逻辑电平测试器的课程设计

逻辑信号电平测试器的设计课程设计的任务与目的学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用的模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

课程设计的基本要求掌握电子电路分析和设计的基本方法。

包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。

培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。

包括：学会自己分析解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、在判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立的进行分析，进而做出恰当的评价。

掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。

巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。

通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。

课设计任务（一）设计目的学习逻辑信号电平测试器的设计方法。

设计要求和技术指标在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表对电路的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障原因。

使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期，但使用者必须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕，一面寻找测试点，因此使用起来很不方便。

本课题所设计的一起采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同声调的声音来表示，使用者无需分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。

1.技术指标（1）测量范围：低电平<，高电平>；（2）用1KHz的音响表示被测信号为高电平；（3）用800Hz的音响表示被测信号为低电平；（4）当被测信号在～之间时，不发出音响；（5）输入电阻大于20kΩ；（6）工作电源为5V；2．设计要求（1）进行方案论证及方案比较；（2）分析电路的组成及工作原理；（3）进行单元电路设计计算；（4）画出整机电路图；（5）写出元件明细表；（6）小结和讨论；（7）写出对本设计的心得体会；3.撰写内容要求：（1）设计说明书一份（不少于10页）；（2）整机电路图一份（B5纸）；（3）元件明细表一份；（4）正文层次分明、客观真实、绘图规范、书写工整、语言流畅；（5）设计中引用的参考文献不少于5篇；目录前言0第一章电平绪论0电平测试仪器及测试技术的发展状况0本文的主要工作2第二章方案设计及比较2方案一2方案二3方案三4方案比较5第三章声调提示的逻辑电平测试器的原理介绍5逻辑电平介绍及测试器的工作原理框图5输入电路及逻辑判断电路原理6音调产生电路原理 7扬声器原理9第四章各单元电路和整机电路的设计10输入和逻辑判断电路的设计10音响产生电路的设计11扬声器驱动电路的设计13元器件的选择13整机电路的设计14设计总结及心得体会15参考文献16前言在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表和示波器对电路中的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障的原因。

使用这些仪器能较准确的测出被测点信号的电平的高低和被测电平的周期，但是使用者必须一方面用眼睛看着万用表的表盘或示波器的屏幕，另一方面还要寻找测试点，因此使用起来很不方便。

声调提示的逻辑电平测试器用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同的声调的声音表示，使用者不需分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。

该测试器采用运算放大器作电压比较器进行电平判断，根据电平高低使音响电路产生不同频率方波驱动扬声器，使扬声器有相应不同的声调输出提示。

通过对基准电压的设定，可以对常用的电平标准TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS等进行测试判断。

关键词：放大器；逻辑电平；测试；声调提示第一章电平绪论随着电子技术和其他高技术的飞速发展，致使工业、农业、科技国防等领域以及人们社会生活发生了令人瞩目的变革。

电子元器件和集成电路的发展，使各种电器，电子仪表设备微型化，多功能化和更加灵活。

随之而来的电路测试和检测问题也应运而生，电平测试器就是在检修数字集成电路时经常用到的工具，人们也时常用万用表和示波器对电平中的故障部位的高低电平进行测量，都不如专用的逻辑电平测试器使用起来方便，快捷，电平测试器可以做成电平测试笔，便于携带和使用，采用声音或光色对电平高低加以提示，使得人们不用盯着显示器读数，直接得到结果。

电平测试仪器及测试技术的发展状况目前市场中所使用的电平测试仪的性能以向智能化、数字化、操作简单化方向发展。

如GK5110数字电平综合测试仪(高频通道测试仪)是集振荡器、宽频电平表、选频电平表、杂音仪、阻抗表、载波通道自动测试仪、频率计等为一体的多功能仪表。

仪表采用国际先进的双DDS技术、带flashROM的单片机、温补晶振TCXO，以及大规模集成的特殊电路开发成功的智能型、全数字化仪表]1[。

仪表测量精度高，电平稳定，具有自动量程、自动电平校正、自动快速搜索、近端单机和远端双机同步自动测试，测量结果具有数字和模拟两种指示，数据可存储，并通过RS232接口上传PC 机，打印输出。

仪表频率范围200Hz～1700kHz，分辨率1Hz，频率误差±3×10-6，适用于平衡和同轴电缆FDM系统以及无线链路和卫星系统的基带电平测量，可广泛用于电力、邮电、铁路、等通信部门。

