逻辑信号电平测试器地设计

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1、word课程设计论文题 目：逻辑信号电平测试器的设计专 业： 通信工程 指导教师：兰振平学生：班级学号：151-322016年12月17日目录第一章绪 论441.2 课题研究与其意义45第二章 方案设计与比拟82.1 方案一82.2 方案二92.3 方案三102.4 方案比拟11第三章 逻辑电平测试器的介绍123.1 逻辑电平测试器的工作原理框图123.2 输入电路与逻辑判断电路133.3 音调产生电路原理14第四章 各单元电路和整机电路的设计184.1 输入和逻辑判断电路的设计184.2 音响产生电路的设计204.3 示波器显示波形的设计222324第五章对逻辑电平测试器的检测和调试255.

2、1 检验电路各局部是否导通255.2 调试与测定主要参数2633设计总结与心得体会34参考文献36第一章 绪 论随着电子技术和其他高技术的飞速开展，致使工业、农业、科技国防等领域以与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开展，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上下电平进展测量，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上下加以提示，使得人们不用盯着显示器读

3、数，直接得到结果。主要目的1.1.1 学习逻辑信号电平测试器的设计方法；1.1.2 掌握其各单元电路的设计与测试方法；1.1.3 进一步熟悉电子线路系统的装调技术。1.2 课题研究与其意义在平常的实验中，经常要遇到测试一些数字电路的电平信号；在测试这些数字电路或是检测其功能的时候要测试其是高电平还是低电平，以方便后续的维修和检验。一般来说检测信号的时候都是要利用万用表和示波器来进展检测和判断，但是这只是一个简单的判断，而其操作起来比拟繁琐，一边要看设备的屏幕，另外还要注意设备的工作状况，稍有疏忽就会导致检测不准确，从而影响到器件的制作。所以想到了是否可以制作一个简单的电子电路用来方便判断数字电

4、路的信号的输出状况，不仅可以准确的测试出高、低电平，而且也不用那么繁琐的操作，再进过仔细的研究和反复的实验中，制作成了一个逻辑电平测试器，其目的就是一种可以简单判断是高电平还是低电平的逻辑电路。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、操作简单化方向开展。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，以与大规模集成的特殊电路开发成功的智能型、全数字化仪表。 仪表测量精度高，电平稳定，具有自动量程、自动电

5、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。 仪表频率围200Hz1700kHz，分辨率1Hz，频率误差310-6，适用于平衡和同轴电缆FDM系统以与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，以与输出口的自动保护功能，使仪表特别适用于电力载波、保护设备以与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展电平、衰减、串杂音、阻抗等高频参数测试，以与电力通信结合设备高频阻波器、结合

6、滤波器、高频电缆的开通维护测试。 性能与特点：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-77.9dB+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。收信电平测量围+50dB-100dB，分辨率0.01dB，具有自动量程、自动校正，电平测量稳定，准确度高。测量结果有数字和模拟棒两种指示。备有各种输出、输入阻抗，适于与通信设备作终端或跨接测量。具有dB和dBm两种测量单位，可根据需要切换，直接显示而不用换算。具有25Hz和1.74kHz两种选频带宽，良好的

7、选择性和极低的固有失真，使电平表不仅作电平和串杂音测量，还可作波形分析。采用1.74kHz带宽可长期监测线路衡重杂音电平。 “AFC功能可全频段跟踪被测信号，自动搜索功能快速准确地搜寻测量未知信号的电平和频率。近端单机自动环测，远端双机自动同步对测，自动测量载波通道，高频保护通道的电平、衰减、幅频特性、衡重杂音、线路阻抗等高频参数。且具有RS232串行接口，数据可存储并上传PC机打印输出。 下面介绍一种用频谱分析测量数字信号电平的技术。在数字电视、数字传输、数据通信中，其信号是采用多种调制方式的数字信号，这时的数字信号电平已不能用一般传统的方法来定度和测量，本文将引入每赫兹带宽功率(dBmV/

8、Hz)法解决数字电平测量。电压是电子学的根本参数，也称电平。电平和电压是同一个参数，一般来说，它们的区别在于单位不同。电压是以伏(V)作单位，如V、mV、V、kV等；电平是以dB作单位，如dBv、dBmV、dBV等。 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，否如此要引入误差。 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

