模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)邏輯信號(hào)電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)

1、摘 要在檢修數(shù)字集成電路組成的設(shè)備時(shí)，經(jīng)常需要使用萬(wàn)用表和示波器對(duì)電路中的故障部位的高低電平進(jìn)行測(cè)量，以便分析故障的原因。使用這些儀器能較準(zhǔn)確的測(cè)出被測(cè)點(diǎn)信號(hào)的電平的高低和被測(cè)電平的周期，但是使用者必須一方面用眼睛看著萬(wàn)用表的表盤(pán)或示 波器的屏幕，另一方面還要尋找測(cè)試點(diǎn)，因此使用起來(lái)很不方便。本文介紹了一個(gè)邏輯信號(hào)電平測(cè)試器，它可以方便快捷的測(cè)量某一點(diǎn)的電位的高低，通過(guò)聲音的有無(wú)和聲音的頻率來(lái)判定被測(cè)電位的電平范圍，從而能解決平常對(duì)電路中某點(diǎn)的邏輯電平進(jìn)行測(cè)試其高低電平時(shí)，采用很不方便的萬(wàn)用表或示波器等儀器儀表的麻煩。該測(cè)試器采用運(yùn)算放大器作電壓比較器進(jìn)行電平判斷，根據(jù)電平高低使音響電路產(chǎn)生不

2、同頻率方波驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器有相應(yīng)不同的聲調(diào)輸出提示。從而達(dá)到了測(cè)試效果。關(guān)鍵詞 放大器；邏輯信號(hào)；電平測(cè)試；高電平；低電平abstractwhen repairing the equipments made up digital integrated circuits, we often need to use a multimeter or oscilloscope to measure the logic level in order to analyze the reasons for failure. the use of these instruments makes the m

3、easure more accurate .it can be used to measure the level and the periods of the signal. but on the one hand, the user must be with their eyes looking at the screen of dial multimeter or oscilloscope, on the other hand they must find the test points, so it is very inconvenience.this paper, a logic l

4、evel signal tester, it can be a convenient measurement that the level of potential through the availability of voice and sound frequencies to determine the level of the measured potential range. thus can solve common circuit at some point in the logic level test its height electricity at ordinary ti

5、mes, it is not convenient by the multimeter or oscillograph instrument。the tester uses the amplifier as the voltage comparator to distinguish the logic level , in accordance with high and low level the audio circuits produce different frequency square-wave to drive speakers, so the speakers have dif

6、ferent output prompt tones.keywords:amplifier; slogic signal, level testing, high, low模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的學(xué)生通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在模擬電子技術(shù)中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握常用模擬電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)

7、果、寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2、培養(yǎng)一定的自學(xué)能力、獨(dú)立分析問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題的能力。包括：學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方；對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，能通過(guò)獨(dú)立思考、查詢工具書(shū)和參考文獻(xiàn)來(lái)尋找解決方案，掌握電路測(cè)試的一般規(guī)律；能通過(guò)觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷的基本方法解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一般故障；能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立地進(jìn)行分析，進(jìn)而做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。3、掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程及安裝、布線、焊接等基本技能。4、鞏固常用電子儀器的正確使用方法，掌握常用電子器件的測(cè)試技能。5、通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀。6、以下六個(gè)課題任選一個(gè)，四人

8、一組，要求完成實(shí)物制作和設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告格式符合要求，本學(xué)期第十七周交作品和報(bào)告，并進(jìn)行答辯。3、 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 課題4 邏輯信號(hào)電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)邏輯信號(hào)電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)方法；2、掌握其各單元電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試方法；3、進(jìn)一步熟悉電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。（二）設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)在檢修數(shù)字集成電路組成的設(shè)備時(shí)，經(jīng)常需要使用萬(wàn)用表和示波器對(duì)電路中的故障部位的高低電平進(jìn)行測(cè)量，以便分析故障原因。使用這些儀器能較準(zhǔn)確地測(cè)出被測(cè)點(diǎn)信號(hào)電平的高低和被測(cè)信號(hào)的周期，但使用者必須一面用眼睛看著萬(wàn)用表的表盤(pán)或者示波器的屏幕，一面尋找測(cè)試點(diǎn)，因此使用起來(lái)很不方便。本課題所設(shè)計(jì)的儀器采用聲音來(lái)