由于发信的高电平(+18dB)和收信的高电平(+50dB)输入测量，以及输出口的自动保护功能，使仪表特别适用于电力载波、保护设备以及电力线载波通道的测试。

例如高压输电线路、变电站等场所的电力线载波通道进行电平、衰减、串杂音、阻抗等高频参数测试，以及电力通信结合设备高频阻波器、结合滤波器、高频电缆的开通维护测试。

性能及特点：全数字化，大屏幕高清晰LCD汉字图形显示，菜单式操作。

发信电平～+18dB，具有良好的频响和电平稳定度，输出纯度极高，是理想的高质量信号源。

输出口设有自动保护电路，不会因强信号灌入而损坏输出电路，特别适用于继电保护高频收、发信机测试。

收信电平测量范围+50dB～-100dB，分辨率，具有自动量程、自动校正，电平测量稳定，精确度高。

测量结果有数字和模拟棒两种指示。

电信号的电平，一般都是用正弦波的有效值为基准，以热电偶测量功率来定度它的电压值(电平值)，我们也叫做电平(电压)的有效值。

这就是说信号电平和功率之间是以热电偶所产生的热量来联系的。

我们知道，电功率是与信号波形无关的，而对于电平来说，我们所定度的正弦波那一定是无失真正弦波，否则要引入误差。

为了准确地测量信号的电平，一般正弦波信号不言而喻地用常规电平表示测量有效值，如果是脉冲信号则一般测量它的峰值。

在电视信号测试中，因为视频信号相当复杂，其信号大小是以行同步脉冲的峰值来定度，因此测定行同步脉冲峰值。

随着数字技术的发展，数字通信、计算机网路，数字电视的发展，各种调制的数字信号出现，它们怎样测量，这是一个非常重要的问题。

目前常见的数字信号有FSK、PSK、ASK、CDMA、TDMA、FDMA、QPSK、QAM等。

从测量的角度来看，无论那种调制数字信号，都可以把它当作在一定带宽内的噪声来对待。

因此，我们用每赫兹功率电平(dBmV/Hz)的概念，将一定带宽的功率来表征信道的功率(dBmV)，笔者称为平均功率电平。

像频谱仪通常是测量正弦波的电平有效值，来表征电平]4[。

本文的主要工作本文主要完成的是声调提示的逻辑电平测试器的原理、各单元的电路的设计过程、所用到的电子元器件的介绍。

本文按照不同的内容，分三个章节进行组织。

第一章为绪论，介绍了声调逻辑电平测试器的用途及产生背景，同时给出了目前电平测试仪表的发展状况；第二章介绍了几种方案及其比较，第三章介绍了标准电平，分析了所用电路的基本原理；第四章详细介绍了各个单元和完整电路的设计过程，设计电路原理图；最后设计总结。

第二章方案设计及比较方案一设计方框图电路如图所示，该电路的输入信号Vi通过输入电路后，进入逻辑信号识别电路，经过该电路的识别比较，将信号分为高低电平两种信号，在通过二极管的限流，在示波器上将该波形显示出来。

具体电路下图所示。

方案二方案二设计方框图如图所示：该电路由四部分组成，即输入电路，逻辑信号识别电路，音响信号产生电路和扬声器，在该电路中，电路的输入信号Vi由输入电路输出后，经过逻辑信号识别电路，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，不同频率的脉冲信号使得扬声器发出不同的响声，通过响声的不同来区分高低电平的不同。

具体电路下图所示。

方案三方案三设计方框图原理图如方案二，输入电路域逻辑判断电路域方案二相同，不同的地方在于音响产生电路。

具体电路如下图所示。

其中555定时器构成多谐振荡器，震荡频率为其输出信号经三极管推动扬声器。

PR为控制信号，由逻辑信号识别电路输出得到。

当输入为高电平时，多谢振荡器工作；反之，电路停振。

方案比较方案三用到了555定时器，相对于方案一和方案二简单，在通过频率相对应的阻值上简单，但考虑到了其成本较高，所以采用方案一和方案二。

但由于方案一只是简单的对于高低电平的判断，并且在读取实验数据的过程中，一边要看设备的屏幕，另外还要注意，设备的工作情况，使用起来十分的不方便，并且，方案一的成本也很高。

故本次课程设计中选取方案二作为本次课程设计的主要方案。

第三章声调提示的逻辑电平测试器的原理介绍逻辑电平介绍及测试器的工作原理框图下图3-1为测试器的工作原理框图。

本测试器采用运算放大器做电压比较，对电平进行测量。

由下图可以看出电路由五部分组成。

即：输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。

图3-1测试器的工作原理框图以上工作原理框图可使用与不同标准的电平的测试，，高电平为大于3V，低电平为小于1V。

电平测试器技术指标(1)测量范围：低电平<高电平>(2)用1kHz的音响表示被测信号为高电平(3)用800Hz的音响表示被测信号为低电平(4)当被测信号在~之间时，不发出音响(5)输入电阻大于20kΩ(6)工作电源5V输入电路及逻辑判断电路原理图3-2为测试输入和逻辑判断电路原理图。

图3-2中U1是被测信号。

A1和A2为两个运算放大器。

可以看出A1和A2分别与它们外围电路组成两个电压比较器。

A2的同相端电压为1V左右(D1和D2分别为硅和锗二极管)，A1的反相端电压U h由R3和R4的分压决定。