PAGEPAGE4（）題 目：邏輯信號電平測試器的設計專業(yè)： 通信工程 指導教師學生姓名：班級學號：目錄第一章 緒論 4設計的主要目的 4課題研究及其意義 4電平測試儀器及測試技術的發(fā)展狀5第二章方案設計與比8方案一 8方案二 9方案三 10方案比較 11第三章邏輯電平測試器的介12邏輯電平測試器的工作原理框12輸入電路及邏輯判斷電13音調產(chǎn)生電路原理 14第四章各單元電路和整機電路的設18輸入和邏輯判斷電路的設計 18音響產(chǎn)生電路的設計 20示波器顯示波形的設計 22元器件的選擇 23整機電路的設計 24第五章對邏輯電平測試器的檢測和調26檢驗電路各部分是否導26調試及測定主要參數(shù) 26記錄參數(shù)并總結分析 33設計總結及心得體會 34參考文獻 36PAGEPAGE5第一章緒論隨著電子技術和其他高技術的飛速發(fā)展，致使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技國防等領域以及人們社會生活發(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，電子儀表設備微型化，多功能化和更加靈活。隨之而來的電路測試和檢測問題也應運而生，電平測試器就是在檢修數(shù)字集成電路時經(jīng)常用到的工具，人們也時常用萬用表和示波器對電平中的故障部位的高低電平進行測量，都不如專用的邏輯電平測試器使用起來方便，快捷，電平測試器可以做成電平測試筆，便于攜帶和使用，采用聲音或光色對電平高低加以提示，使得人們不用盯著顯示器讀數(shù)，直接得到結果。設計的主要目的學習邏輯信號電平測試器的設計方法；掌握其各單元電路的設計與測試方法；進一步熟悉電子線路系統(tǒng)的裝調技術。課題研究及其意義在平常的實驗中，經(jīng)常要遇到測試一些數(shù)字電路的電平信號；在測試這些數(shù)字電路或是檢測其功能的時候要測試其是高電平還是低電平，以方便后續(xù)的維修和檢驗。一般來說檢測信號的時候都是要利用萬用表和示波器來進行檢測和判斷，但是這只是一個簡單的判斷，而其操作起來比較繁瑣，一邊要看設備的屏幕，另外還要注意設備的工作狀況，稍有疏忽就會PAGEPAGE8導致檢測不準確，從而影響到器件的制作。所以想到了是否可以制作一個簡單的電子電路用來方便判斷數(shù)字電路的信號的輸出狀況，不僅可以準確的測試出高、低電平，而且也不用那么繁瑣的操作，再進過仔細的研究和反復的實驗中，制作成了一個邏輯電平測試器，其目的就是一種可以簡單判斷是高電平還是低電平的邏輯電路。電平測試儀器及測試技術的發(fā)展狀況目前市場中所使用的電平測試儀的性能以向智能化、數(shù)字化、操作簡GK5110高頻通道測試儀是集振蕩器、寬頻電平表、選頻電平表、雜音儀、阻抗表、載波通道自動測試儀、頻率計等為一體的多功能儀表。儀表采用國際先進的雙DDSflashROM功的智能型、全數(shù)字化儀表。儀表測量精度高，電平穩(wěn)定，具有自動量程、自動電平校正、自動快速搜索、近端單機和遠端雙機同步自動測試，測量結果具有數(shù)字和模擬兩種指示，數(shù)據(jù)可存儲，并通過RS232接口上傳PC機，打印輸出。儀表頻率范圍200Hz～1700kHz，分辨率1Hz，頻率誤差±3×10-6，適用于平衡和同軸電纜FDM可廣泛用于電力、郵電、鐵路、等通信部門。由于發(fā)信的高電平(+18dB)和收信的高電平高頻參數(shù)測試，以及電力通信結合設備高頻阻波器、結合濾波器、高頻電纜的開通維護測試。LCD作。發(fā)信電平-77.9dB～+18dB，具有良好的頻響和電平穩(wěn)定度，輸出純度極高，是理想的高質量信號源。輸出口設有自動保護電路，不會因強信號灌入而損壞輸出電路，特別適用于繼電保護高頻收、發(fā)信機測試。收信電平測量范圍+50dB～-100dB，分辨率0.01dB，具有自動量程、備有各種輸出、輸入阻抗，適于與通信設備作終端或跨接測量。具有dB和dBm兩種測量單位，可根據(jù)需要切換，直接顯示而不用換算。具有25Hz和1.74kHz使電平表不僅作電平和串雜音測量，還可作波形分析。采用1.74kHz帶寬可長期監(jiān)測線路衡重雜音電平?！癆FC”功能可全頻段跟蹤被測信號，自動搜索功能快速準確地搜尋測量未知信號的電平和頻率。近端單機自動環(huán)測，遠端雙機自動同步對測，自動測量載波通道，高頻保護通道的電平、衰減、幅頻特性、衡重雜音、線路阻抗等高頻參數(shù)。且具有RS232串行接口，數(shù)據(jù)可存儲并上傳PC機打印輸出。下面介紹一種用頻譜分析測量數(shù)字信號電平的技術。在數(shù)字電視、數(shù)字傳輸、數(shù)據(jù)通信中，其信號是采用多種調制方式的數(shù)字信號，這時的數(shù)字信號電平已不能用一般傳統(tǒng)的方法來定度和測量，本文將引入每赫茲帶寬功率(dBmV/Hz)法解決數(shù)字電平測量。電壓是電子學的基本參數(shù)，也稱電平。電平和電壓是同一個參數(shù)，一μVkV等；電平是以dB作單位，如dBv、dBmV、dBμV等。電信號的電平，一般都是用正弦波的有效值為基準，以熱電偶測量功率來定度它的電壓值(電平值)，我們也叫做電平(電壓)的有效值。這就是說信號電平和功率之間是以熱電偶所產(chǎn)生的熱量來聯(lián)系的。我們知道，電功率是與信號波形無關的，而對于電平來說，我們所定度的正弦波那一定是無失真正弦波，否則要引入誤差。為了準確地測量信號的電平，一般正弦波信號不言而喻地用常規(guī)電平表示測量有效值，如果是脈沖信號則一般測量它的峰值。在電視信號測試中，因為視頻信號相當復雜，其信號大小是以行同步脈沖的峰值來定度，因此測定行同步脈沖峰值。