9、表示被測(cè)信號(hào)的邏輯狀態(tài)，高電平和低電平分別用不同聲調(diào)的聲音來(lái)表示，使用者無(wú)須分神去看萬(wàn)用表的表盤(pán)或示波器的熒光屏。1、技術(shù)指標(biāo)：（1）測(cè)量范圍：低電平3.5v；（2）用1khz的音響表示被測(cè)信號(hào)為高電平；（3）用800hz的音響表示被測(cè)信號(hào)為低電平；（4）當(dāng)被測(cè)信號(hào)在0.83.5v之間時(shí)，不發(fā)出音響；（5）輸入電阻大于20k；（6）工作電源為5v。2、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)輸入與邏輯判斷電路、音響產(chǎn)生電路和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路；（2）選定元器件和參數(shù)，并繪制電路原理圖；（3）在萬(wàn)能板或面包板或pcb板上進(jìn)行電路安裝調(diào)試；（4）擬定測(cè)試方案并進(jìn)行測(cè)試；（5）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。（3） 設(shè)計(jì)提示1、測(cè)試器的原理框

10、圖 圖4.1 測(cè)試器原理框圖由圖可知，電路由五部分組成：輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、音響電路、發(fā)音電路和電源。2、輸入電路及邏輯判斷電路輸入和邏輯判斷電路如圖4.2所示，輸入電路由r1和r2組成。電路的作用是保證測(cè)試器輸入端懸空時(shí)，輸入電壓既不是高電平，也不是低電平。一般情況下，在輸入端懸空時(shí)，輸入電壓。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求輸入電阻大于20k，因此可得：從而可確定r1和r2阻值。r3和r4的作用是給a1的反相輸入端提供一個(gè)3.5v的電壓（高電平的基準(zhǔn)）。因此只要保證即可。r3和r4取值過(guò)大時(shí)容易引入干擾，取值過(guò)小時(shí)則會(huì) 圖4.2 輸入和邏輯判斷電路增大耗電量。工程上一般在幾十千歐到幾百千歐姆間選取

11、。 r5為二極管d1、d2的限流電阻。d1、d2的作用是提供低電平信號(hào)基準(zhǔn)，按給定技術(shù)指標(biāo)可取一只鍺二極管和一只硅二極管。 3、音響產(chǎn)生電路圖4.3為音響產(chǎn)生電路單元電路圖。圖中r10和r11的作用與圖中的r3和r4相同?？蓞⒖紃3和r4取值。三個(gè)二極管可選用鍺二極管如2ap9。根據(jù)公式： 我們選取 因?yàn)?選取 從而可以確定r9阻值。又因?yàn)?圖4.3 音響產(chǎn)生電路單元電路圖 根據(jù)給定要求， （被測(cè)信號(hào)為高電平）或 （被測(cè)信號(hào)為低電平）我們選取，由于技術(shù)指標(biāo)中給定被測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)，音響頻率為1khz，被測(cè)信號(hào)為低電平時(shí)，音響頻率為800hz。所以在被測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)，因?yàn)?所以 從而可以確定

12、圖4.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)低電平時(shí)的音響頻率值，則可確定r7阻值。 4、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路如圖4.4所示。由于驅(qū)動(dòng)電路的工作電源電壓比較低，因此對(duì)三極管的耐壓要求不高。如可選取3dg12為驅(qū)動(dòng)管。r為限流電阻，可選取阻值為10 k。 5、設(shè)計(jì)用儀器設(shè)備：示波器1臺(tái)，交流毫伏表，數(shù)字萬(wàn)用表1塊，低頻信號(hào)發(fā)生器，實(shí)驗(yàn)面包板或萬(wàn)能板6、設(shè)計(jì)用主要器件：集成運(yùn)算放大器（如lm324）、三極管、二極管、電容、電阻若干7、參考書(shū)：1 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試.華中科技大學(xué)出版社，20062 金鳳蓮. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì). 清華大學(xué)出版社，2009（四）設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、列出設(shè)計(jì)

13、步驟，畫(huà)出電路，標(biāo)出元件數(shù)值。2、比較實(shí)測(cè)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。3、列出測(cè)試數(shù)據(jù)表格。4、分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響。（五）設(shè)計(jì)思考與總結(jié)1、總結(jié)放大器的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識(shí)點(diǎn)。2、總結(jié)放大器主要參數(shù)的測(cè)試方法。3、分析信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)輸出波形失真的影響。4、對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。目 錄 toc o 1-3 h z u 摘要.i課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).第一章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)的主要目的.1 1.2課題研究及其意義.1 1.3電平測(cè)試儀器及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r.2第二章 邏輯電平測(cè)試器的簡(jiǎn)單介紹 2.1 大概要求和技術(shù)指標(biāo).4 2.2 測(cè)試器的原理框圖.4 2.3 輸入電路及邏輯判斷電路原理.5

