逻辑电平测试器.pdf

武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书 逻辑信号电平测试器的设计 1. 技术指标 设计、组装、调试逻辑信号电平测试器。测试器测量范围：低电平小于 0.8V ，高电平 大于 3.5V; 用 1KHz的音响表示被测信号是高电平， 用 800Hz 的音响表示被测信号是低电平， 当被测信号在 0.8--3.5V 之间时，不发出音响 ; 工作电源为 5V。 2. 设计方案及其比较 2.1 逻辑信号电平测试器的基本原理 电路由输入电路、逻辑判断电路、音响信号产生电路和音响驱动电路，由四部分子电 路组成。 电路的输入信号 Vi 由输入电路输出后，经过逻辑判断电路，在该电路中，通过比较 器的比较测试，将该信号区分为高电平和低电平两个信号分别输入音响信号产生电路，在 音响信号产生电路中，通过两个电容的充，放电过程，产生不同频率的脉冲信号，在音响 驱动电路中，不同频率的脉冲信号使得扬声器发出不同音调的响声，通过音调的不同来区 分高低电平的不同。 2.2 方案一 图 1 为方案一的电路原理图。电路由输入电路、逻辑判断电路、音响信号产生电路和 音响驱动电路，由四部分子电路组成。 1 武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书 图 1 方案一的原理图 2.2.1 输入电路 由 R1 和 R2 组成， 电路的作用是保证测试器输入端悬空时，输入电压既不是高电平， 也 不是低电平。一般情况下，在输入端悬空时，输入电压取 Vi=1.4V 。根据技术指标要求输 入电阻大于 20K? 。由此可得：1.4V=R2/(R1+R2)5V，R1//R2=20K? 。理论值计算得： R1=71.4K ? ，R2=27.8Ｋ? 。 2.2.2 逻辑判断电路 R3 和 R4的作用是给 U1的反相输入端提供一个 3.5V 的电压（高电平的基准平的基准） ； R5 为二极管 D1、D2 的限流电阻。 D1、D2 的作用是提供低电平信号基准具体逻辑判断情况 是：当输入是高电平时， Vu1=5V，Vu2=0；当输入是低电平时， Vu1=0V，Vu2=5V; 当输入 在 0.8~3.5V 之间，则 Vu1=Vu2=0.由此可得： R4/ （R4+R3）·5V=3.5V。所以理论上， R3： R4=3:7。 2.2.3 音响信号产生电路 主要由两个比较器 U3和 U4组成，根据前面对逻辑判断电路输出的研究，分三种情况 讨论。 （1）当输入在 0.8~3.5V 之间，则 Vu1=Vu2=0： 由于稳态时，电容 C1 两端电压为零，并且此时 Vu1 和 Vu2 两输入端均为低电平，二 极管 D3 和 D4截止，电容 C1 没有充电回路，而 U3 的同相输入端为基准电压 3.5V ，使得 2 武汉理工大学《专业课程设计（一） 》课程设计说明书 U3 的同相端电位高于反相端， 输出为高电平即 5V。输出通过电阻 R9按指数规律为电容 C2 充电，达到稳态时电容 C2 的电压为高电平， U4 的同相端 (5V) 高于反相端 (3.5V) ，虽然输 出为高电平，但是由于二极管 D5 的存在，电路的稳定状态不受影响。故电路输出一直保 持高电平。 （2）当输入是高电平时，即 Vu1=5V，Vu2=0： 此时二极管 D3导通，电容 C1 通过电阻 R6充电，按指数规律逐渐升高，由于 U3 同相 输入端电压为 3.5V ，则在 Vc1 未达