PAGEREF _Toc9

9、946 6 HYPERLINK l _Toc2027 3.2 555定時(shí)器芯片 PAGEREF _Toc2027 10 HYPERLINK l _Toc18364 3.3 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 PAGEREF _Toc18364 11 HYPERLINK l _Toc29162 第四章 整體電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29162 13 HYPERLINK l _Toc15981 4.1整體電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15981 13 HYPERLINK l _Toc8176 4.2輸入電路及邏輯判斷電路原理 PAGEREF _Toc8176 14 HYPERLINK l

10、 _Toc28085 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc28085 17 HYPERLINK l _Toc5929 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc5929 18 HYPERLINK l _Toc25971 致謝 PAGEREF _Toc25971 19蘇州大學(xué)高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第一章 緒論隨著電子技術(shù)和其他高技術(shù)的飛速發(fā)展，致使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技國(guó)防等領(lǐng)域以及人們社會(huì)生活發(fā)生了令人矚目的變革。電子元器件和集成電路的發(fā)展，使各種電器，電子儀表設(shè)備微型化，多功能化和更加靈活。隨之而來(lái)的電路測(cè)試和檢測(cè)問(wèn)題也應(yīng)運(yùn)而生，電平測(cè)試器就是在檢修數(shù)字集成電路時(shí)經(jīng)常用到的工具，人們也

11、時(shí)常用萬(wàn)用表和示波器對(duì)電平中的故障部位的高低電平進(jìn)行測(cè)量，都不如專(zhuān)用的邏輯電平測(cè)試器使用起來(lái)方便，快捷，電平測(cè)試器可以做成電平測(cè)試筆，便于攜帶和使用，采用聲音或光色對(duì)電平高低加以提示，使得人們不用盯著顯示器讀數(shù)，直接得到結(jié)果。1.1課題研究及其意義 在平常的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要遇到測(cè)試一些數(shù)字電路的電平信號(hào)；在測(cè)試這些數(shù)字電路或是檢測(cè)其功能的時(shí)候要測(cè)試其是高電平還是低電平，以方便后續(xù)的維修和檢驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)檢測(cè)信號(hào)的時(shí)候都要利用萬(wàn)用表和示波器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和判斷，但是這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷，而其操作起來(lái)比較繁瑣，一邊要看設(shè)備的屏幕，另外還要注意設(shè)備的工作狀況，稍有疏忽就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)確，從而影響到器件的制作

12、。所以想到了是否可以制作一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路用來(lái)方便判斷數(shù)字電路的信號(hào)的輸出狀況，不僅可以準(zhǔn)確的測(cè)試出高、低電平，而且也不用那么繁瑣的操作，再經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，制作出一個(gè)邏輯電平測(cè)試器，其目的就是一種可以簡(jiǎn)單判斷是高電平還是低電平的邏輯電路1。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的，這是19世紀(jì)著名科學(xué)家門(mén)捷列夫的名言。到了21世紀(jì)的今天，作為信息產(chǎn)業(yè)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，測(cè)試測(cè)量行業(yè)已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和發(fā)展保障2。而測(cè)試儀器作為測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展不可或缺的工具，在測(cè)試測(cè)量行業(yè)的發(fā)展中起到了巨大的作用。中國(guó)“十一五”期間，由于國(guó)家不斷增加基礎(chǔ)建設(shè)的投入力度，在旺盛市場(chǎng)需

13、求的帶動(dòng)下，對(duì)儀器需求不斷增加，同時(shí)測(cè)試儀器市場(chǎng)也正在快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)在經(jīng)過(guò)一段沉寂后，慢慢開(kāi)始復(fù)蘇。產(chǎn)品大幅度增長(zhǎng)主要有兩個(gè)原因，一是市場(chǎng)的巨大需求，特別是通信、廣播電視市場(chǎng)的巨大發(fā)展，引發(fā)了電子測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，二是電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)近幾年迅速向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，推出了部分?jǐn)?shù)字化產(chǎn)品，因而在若干個(gè)門(mén)類(lèi)品種上取得了較快的增長(zhǎng)。從近期中國(guó)儀表行業(yè)發(fā)展的情況來(lái)看勢(shì)頭喜人的，與全國(guó)制造業(yè)一樣，雖然遇到了不少困難但仍然保持了向上發(fā)展的態(tài)勢(shì)。盡管中國(guó)儀器市場(chǎng)正在快速的發(fā)展這，但與國(guó)外儀器生產(chǎn)企業(yè)比較仍然有很大的差距。中國(guó)主要科研單位、學(xué)校以及企業(yè)等單位中使用的高檔、大型儀器設(shè)備