14、 2.4 音調(diào)產(chǎn)生電路原理.5 2.5 揚(yáng)聲驅(qū)動(dòng)電路原理.8第三章 邏輯電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)思路 3.1 集成運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)介紹.9 3.2 輸入和邏輯判斷電路的設(shè)計(jì).11 3.3 音響產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì).12 3.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).13 3.5 元器件的選擇.13 3.6 整體電路的設(shè)計(jì).14第四章 對(duì)邏輯電平測(cè)試器的檢測(cè)和調(diào)試 4.1 檢驗(yàn)電路各部分是否導(dǎo)通.15 4.2 調(diào)試及測(cè)定主要參數(shù).16 4.3記錄參數(shù)并總結(jié)分析.19設(shè)計(jì)總結(jié).21致謝.22參考文獻(xiàn).23第一章 緒論隨著電子技術(shù)和其他高技術(shù)的飛速發(fā)展，致使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技國(guó)防等領(lǐng)域以及人們社會(huì)生活發(fā)生了令人矚目的變革。電子元

15、器件和集成電路的發(fā)展，使各種電器，電子儀表設(shè)備微型化，多功能化和更加靈活。隨之而來(lái)的電路測(cè)試和檢測(cè)問(wèn)題也應(yīng)運(yùn)而生，電平測(cè)試器就是在檢修數(shù)字集成電路時(shí)經(jīng)常用到的工具，人們也時(shí)常用萬(wàn)用表和示波器對(duì)電平中的故障部位的高低電平進(jìn)行測(cè)量，都不如專(zhuān)用的邏輯電平測(cè)試器使用起來(lái)方便，快捷，電平測(cè)試器可以做成電平測(cè)試筆，便于攜帶和使用，采用聲音或光色對(duì)電平高低加以提示，使得人們不用盯著顯示器讀數(shù)，直接得到結(jié)果。1.1 設(shè)計(jì)的主要目的1.1.1 學(xué)習(xí)邏輯信號(hào)電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)方法；1.1.2 掌握其各單元電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試方法；1.1.3 進(jìn)一步熟悉電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)。1.2課題研究及其意義 在平常的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常

16、要遇到測(cè)試一些數(shù)字電路的電平信號(hào)；在測(cè)試這些數(shù)字電路或是檢測(cè)其功能的時(shí)候要測(cè)試其是高電平還是低電平，以方便后續(xù)的維修和檢驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)檢測(cè)信號(hào)的時(shí)候都是要利用萬(wàn)用表和示波器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和判斷，但是這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷，而其操作起來(lái)比較繁瑣，一邊要看設(shè)備的屏幕，另外還要注意設(shè)備的工作狀況，稍有疏忽就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)確，從而影響到器件的制作。所以想到了是否可以制作一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路用來(lái)方便判斷數(shù)字電路的信號(hào)的輸出狀況，不僅可以準(zhǔn)確的測(cè)試出高、低電平，而且也不用那么繁瑣的操作，再進(jìn)過(guò)仔細(xì)的研究和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，制作成了一個(gè)邏輯電平測(cè)試器，其目的就是一種可以簡(jiǎn)單判斷是高電平還是低電平的邏輯電路。1.3電平測(cè)試

17、儀器及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r目前市場(chǎng)中所使用的電平測(cè)試儀的性能以向智能化、數(shù)字化、操作簡(jiǎn)單化方向發(fā)展。如gk5110數(shù)字電平綜合測(cè)試儀(高頻通道測(cè)試儀)是集振蕩器、寬頻電平表、選頻電平表、雜音儀、阻抗表、載波通道自動(dòng)測(cè)試儀、頻率計(jì)等為一體的多功能儀表。儀表采用國(guó)際先進(jìn)的雙dds技術(shù)、帶flashrom的單片機(jī)、溫補(bǔ)晶振tcxo，以及大規(guī)模集成的特殊電路開(kāi)發(fā)成功的智能型、全數(shù)字化儀表。 儀表測(cè)量精度高，電平穩(wěn)定，具有自動(dòng)量程、自動(dòng)電平校正、自動(dòng)快速搜索、近端單機(jī)和遠(yuǎn)端雙機(jī)同步自動(dòng)測(cè)試，測(cè)量結(jié)果具有數(shù)字和模擬兩種指示，數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)，并通過(guò)rs232接口上傳pc機(jī)，打印輸出。 儀表頻率范圍200hz170

