模拟电子技术论文

数字逻辑信号测试器

计算机与信息工程学院 2013级通信工程班 XXX 12356789

指导教师 XXX 讲师

摘要本文介绍了通过运用集成运算放大器的工作特性而设计的数字逻辑信号测试器。该器件可以通过声音的高低和发光二极管的亮灭来表示被测信号的逻辑状态，一般应用于数字电路测试、调试和检修等。

关键词集成运算放大器；逻辑状态识别电路；音响信号产生电路

1设计任务及主要技术指标和要求

1.1 设计一个数字逻辑信号测试器，要求能正常测试高电平、低电平或高阻。

（1）掌握集成运算放大器的工作原理及其应用。

（2）掌握数字逻辑信号测试器的原理。

1.2 设计要求

（1）选取单元电路及元件；

（2）逻辑信号测试器的原理分析；

（3）音响产生和驱动电路的设计与调试；

（4）各单元电路的参数计算；

（5）整体电路的联调（完成全电路理论设计、仿真、调试）；

1.3 设计参数

（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800HZ的音响表示，被测信号在0.8～3.5V 之间不发出声响。

（3）工作电源为5V，输入电阻大于20K欧姆。

2引言

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。在数字电路测试、调试和检修时，经常要对电路中某点的逻辑电平进行测试，采用万用表或示波器等仪器仪表很不方便，而采用逻辑信号电平测试器可以通过声音的高低和发光二极管的亮灭来表示被测信号的逻辑状态，使用简单方便。电路由输入电路、逻辑状态识别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，如若在高低电平之间，则音响不发声。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。

3电路组成及工作原理

3.1整体设计原理图

图1 原理框图

3.2 电路组成

（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R3和R4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VH>VL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（V A）U2（VB）

Vi

VL

Vi>VH>VL 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电路（2）音响信号产生电路

图3音响信号产生电路

当V

A =V

B

=0V（均为低电平）时：由于稳态时，电容C1两端电压为0，并且此

时V

A 和V

B

两输入端均为低电平，二极管D1和D2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U3的同相端电位高于反相端电位，U3输出Vo通过电阻R3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D3的存在，电路的稳定状态不受影响。故电路输出Vo一直保持高电平。

当V

A =5V，V

B

=0V时：此时二极管D1导通，电容C1通过电阻R1充电，Vc1

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未达到3.5V 之前，U3输出端电压保持为高电平。在Vc1升高到3.5V后，U3的反相端电压高于同相端电压，U3输出电压由5V跳变为0V，使C2通过电阻R3和U3的输出电阻Ro3放电，Vc2由5V逐渐下降，当Vc2下降到小于U4反相端电压（3.5V）时，U4的输出电压跳变为0V，二极管D3导通，C1通过D3和U4的输出电阻放电。

因为U4输出电阻很小，所以Vc1将迅速降到0V左右，这导致U3反相端电压小于同相端电压，U3的输出电压又跳变到5V，C1再一次充电，如此周而复始，就会在U3输出端形成矩形脉冲信号。

当V

A =0V，V

B

=5V时：此时电路的工作过程与VA=5V，VB=0V时相同，唯一区

别在于D2导通时，VB高电平通过R2向C1充电，所以C1的充电时间常数改变了，使得Vo的周期会发生相应的变化。

（3）音响驱动电路

如图3所示，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9012作为驱动管，可完全满足电路要求。

图4 音响驱动电路

3.3 参数计算、元器件选择

（1）参数计算

根据技术指标要求，输入电阻大于20 KΩ，并且输入悬空时，V

i

=1.4V（一

般在V

H =3.5V和V

L

=0.8V中间位置选取）。因此

V

i =(R

2

\R

1

+R

2

)Vcc=1.4V R

i

= R

1

R

2

\R

1

+R

2

≧20KΩ

解得 R

1=71KΩ R

2

=27.6KΩ

根据分压公式得 V

H =(R

4

\R

3

+R

4

) Vcc=3.5V

R

i = R

3

R

4

\R

3

+R

4

≧20KΩ解得 R

3

=29KΩ R

4

=68KΩ

V

L =(R

6

\R

5

+R

6

)Vcc=0.8V R

i

= R

5

R

6

\R

5

+R

6

≧20KΩ得R

5

=68KΩ