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字通信、計算機網(wǎng)路，數(shù)字電視的發(fā)展，各種調制的數(shù)字信號出現(xiàn)，它們怎樣測量，這是一個非常重要的問題。目前常見的數(shù)字信號有FSK、PSK、ASK、、TDMA、FDMA、QPSK、QAM(dBmV/Hz)的概念PAGEPAGE9第二章方案設計與比較方案一V1V1輸入電路邏輯信號識別電路示波器顯示波形電路Vi識別電路，經(jīng)過該電路的識別比較，將信號分為高低電平兩種信號，在通過二極管的限流，在示波器上將該波形顯示出來。具體電路下圖所示。VCCVCCR41U1AExt+_5.0VR370kΩD1AB2R7+_+_16kΩ1N6095INPUTR175kΩ340.1VLM324ADVCCXSC25.0VR230kΩVCC5.0VR568kΩ11U1BExt+_AB6R8D2+_+_76kΩR651N60954LM324AD13kΩPAGEPAGE11方案二U1輸入電路U1輸入電路邏輯狀態(tài)判斷電路音響聲調電源VCC5.0VVCCR430kΩINVCC5.0VVCCR430kΩINU1C5.0VQ1U1A+R13R7D1R370kΩ10kΩ2N55517.6kΩLM324AD1N609540kΩXLV1INPUTR175kΩVCC0.1V5.0VR230kΩC20.01μFXSC1VCC5.0VR521kΩU1BR8D2D38.8kΩU1DIN+1N6095R64kΩLM324AD1N6095R910kΩLM324ADC10.1μFR11R12VCC30kΩ70kΩ5.0V方案三U1輸入電路U1輸入電路邏輯狀態(tài)判斷電路音響聲調電源D31BH62D31BH62XFC1123VCCD4XSC15.0V1BH62R16kΩU1R4D1VDD1.7V3.5kΩOPAMP_5T_VIRTUAL1BH62VCCR210.8kΩRSTDISTHRTRICONOUTLS1GNDU2R5D2BUZZER200Hz555_VIRTUALTimerR33.2kΩ18.8kΩ1BH62OPAMP_5T_VIRTUALR64.7kΩC20.1μFC10.1μF其中555定時器構成多諧振蕩器，震蕩頻率為PAGEPAGE12其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，由邏輯信號識別電路輸出得到。當輸入為高電平時，多謝振蕩器工作；反之，電路停振。方案比較方案三用到了555定時器，相對于方案一和方案二簡單，在通過頻率相對應的阻值上簡單，但考慮到了其成本較高，其中涉及的數(shù)電知識還未學習，并不算了解。所以采用方案一和方案二。但由于方案一只是簡單的對于高低電平的判斷，并且在讀取實驗數(shù)據(jù)的過程中，一邊要看設備的屏幕，另外還要注意設備的工作情況，使用起來十分的不方便，并且，方案一的成本也很高。方案二主要用到了運放電路，模電有學到。故本次課程設計中選取方案二作為本次課程設計的主要方案。PAGEPAGE13第三章邏輯電平測試器的介紹3.1 邏輯電平測試器的工作原理框圖下圖3-1比較，對電平進行測量。由下圖可以看出電路由五部分組成。即：輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、音響電路、發(fā)音電路和電源。U1輸入電路U1輸入電路邏輯狀態(tài)判斷電路音響聲調電源圖3-1測試器的工作原理框圖以上工作原理框圖可使用與不同標準的電平的測試，高電平為大于電平測試器技術指標>3.5V1kHz的音響表示被測信號為高電平800Hz0.8V~3.5V之間時，不發(fā)出音響PAGEPAGE185V由于在仿真過程中沒有找到合適的揚聲器，所選擇的揚聲器頻率不能改變，不能根據(jù)頻率的不同發(fā)出不同的音響，所以在本設計中，用輸出信號的波形來觀察周期，計算出頻率，從而推算出輸入信號是高電平還是低電平。輸入電路及邏輯判斷電路3-2U1是被測信號。U1AU1B為兩個運算放大器?？梢钥闯鯱1A和U1B分別與它們外圍電路組成兩個電壓比較器。U1B的同相端電0.8V左右，U1AUhR3R4的分壓決定。當被測U10.8V時，U1AU1A輸出端UA為低電平(0V)U1BUB為高電平U10.8V-Uh同相U1AU1B的輸出電壓均為低電平。當U1UHUAUB過改變R3和R4的比例可以控制高電平的范圍，而通過改變運算放大器U1B同相端電壓，可以控制低電平，經(jīng)過分壓電阻的調整，該邏輯電平測試器可以測量不同的標準電平。R41R41U1AAR32134INPUTR1VCCR2VCCR51U1B6B7R654圖3-2輸入和邏輯判斷電路音調產(chǎn)生電路原理圖3-3為音調產(chǎn)生電路原理圖。電路主要由兩個運算放大器U1C和U1D組成。INU1CINU1C4A10R7D18U0911R10C2BR8D2D3U1D41214IN13C1R911R11R12VCC下面分三種情況說明電路的工作原理。UA=UB=0V(低電平時。此時由于A和B和U1D的反相輸入端電壓為3.5V，同相端輸入電壓為電容C2兩端的電壓U1D這個電壓肯定的是大于或等于0V，因此二極管D3也是截止的。由于D1，D2和D3均處于截止狀態(tài)，電容C1沒有充電回路，UC1將保持0V的電壓不變，使U1C輸出為高電平。時此時二極管1C1通過91按指數(shù)規(guī)律逐漸升高，U1CUC13V之前，U1C輸出端電壓為5C2通過103-3可以看出C1的充電時間常數(shù)11*7，C2的充電時間常數(shù)22(103為C12，C1和UC13V3V5VC2通過5VUC2降到小U1D反相端電壓(3V)時，U1D0V導通，C1U1DU1DUC1u3.t0VU1C反相端電壓小于同相端電壓，U1C的輸5V，C1U1C形成矩形脈沖信號。、UC2和u3.tUU5C2tttt23-3UC1、UC2UO的波形3-3U1CU0的周期T=??1