18、0khz，分辨率1hz，頻率誤差310-6，適用于平衡和同軸電纜fdm系統(tǒng)以及無(wú)線鏈路和衛(wèi)星系統(tǒng)的基帶電平測(cè)量，可廣泛用于電力、郵電、鐵路、等通信部門(mén)。由于發(fā)信的高電平(+18db)和收信的高電平(+50db)輸入測(cè)量，以及輸出口的自動(dòng)保護(hù)功能，使儀表特別適用于電力載波、保護(hù)設(shè)備以及電力線載波通道的測(cè)試。例如高壓輸電線路、變電站等場(chǎng)所的電力線載波通道進(jìn)行電平、衰減、串雜音、阻抗等高頻參數(shù)測(cè)試，以及電力通信結(jié)合設(shè)備高頻阻波器、結(jié)合濾波器、高頻電纜的開(kāi)通維護(hù)測(cè)試。 性能及特點(diǎn)：全數(shù)字化，大屏幕高清晰lcd漢字圖形顯示，菜單式操作。發(fā)信電平-77.9db+18db，具有良好的頻響和電平穩(wěn)定度，輸出純

19、度極高，是理想的高質(zhì)量信號(hào)源。輸出口設(shè)有自動(dòng)保護(hù)電路，不會(huì)因強(qiáng)信號(hào)灌入而損壞輸出電路，特別適用于繼電保護(hù)高頻收、發(fā)信機(jī)測(cè)試。收信電平測(cè)量范圍+50db-100db，分辨率0.01db，具有自動(dòng)量程、自動(dòng)校正，電平測(cè)量穩(wěn)定，精確度高。測(cè)量結(jié)果有數(shù)字和模擬棒兩種指示。備有各種輸出、輸入阻抗，適于與通信設(shè)備作終端或跨接測(cè)量。具有db和dbm兩種測(cè)量單位，可根據(jù)需要切換，直接顯示而不用換算。具有25hz和1.74khz兩種選頻帶寬，良好的選擇性和極低的固有失真，使電平表不僅作電平和串雜音測(cè)量，還可作波形分析。采用1.74khz帶寬可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)線路衡重雜音電平。 “afc”功能可全頻段跟蹤被測(cè)信號(hào)，自動(dòng)搜

20、索功能快速準(zhǔn)確地搜尋測(cè)量未知信號(hào)的電平和頻率。近端單機(jī)自動(dòng)環(huán)測(cè)，遠(yuǎn)端雙機(jī)自動(dòng)同步對(duì)測(cè)，自動(dòng)測(cè)量載波通道，高頻保護(hù)通道的電平、衰減、幅頻特性、衡重雜音、線路阻抗等高頻參數(shù)。且具有rs232串行接口，數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)并上傳pc機(jī)打印輸出。 下面介紹一種用頻譜分析測(cè)量數(shù)字信號(hào)電平的技術(shù)。在數(shù)字電視、數(shù)字傳輸、數(shù)據(jù)通信中，其信號(hào)是采用多種調(diào)制方式的數(shù)字信號(hào)，這時(shí)的數(shù)字信號(hào)電平已不能用一般傳統(tǒng)的方法來(lái)定度和測(cè)量，本文將引入每赫茲帶寬功率(dbmv/hz)法解決數(shù)字電平測(cè)量。電壓是電子學(xué)的基本參數(shù)，也稱(chēng)電平。電平和電壓是同一個(gè)參數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，它們的區(qū)別在于單位不同。電壓是以伏(v)作單位，如v、mv、v、kv等

21、；電平是以db作單位，如dbv、dbmv、dbv等。 電信號(hào)的電平，一般都是用正弦波的有效值為基準(zhǔn)，以熱電偶測(cè)量功率來(lái)定度它的電壓值(電平值)，我們也叫做電平(電壓)的有效值。這就是說(shuō)信號(hào)電平和功率之間是以熱電偶所產(chǎn)生的熱量來(lái)聯(lián)系的。我們知道，電功率是與信號(hào)波形無(wú)關(guān)的，而對(duì)于電平來(lái)說(shuō)，我們所定度的正弦波那一定是無(wú)失真正弦波，否則要引入誤差。 為了準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)的電平，一般正弦波信號(hào)不言而喻地用常規(guī)電平表示測(cè)量有效值，如果是脈沖信號(hào)則一般測(cè)量它的峰值。在電視信號(hào)測(cè)試中，因?yàn)橐曨l信號(hào)相當(dāng)復(fù)雜，其信號(hào)大小是以行同步脈沖的峰值來(lái)定度，因此測(cè)定行同步脈沖峰值。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)路，數(shù)