14、幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口。同時(shí)，國(guó)外公司還占有國(guó)內(nèi)中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件市場(chǎng)60%以上的份額。世界測(cè)試儀器市場(chǎng)對(duì)中國(guó)的影響依然非常大。目前，在世界電子測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)上，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。以往，測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商主要都將儀器產(chǎn)品的高性能作為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，廠商開(kāi)發(fā)什么，用戶(hù)買(mǎi)什么。而今則已變成廠商努力開(kāi)發(fā)用戶(hù)需要的儀器，并且把更便宜、更好、更快、更易使用的測(cè)試儀器作為奮斗目標(biāo)。在信息化的推動(dòng)下，全世界測(cè)試儀器市場(chǎng)將繼續(xù)保持增長(zhǎng)的勢(shì)頭，人們普遍認(rèn)為，電子測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)的前景依然樂(lè)觀2。第二章 邏輯電平信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1 常用電平介紹現(xiàn)在常用的電平標(biāo)準(zhǔn)有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、

15、LVPECL、RS232、RS485等，還有一些速度比較高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、等，現(xiàn)在下面將對(duì)常用的電平標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹。(1)TTL：Transistor-Transistor Logic 三極管結(jié)構(gòu)。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供電，我們電腦

16、后面的串口即為RS232標(biāo)準(zhǔn)。+12V表示0，-12V表示1?？梢杂肕AX3232等專(zhuān)用芯片轉(zhuǎn)換，也可以用兩個(gè)三極管加一些外圍電路進(jìn)行反相和電壓匹配。RS485是一種差分結(jié)構(gòu)，相對(duì)RS232有更高的抗干擾能力。傳輸距離可以達(dá)到上千米。2.2測(cè)試電路的設(shè)計(jì)思路本文設(shè)計(jì)的邏輯電平測(cè)試器是采用聲音的聲調(diào)來(lái)表示被測(cè)數(shù)字電路個(gè)部位的邏輯狀態(tài)，高電平和低電平用不同聲調(diào)的聲音來(lái)表示；如果在高低電平之間則不會(huì)發(fā)出聲響。本文設(shè)計(jì)的邏輯測(cè)試電路可以由五部分組成：輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、音響聲調(diào)電路、發(fā)音電路和電源。其中設(shè)計(jì)原理框圖如圖2-1所示：音響聲調(diào)產(chǎn)生電路輸入電路邏輯狀態(tài)判斷電路電源 圖2-1：測(cè)試器的

17、工作原理圖2.3測(cè)試電路要求: 測(cè)量范圍 低電平3.5V； 用1kHz的音響表示被測(cè)信號(hào)為高電平； (3)用500Hz的音響表示被測(cè)信號(hào) (4)當(dāng)被測(cè)信號(hào)在0.8V3.5V之間時(shí)不發(fā)出音響 ； 輸入電阻大于20k； 工作電源5v。 輸入和邏輯狀態(tài)判斷電路要求用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)，音響聲調(diào)產(chǎn)生電路要求用555定時(shí)器構(gòu)成的震蕩器設(shè)計(jì)。2.4測(cè)試電路的原理介紹 本測(cè)試器的測(cè)試范圍分為低電平3.5V 0.8vu3.5V ,判斷電路中的高電平導(dǎo)通，低電平的電路截止；相反若為低電平，則低電平的電路導(dǎo)通，高電平的電路截止；若輸入電路中被測(cè)值介于 0.8vuUr時(shí)，輸出為高電平UOH。圖2b為其傳輸特性。遲滯

18、比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號(hào)Uin在門(mén)限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。圖3-4a給出了一個(gè)遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖3-4b為遲滯比較器的傳輸特性。 圖3-4a遲滯比較器 圖3-4b遲滯比較器的傳輸特性不難看出，當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過(guò)U之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來(lái)的是分辨率降低。因?yàn)閷?duì)遲滯比較器來(lái)說(shuō)，它不能分辨差別小于U的兩個(gè)輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應(yīng)速度，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。除此之外

19、，由于遲滯比較器加的正反饋很強(qiáng)，遠(yuǎn)比電路中的寄生耦合強(qiáng)得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。如果需要將一個(gè)跳變點(diǎn)固定在某一個(gè)參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個(gè)非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦?，便可?shí)現(xiàn)上述要求。圖3-5為其原理圖。 圖3-5 原理圖圖6為某電磁爐電路中電網(wǎng)過(guò)電壓檢測(cè)電路部分。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，1/4LM339的U42.8V，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為0V，BG1截止，U5的電壓就完全決定于R1與R2的分壓值，為2.7V，促使U4更大于U5，這就使翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)極為穩(wěn)定，避免了過(guò)壓點(diǎn)附近由于電網(wǎng)電壓很小的波動(dòng)而引起的不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由于制造了一定的回差