+??2

(2-1)根據(jù)一階電路的響應特點可知，在??1期間電容C1充電，UC1(t)=5(1-et t1)，在??12

期間電容C2放電，UC2(t)=5e

2。根據(jù)UC1(t)和UC2(t)的表達式可以分別求出：

1??(2-2)12??=﹣τ2ln0.7≈0.36τ2(2-3)21 這就是說只要改變時間常數(shù) ， 即可改變U01 當

=0，U

=5V時A B此時電路的工作過程與UA=5V，UB=0V時相同，唯一的區(qū)別是由于D2導通D1截止，UB高電平通過R7,D2向C1，所以C1充電時間常數(shù)改變了，使U0的周期會發(fā)生相應的變化。PAGEPAGE19第四章各單元電路和整機電路的設計輸入和邏輯判斷電路的設計VCCVCC5.0VR430kΩ1U1AR370kΩ231LM324AD4INPUTR175kΩVCC0.1V5.0VR230kΩVCC5.0VR521kΩ1U1B6R64kΩ57LM324AD4圖4-1輸入和邏輯判斷電路輸入和邏輯判斷電路如圖所示。輸入電路由R1和R2組成。電路作用時保證測示器輸入端懸空時，U1即不是高電平，也不是低電平。一般情況下，在輸入端懸空時，UI=1.4V。根據(jù)技術指標要求輸入電阻大于20kΩ，PAGEPAGE26因此可得：V(3-1) RV2