22、字電視的發(fā)展，各種調(diào)制的數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)，它們?cè)鯓訙y(cè)量，這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。目前常見(jiàn)的數(shù)字信號(hào)有fsk、psk、ask、cdma、tdma、fdma、qpsk、qam等。從測(cè)量的角度來(lái)看，無(wú)論那種調(diào)制數(shù)字信號(hào)，都可以把它當(dāng)作在一定帶寬內(nèi)的噪聲來(lái)對(duì)待。因此，我們用每赫茲功率電平(dbmv/hz)的概念，將一定帶寬的功率來(lái)表征信道的功率(dbmv)，筆者稱(chēng)為平均功率電平。 像頻譜儀通常是測(cè)量正弦波的電平有效值，來(lái)表征電平。第二章 邏輯電平測(cè)試器的簡(jiǎn)單介紹2.1 大概要求和技術(shù)指標(biāo)2.1.1 技術(shù)指標(biāo)：（1）測(cè)量范圍：低電平3.5v；（2）用1khz的音響表示被測(cè)信號(hào)為高電平；（3）用800hz的音

23、響表示被測(cè)信號(hào)為低電平；（4）當(dāng)被測(cè)信號(hào)在0.83.5v之間時(shí)，不發(fā)出音響；（5）輸入電阻大于20k；（6）工作電源為5v。2.1.2 設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)輸入與邏輯判斷電路、音響產(chǎn)生電路和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路；（2）選定元器件和參數(shù)，并繪制電路原理圖；（3）在萬(wàn)能板或面包板或pcb板上進(jìn)行電路安裝調(diào)試；（4）擬定測(cè)試方案并進(jìn)行測(cè)試；（5）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。2.2測(cè)試器的原理框圖 由圖可知，電路由五部分組成：輸入電路、邏輯狀態(tài)判斷電路、音響電路、發(fā)音電路和電源。2.3 輸入電路及邏輯判斷電路原理 圖2-1為測(cè)試輸入和邏輯判斷電路原理圖。 以a1和a2的輸出電壓均為低電平。當(dāng)u1大于uh時(shí)，a1輸出端ua

24、為高電平，a2輸出端ub為低電平。通過(guò)改變r(jià)3和r4的比例圖2-2中u1是被測(cè)信號(hào)。a1和a2為兩個(gè)運(yùn)算放大器?？梢钥闯鯽1和a2分別與它們外圍電路組成兩個(gè)電壓比較器。a2的同相端電壓為0.8v左右(d1 和d2分別為硅和鍺二極管)，a1的反相端電壓uh由r3和r4的分壓決定。當(dāng)被測(cè)電壓u1小于0.8v時(shí)，a1反相端電壓大于同相端電壓，使a1輸出端ua為低電平(0v)。a2反相端電壓小于同相端電壓，使它輸出端ub為高電平(5v)。當(dāng)u1在0.8v-uh之間時(shí)，a1同相端電壓小于uh，a2同相端 圖2-1 輸入和邏輯判斷電路電壓也小于反相端電壓，所可以控制高電平的范圍，而通過(guò)改變運(yùn)算放大器a2同

25、相端電壓，可以控制低電平，圖中的二極管可以是分壓電阻，所以經(jīng)過(guò)分壓電阻的調(diào)整，該邏輯電平測(cè)試器可以測(cè)量不同的標(biāo)準(zhǔn)電平。2.4 音調(diào)產(chǎn)生電路原理圖2-2為音調(diào)產(chǎn)生電路原理圖。電路主要由兩個(gè)運(yùn)算放大器a3和a4組成。 圖2-2 音調(diào)產(chǎn)生電路單元電路下面分三種情況說(shuō)明電路的工作原理。2.4.1當(dāng)ua=ub=0v(低電平)時(shí)。此時(shí)由于a和b兩點(diǎn)全為低電平，所以二極管d3和d4截止。因a4的反相輸入端電壓為3.5v，同相端輸入電壓為電容c2兩端的電壓uc2，由于時(shí)一個(gè)隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律變化的電壓，所以a4輸出電壓不確定，但這個(gè)電壓肯定的是大于或等于0v，因此二極管d5也是截止的。由于d3，d4和d5均處于