20、（遲滯），在過(guò)電壓保護(hù)后，電網(wǎng)電壓要降到242-5=237V時(shí)，U4U3，電磁爐才又開(kāi)始工作。這正是我們所期望的。圖3-6某電磁爐電路中電網(wǎng)過(guò)電壓檢測(cè)電路部分雙限比較器（窗口比較器） 圖3-7電路由兩個(gè)LM339組成一個(gè)窗口比較器。當(dāng)被比較的信號(hào)電壓Uin位于門(mén)限電壓之間時(shí)（UR1UinUR2或Uin2，則在C1和C2充電時(shí)，當(dāng)UC1達(dá)到3.5V時(shí)，UC2已接近穩(wěn)態(tài)時(shí)5V。因此在UC1升高到3.5V后，A3同相端電壓小于反相端電壓，A3輸出電壓由5V跳變?yōu)?V,使C2通過(guò)R9和rO3放電，UC2由5V逐漸降低。當(dāng)UC2降到小于A4反相端電壓(3.5V)時(shí)，A4輸出端電壓跳變?yōu)?V，二極管D5導(dǎo)

21、通，C1通過(guò)D5和A4的輸出電阻放電。因?yàn)锳4輸出電阻很小，所以UC1將迅速降到0V左右，這導(dǎo)致A3反相端電壓小于同相端電壓，A3的輸出電壓又跳變?yōu)?V，C1再一次充電，如此周而復(fù)始，就會(huì)在A3輸出端形成矩形脈沖信號(hào)。UC1、UC2和UO的波形如圖4-4所示12。 圖4-3音調(diào)產(chǎn)生電路原理圖 圖4-4 UC1、UC2和UO的波形 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié).通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，鞏固了我們學(xué)習(xí)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在這個(gè)過(guò)程中我完成了對(duì)聲調(diào)提示的邏輯電平測(cè)試器的原理的熟悉，對(duì)各單元及整機(jī)電路的設(shè)計(jì)，以及電路中使用的元器的選型，同時(shí)在圖書(shū)管和電子數(shù)據(jù)庫(kù)中收集到大量的資料，給電路設(shè)計(jì)，元器件選型，以及后面寫(xiě)論文提供足夠

22、的參考材料。該設(shè)計(jì)的原理就是通過(guò)LM339進(jìn)行電平(電壓)比較及通過(guò)RC電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器來(lái)發(fā)出聲音，都是模擬電路的一些知識(shí)，看起來(lái)是比較基礎(chǔ)的，但是標(biāo)準(zhǔn)電平的種類(lèi)是很多的，而卻有高電平和低電平之間的差距是很小的，要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類(lèi)的邏輯電平的準(zhǔn)確測(cè)量、準(zhǔn)確的提示，要求我們?cè)谕瓿稍O(shè)要在精確，穩(wěn)定上下功夫，通過(guò)仔細(xì)的計(jì)算和選型，選擇最適合的電阻阻值，電容，二極管，三極管等，并通過(guò)示波器的測(cè)量值的對(duì)比來(lái)對(duì)該測(cè)試器的測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)，即確定該測(cè)試期的檢驗(yàn)結(jié)果是否符合要求。雖然看似原理是不難的但要成完成預(yù)期的性能指標(biāo)，但是要完成電路的設(shè)計(jì)，并且使之達(dá)到相應(yīng)的功能和性能指標(biāo)要求，還是要仔細(xì)認(rèn)真的一步一步的分析，并在老師的指導(dǎo)下慢慢修改、完善。該論文以我們所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)為主，充分發(fā)揮我們自己的主觀能動(dòng)性，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)和鍛煉了虛心求教、克服困難、刻苦鉆研技術(shù)的精神，計(jì)算機(jī)網(wǎng)上查詢(xún)檢索能力，計(jì)算機(jī)繪圖能力，動(dòng)手設(shè)計(jì)制作能力，電子電路的應(yīng)用能力等。通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)電子技術(shù)方面的知識(shí)也是一次很好的復(fù)習(xí)，尤其對(duì)測(cè)量、電子技術(shù)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行一次較完整訓(xùn)練，對(duì)理論知識(shí)有了更深一步的了解和理解能較好地培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力，提高了