1.4VRR CC1 2R1 2

20KRR1 2可求出 R1=71kΩR2=27.6kΩ取標稱值R1=75kΩR2=30kΩR3R4U1A3.5V的電壓準。因此只要保證R3RR3

*VCC

(3-3)R3R3=70kΩ可求得：R4

29kΩ,取R=30kΩ。4同理，R5和R6作用是給U1B的同相輸入端提供低電平信號基準，計算后取R5=21kΩ、R6=4kΩ。4音響產(chǎn)生電路的設計VCCINVCCIN45.0VU1C10R7D1897.6kΩ1N609511LM324ADR1040kΩC20.01μF4R8D2D3U1D1214IN8.8kΩ1N60951N609513C10.1μFR910kΩ1LM324AD1R11R1230kΩ70kΩ圖4-2為音響產(chǎn)生電路的電路圖12114-2中的作用與圖中的R=70kΩR=30kΩ。和1N6095.1211我們選取=0.4ms2因為選取所以R10=C2

2C2=0.01uF=0.4ms0.01uF

=40kΩ又因根據(jù)給定要求或

2T=t1+t2=1.2 +0.36 =1.2 +0.144*101 2 1 =R7*C1 被測信號為高電平)11'=R8*C1 被測信號為低電平)1我們選取C1=0.1uF，由于技術指標中給定當被測信號為高電平時，音響頻率為1kHz；被測信號為低電平時，音響頻率為800Hz。所以被測信號為高電平時因為1T=f

=1ms所以1.21

+0.36

=1*10321.21

+0.14*103=1*103 ≈0.72ms1 *R7=1= kΩC *1061所以R7=7.2kΩ當被測信號為低電平時，音響頻率為800Hz，此時因為111T= =

ms=1.25msf 800所以1.2'+0.14*103=1.25*1031'≈0.92ms11R='=*1031

=9.2kΩ8 C *1061示波器顯示波形的設計由于Multisim13中提供的揚聲器頻率不可變，故不能根據(jù)音響來判斷電平的高低，此處我們選用示波器，將示波器接在運放的輸出端，可以根據(jù)示波器中波形的周期來計算頻率從而得出電平的高低，示波器電路圖如圖所示。ExtTrig+ExtTrig+_ABVCC+_+_5.0VQ1R1310kΩ2N5551XLV1Input元器件的選擇選取標稱值，即元件庫里所有的實際元件，按最接近的值選取。即：R1=75K， R2=30KR3=70K， R4=30KR5=21K， R7=7.6K，R8=8.8KR9=10K，R10=40KR11=30K，R12=70KC1=0.1uf， C2=0.01uf運算放大器：LM324AD二極管：1N6095三極管：2N5551萬能板一塊、導線若干整機電路的設計VCCVCC5.0VVCCR430kΩINU1C5.0V4Q11U1A10+R13R7D18R370kΩ2910kΩ2N555117.6kΩ3LM324AD1N60951LM324ADR1040kΩXLV114InputINPUTR175kΩVCC0.1V5.0VR230kΩC20.01μFXSC1VCC5.0VR521kΩ1U1BD2D36R81478.8kΩ1N6095U1D412IN13+R64kΩ5LM324AD4C10.1μF1N6095R910kΩ1LM324AD1R11R12VCC30kΩ70kΩ4-5

5.0V圖4-5成：輸入與邏輯判斷電路、音響產(chǎn)生電路、揚聲器驅動電路組成。UI測試點的接入口，接入被測量，被測電壓與圖中U1U2的基準電壓比較，其中U1為高電平標準，U2為低電平標準。以上設計均為將U1設3.5V，U2。此兩點的電壓采用的是分壓發(fā)控制，可采用可L(VC5；其中的音調產(chǎn)生電路主要產(chǎn)生對應高低電平的兩種不同頻率的方波，方波的頻率與電平的高低無關，只于電路中充電、放電電路中的電阻、電容的大小有關，控制充放電電路中、C的音調。LM324LM324集成運放芯片。PAGEPAGE27第五章對邏輯電平測試器的檢測和調試檢驗電路各部分是否導通按照電路圖連接仿真電路，電路可以正常工作，有波形輸出，但是發(fā)R7和R8800Hz。調試及測定主要參數(shù)改變輸入邏輯信號的大?。?.5VU05-2所示。圖5-2PAGEPAGE28音響電路的信號波形如圖5-3所示，其信號周期是圖5-3PAGEPAGE29C15-45-4所示。圖5-4PAGEPAGE340.8V3.5V波形：（1）輸出信號U0的波形如圖5-5所示，是沒有波動的信號圖5-5C15-6充放電，音響信號也是沒有波動，所以符合設計要求。圖5-60.8V時的波形：U05-7所示，是有波動的信號。圖5-7C15-81.25ms左右,800Hz左右,符合設計要求。圖5-8記錄參數(shù)并總結分析由測試結果可知：3.5V時的波形：輸出信號U0的波形是有波動的信號。音響電路信號波形的周期是1.009ms，其頻率為1KHz。此時C1電電路電阻很小瞬間放電，符合設計要求。0.8V3.5V的波形：U0的波形是沒有