26、截止?fàn)顟B(tài)，電容c1沒(méi)有充電回路，uc1將保持0v的電壓不變，使a3輸出為高電平。2.4.2當(dāng)ua=5v，ub=0v時(shí)此時(shí)二極管d3導(dǎo)通，電容c1通過(guò)r6充電，uc1按指數(shù)規(guī)律逐漸升高，由于a3同相輸入端電壓為3.5v，所以在uc1達(dá)到3.5v之前，a3輸出端電壓為5v，c2通過(guò)r9充電。從圖2-3可以看出c1的充電時(shí)間常數(shù)1=c1*r6，c2的充電時(shí)間常數(shù)2=c2(r9+ro3)，其中ro3為a3的輸出電阻。假設(shè)12，則在c1和c2充電時(shí)，當(dāng)uc1達(dá)到3.5v時(shí)，uc2已接近穩(wěn)態(tài)時(shí)5v。因此在uc1升高到3.5v后，a3同相端電壓小于反相端電壓，a3輸出電壓由5v跳變?yōu)?v,使c2通過(guò)r9和r

27、o3放電，uc2由5v逐漸降低。當(dāng)uc2降到小于a4反相端電壓(3.5v)時(shí)，a4輸出端電壓跳變?yōu)?v，二極管d5導(dǎo)通，c1通過(guò)d5和a4的輸出電阻放電。因?yàn)閍4輸出電阻很小，所以u(píng)c1將迅速降到0v左右，這導(dǎo)致a3反相端電壓小于同相端電壓，a3的輸出電壓又跳變?yōu)?v，c1再一次充電，如此周而復(fù)始，就會(huì)在a3輸出端形成矩形脈沖信號(hào)。uc1、uc2和uo的波形如圖2-3 所示。3.5vtuc1uc23.5v5vtt2t1u0t圖2-3 uc1、uc2和uo的波形 由圖1-3可以看出a3的輸出電壓uo的周期 t=t1+t2 (2-1) 根據(jù)一階電路的響應(yīng)特點(diǎn)可知，在t1期間電容c1充電，uc1(t

28、)=5(1-e)，在t2期間電容c2放電，uc2(t)=5e。根據(jù)uc1(t)和uc2(t)的表達(dá)式可以分別求出： t1=-1.2 (2-2)t2=-0.36 (2-3)這就是說(shuō)只要改變時(shí)間常數(shù)，即可改變uo的周期。2.4.3當(dāng)ua=0、ub=5v時(shí) 此時(shí)電路的工作過(guò)程與ua=5v，ub=0v時(shí)相同，唯一的區(qū)別是由于d4導(dǎo)通d3截止，ub高電平通過(guò)r7,d4向c1，所以c1充電時(shí)間常數(shù)改變了，使uo的周期會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。2.5 揚(yáng)聲驅(qū)動(dòng)電路原理 圖2.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路揚(yáng)聲器主要有永久磁鐵、線圈、和錐形紙盆組成。強(qiáng)弱按聲音變化的電流，使揚(yáng)聲器內(nèi)電磁鐵的磁性忽強(qiáng)忽弱，線圈就向里或外運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)紙

29、盆發(fā)生震動(dòng)發(fā)出聲音。將電能轉(zhuǎn)化為聲能，并將它輻射到空氣中的一種電聲換能器件。電影、電視、廣播以及各種需要揚(yáng)聲的場(chǎng)合都需要使用揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器的主要性能指標(biāo)有：靈敏度、頻率響應(yīng)、額定功率、額定阻抗、指向性以及失真等。 揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)，在恒定電壓作用下，在參考軸上距參考點(diǎn)一定距離處，揚(yáng)聲器所輻射的聲壓級(jí)隨頻率變化的特性。頻率響應(yīng)一般是記錄在以對(duì)數(shù)頻率刻度為橫坐標(biāo)的圖上，即頻率響應(yīng)曲線。 不同規(guī)格、口徑的揚(yáng)聲器能夠發(fā)出不同的音調(diào)，(不同頻率范圍的)，不可能全頻段都兼顧，所以有高、中、低、音之分。聲音的三要素 響度、音調(diào)、音品(音色) 響度:聲音大小聲,與發(fā)音體產(chǎn)生的聲波振幅有關(guān) 音調(diào):聲音的高低,與發(fā)

30、音體產(chǎn)生的振動(dòng)頻率有關(guān) 音品:聲音的獨(dú)特性，與發(fā)音體產(chǎn)生的波形有關(guān) 本設(shè)計(jì)就利用了音調(diào)的高低與發(fā)音體的震動(dòng)頻率有關(guān)的原理，根據(jù)音響電路中產(chǎn)生的不同頻率的方波驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出不同音調(diào)聲音。 第三章 邏輯電平測(cè)試器的設(shè)計(jì)思路3.1 集成運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)介紹3.1.1集成運(yùn)算放大器lm324 這里主要介紹電路中所用到的集成運(yùn)算放大器lm324。lm324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)

