逻辑电平信号测试器.doc

湖南文理学院芙蓉学院 电子技术综合课程设计 专业班级：电子信息科学与技术 学生姓名： XXXX 学生学号： XX 指导教师： XXXX 设计时间：2012.6.4-2012.6.15 一、设计任务与要求 1）设计题目：数字逻辑电平信号测试器设计 2）基本要求： （1）、测量范围：低电平0.8V，高电平3.5V （2）、高低电平分别用1KHZ和500HZ的音响表示，被测信号在0.8～3.5V之间不发出声响。高电平使红色二极管亮，低电平使绿色二极管亮，在0.8～3.5V之间使黄色二极管亮。 （3）、工作电源为5V，输入电阻大于20K欧姆。 元器件：555定时器，扬声器，晶体三极管，运放器，电阻电容若干 二、方案设计与论证 为了方便进行对某点的电平测试，设计一个逻辑信号测试器。电路由输入电路、逻辑状态识别电路、二极管点亮电路和音响信号产生电路等组成。输入的逻辑信号电平大于或小于所设定的高低电平电位，则音响发声且点亮红/绿二极管，如若在高低电平之间，则音响不发声且点亮黄色二极管。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。 1、原理框图 输入信号电路逻辑信号识别电路二极管点亮电路音响信号产生电路 输入信号电路 逻辑信号识别电路 二极管点亮电路 音响信号产生电路 2、对原理框图的描述： 1）、方案论证：如图1，逻辑信号测试器由四部分电路组成，分别是输入信号电路、逻辑信号识别电路、二极管点亮电路和音响产生电路。输入一个逻辑信号，其电平值高于3.5V或低于0.8V音响二极管红、绿灯分别点亮和发声，在0.8V和3.5V之间音响不发声、二极管黄灯亮，再观察输出Vo是否符合标准。 2）、步骤：（1）输入电压Vcc=5V。通过电阻分压得到高低两电平。 （2）输入一个逻辑信号，比较两个运算放大器同相端与反相端电压的高低。若同相端电压高于反相端，则输出电压为5V；若反相端电压高于同相端，则输出电压为0V。 （3）输出是由两个555定时器分别够成多谢振荡器产生1000HZ/500HZ的频率，在经由三极管的来驱动蜂鸣器产生音响。 三、单元电路设计与参数计算 1、输入及逻辑信号识别电路 如图2所示，Vi是输入的被测逻辑电平信号，输入电路是由电阻R1和R2组成，其作用是保证输入端悬空时，Vi既不是高电平，也不是低电平。U1和U2组成的双限比较器对输入信号进行检测识别，U1的反相端为高电平值电位参考端，其电压值由电阻R1和R2分压后获得，记为VH。同理，U2的同相端为低电平值电位参考端，其值由R5和R6分压决定，记为VL。 比较器的同相输入端高于反相输入端电压时，比较器输出为高电平（5V），反之，则比较器输出为低电平（0V）。在保证VHVL的条件下，输入、输出状态有以下关系：见表1。 表1 输入、输出状态关系 输入 U1（VA） U2（VB） ViVLVH 低 高 VLViVH 低 低 ViVHVL 高 低 通过分析比较器的输出状态，就能够判断输入逻辑信号电平的高低。被测逻辑电平信号高于高电位、低于低电位时音响发声；在高、低电位之间音响不发声。 图2 输入及逻辑信号识别 2、二极管点亮电路 如图3，经由电压比较器的输出从而使二极管点亮。图中所示，当测试电压为高于3.5V时，上面的电压比较器导通，使得红色二极管被点亮。当测试电压低于0.8V时。下面的电压比较器导通，使得绿色二极管被点亮。当测试电压在0.8～3.5V之间，两个电压比较器同时输出低电平，分别通过非门和一个与门使得黄色的二极管被点亮。此过程中没有重叠地方，电压比较器只能是一个导通一个截止或者两个一起截止。 图3二极管点亮电路 3、音响产生和驱动电路 如图4所示，由555定时器构成多谐振荡器产生1000HZ/500HZ的频率。由于音响负载工作电压较低而且功率较小，因此对驱动三极管的耐压等条件要求不高，故选去9013作为驱动管，可完全满足电路要求。多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。 图5音响产生和驱动电路 4、多谐振荡器 555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个