9、如此一般测量它的峰值。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。随着数字技术的开展，数字通信、计算机网路，数字电视的开展，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。第二章 方案

10、设计与比拟2.1 方案一电路如下列图，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拟，将信号分为上下电平两种信号，在通过二极管的限流，在示波器上将该波形显示出来。具体电路如下图所示。2.2 方案二如下列图：该电路由四局部组成，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，通过比拟器的比拟测试，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

11、过响声的不同来区分上下电平的不同。具体电路如下图所示。2.3 方案三原理图如方案二，输入电路域逻辑判断电路域方案二一样，不同的地方在于音响产生电路。具体电路如如下图所示。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，多振荡器工作；反之，电路停振。2.4 方案比拟方案三用到了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，但考虑到了其本钱较高，其中涉与的数电知识还未学习，并不算了解。所以采用方案一和方案二。但由于方案一只是简单的对于上下电平的判断，并且在读取实验数据的过程中，一边要看设备

12、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，方案一的本钱也很高。方案二主要用到了运放电路，模电有学到。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 逻辑电平测试器的介绍3.1 逻辑电平测试器的工作原理框图如下图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拟，对电平进展测量。由如下图可以看出电路由五局部组成。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3.5V，低电平为小于V。电平测试器技术指标(1)测量围：低电平V(2)用1kHz的音响表示被测

13、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V3.5V之间时，不发出音响(5)输入电阻大于20k(6)工作电源5V由于在仿真过程中没有找到适宜的扬声器，所选择的扬声器频率不能改变，不能根据频率的不同发出不同的音响，所以在本设计中，用输出信号的波形来观察周期，计算出频率，从而推算出输入信号是高电平还是低电平。3.2 输入电路与逻辑判断电路图3-2中U1是被测信号。U1A和U1B为两个运算放大器。可以看出U1A和U1B分别与它们外围电路组成两个电压比拟器。U1B的同相端电压为0.8V左右，U1A的反相端电压Uh由R3和R4的分压决定。当被测电压U1小于0.8V时，U1

14、A反相端电压大于同相端电压，使U1A输出端UA为低电平(0V)。U1B反相端电压小于同相端电压，使它输出端UB为高电平(5V)。当U1在0.8V-Uh之间时，U1A同相端电压小于UH，U1B同相端电压也小于反相端电压，所以U1A和U1B的输出电压均为低电平。当U1大于UH时，U1A输出端UA为高电平，U1B输出端UB为低电平。通过改变R3和R4的比例可以控制高电平的围，而通过改变运算放大器U1B同相端电压，可以控制低电平，经过分压电阻的调整，该逻辑电平测试器可以测量不同的标准电平。BA图3-2输入和逻辑判断电路3.3 音调产生电路原理图3-3为音调产生电路原理图。电路主要由两个运算放大器U1C

15、和U1D组成。BAU0下面分三种情况说明电路的工作原理。(1)当UA=UB=0V(低电平)时。此时由于A和B两点全为低电平，所以二极管D1和D2截止。因U1D的反相输入端电压为3.5V，同相端输入电压为电容C2两端的电压UC2，由于时一个随时间按指数规律变化的电压，所以U1D输出电压不确定，但这个电压肯定的是大于或等于0V，因此二极管D3也是截止的。由于D1，D2和D3均处于截止状态，电容C1没有充电回路，UC1将保持0V的电压不变，使U1C输出为高电平。(2)当UA=5V，UB=0V时此时二极管D1导通，电容C1通过R9充电，UC1按指数规律逐渐升高，由于U1C同相输入端电压为3V，所以在UC1达到3V之前，U1C输出端电压为5V，C2通过R10充电。从图3-3可以看出C1的充电时间常数1=C1*R7，C2的充电时间常数2=C2(R10+rO3)，其中rO3为U1C的输出电阻。假设12，如此在C1和C2充电时，当UC1达到3V时，UC2已接近稳态时5V。因此在UC1升高到3V后，U1C同相端电压小于反相端电压，U1C输出电压由