31、用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。lm324四運(yùn)放是集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸 出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-(-)為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào) 與該輸入端的相位相同，如圖3-1，lm324的引腳排列見(jiàn)圖3-2。 圖 3-2放大器引腳圖圖3-1放大器由于lm324四運(yùn)放電路具有

32、電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。3.1.2 比較器 當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí)(即開(kāi)環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大(實(shí)際上是很大,如lm324運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大 倍數(shù)為100db，既10萬(wàn)倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平(v+)，就是低電平(v-或接地)。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。 圖3-3比較器電路設(shè)計(jì)附圖中使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻r1、r1組成分壓電路，為運(yùn)放a1設(shè)定比較電平u1；電阻r2、r2組成分壓電路，為運(yùn)放a2設(shè)定比較電平u2。輸

33、入電壓u1同時(shí)加到a1的正輸入端和a2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)ui u1時(shí)，運(yùn)放a1輸出高電平；當(dāng)ui u2，則當(dāng)輸入電壓ui越出u2，u1區(qū)間范圍時(shí)，led點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇u2 u1，則當(dāng)輸入電壓在u2，u1區(qū)間范圍時(shí)，led點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。此電路與各類(lèi)傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。3.2 輸入和邏輯判斷電路的設(shè)計(jì)輸入和邏輯判斷電路如圖3-4所示，輸入電路由r1和r2組成。電路的作用是保證測(cè)試器輸入端懸空時(shí)，輸入電壓既不是高電平，也不是低電平。一般情況下，在輸入端懸空時(shí)，輸入電壓。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求輸入電阻大于20k

34、，因此可得：從而可確定r1和r2阻值?？山獾茫?r1=71k r2=27.6k取聯(lián)系值： r1=75k r2=30k 圖3-4 輸入和邏輯判斷單元電路 r3和r4的作用是給a1的反相輸入端提供一個(gè)3.5v的電壓（高電平的基準(zhǔn)）。因此只要保證 即可。 r3和r4取值過(guò)大時(shí)容易引入干擾，取值過(guò)小時(shí) 則會(huì)增大耗電量。工程上一般在幾十千歐到幾百千歐姆間選取。因此選取r4=68k，可得到：r329k,取r3=30k。 r5為二極管d1、d2的限流電阻。d1、d2的作用是提供低電平信號(hào)基準(zhǔn)，按給定技術(shù)指標(biāo)可取一只鍺二極管和一只硅二極管。 可?。簉5=10k 3.3 音響產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 圖3-5為音響產(chǎn)生電

35、路單元電路圖。 圖中r10和r11的作用與圖中的r3和r4相同?？蓞⒖紃3和r4取值。三個(gè)二極管可選用鍺二極管如2ap9。根據(jù)公式： 我們選取 因?yàn)?選取 從而可以確定r9阻值，有： r9=50k 又因?yàn)椋?圖3-5音響產(chǎn)生電路單元電路圖根據(jù)給定要求， （被測(cè)信號(hào)為高電平）或 （被測(cè)信號(hào)為低電平）我們選取，由于技術(shù)指標(biāo)中給定被測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)，音響頻率為1khz，被測(cè)信號(hào)為低電平時(shí)，音響頻率為800hz。所以在被測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)，因?yàn)?所以 從而可以確定 1.2+0.36=1*10 1.2+0.18*10=1*10 得 0.68ms r6=k 圖3-6揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路 所以 r6=6.8k根據(jù)低

36、電平時(shí)的音響頻率值，則可確定r7的值勤為9.1k。3.4 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路如圖3-6所示。由于驅(qū)動(dòng)電路的工作電源電壓比較低，因此對(duì)三極管的耐壓要求不高。 如可選取3dg12為驅(qū)動(dòng)管。r為限流電阻，可選取阻值為10 k。 在上一級(jí)的音頻產(chǎn)生電路中，高電平會(huì)使其產(chǎn)生1khz的方波，低電平會(huì)使其產(chǎn)生800hz的方波，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)管3dg12后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，使之發(fā)出不同音調(diào)的聲音。3.5元器件的選擇 選取標(biāo)稱(chēng)值，即元件庫(kù)里所有的實(shí)際元件，按最接近的值選取。即： r1=75k， r2=30k r3=30k， r4=68k r5=68k， r6=13k r7=6.8k， r8=8.9k

37、r9=9.1k， r10=5k c=0.1uf ， c=0.01uf 運(yùn)算放大器：lm324 二極管：2ap9，普通鍺、硅二極管各一個(gè) 三極管：8050 萬(wàn)能板一塊、導(dǎo)線若干3.6 整體電路的設(shè)計(jì)3-7聲調(diào)提示的邏輯電平測(cè)試器的整機(jī)電路圖3-7為聲調(diào)提示的邏輯電平測(cè)試器的整機(jī)電路整機(jī)電路由三部分組成：輸入與邏輯判斷電路、音響產(chǎn)生電路、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路組成。ui測(cè)試點(diǎn)的接入口，接入被測(cè)量，被測(cè)電壓與圖中u1、u2的基準(zhǔn)電壓比較，其中u1為高電平標(biāo)準(zhǔn)，u2為低電平標(biāo)準(zhǔn)。以上設(shè)計(jì)均為將u1設(shè)定為3.5v，u2設(shè)定為0.8v。此兩點(diǎn)的電壓采用的是分壓發(fā)控制，可采用可變式電阻分壓，即可控制不同標(biāo)準(zhǔn)電平。若

38、以ttl (vcc：5v：vih=2v；vil=0.8v)電平為例，則設(shè)置u1=2v，u2=0.8v。通過(guò)控制此處即可控制該測(cè)試器的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。其中的音調(diào)產(chǎn)生電路主要產(chǎn)生對(duì)應(yīng)高低電平的兩種不同頻率的方波，方波的頻率與電平的高低無(wú)關(guān)，只于電路中充電、放電電路中的電阻、電容的大小有關(guān)，控制充放電電路中r、c的大小可以控制揚(yáng)聲器產(chǎn)生不同的音調(diào)。該整機(jī)電路用到了四個(gè)lm324運(yùn)算放大器，剛好一片lm324集成運(yùn)放芯片。第四章 對(duì)邏輯電平測(cè)試器的檢測(cè)和調(diào)試4.1 檢驗(yàn)電路各部分是否導(dǎo)通 按照電路圖連接仿真電路，如圖4-1所示,由于在仿真過(guò)程中，觀察到電容c1之充電不能放電，是因?yàn)楸容^電壓過(guò)高，為此我在比較

39、電壓器加上了一個(gè)分壓電路，可以保證c1能放電，同時(shí)有發(fā)現(xiàn)輸出頻率不滿足要求，所以又把r7和r8的電阻值減小，就滿足了頻率在高電平是為1khz，在低電平是為800hz 圖4-14.2 調(diào)試及測(cè)定主要參數(shù)改變輸入邏輯信號(hào)的大?。?4.2.1當(dāng)輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為12，大于3.5v時(shí)的波形：（1） 輸出信號(hào)u0的波形如圖4-2所示。圖4-2（2） 音響電路的信號(hào)波形如圖4-3所示，其信號(hào)周期是1.025ms，其頻率為1khz，符合設(shè)計(jì)要求。圖4-3（3）c1的充放電波形圖如圖4-4所示。符合設(shè)計(jì)要求，其充電按時(shí)間常數(shù)充電，放電由于放電電路電阻很小瞬間放電，所得波形為圖4-4所示。圖4-4 4.2

40、.2輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為2,3v，大于0.8v小于當(dāng)3.5v時(shí)的波形：（1）輸出信號(hào)u0的波形如圖4-5所示。是沒(méi)有波動(dòng)的信號(hào)。圖4-5（2） 音響電路的信號(hào)波形和c1充電放電波形如圖4-6所示，c1沒(méi)有沒(méi)有充放電，音響信號(hào)也是沒(méi)有波動(dòng)，所以符合設(shè)計(jì)要求。圖4-64.2.3當(dāng)輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為0.3v，小于0.8v時(shí)的波形：（1） 輸出信號(hào)u0的波形如圖4-7所示，是有波動(dòng)的信號(hào)。圖4-7（2）音響電路的信號(hào)波形和c1充電放電波形如圖4-8所示，c1沒(méi)有沒(méi)有充放電，音響信號(hào)也是沒(méi)有波動(dòng)，所以符合設(shè)計(jì)要求。其周期為1.23ms,說(shuō)以頻率在800h左右符合設(shè)計(jì)要求。圖 4-84.3記錄參

41、數(shù)并總結(jié)分析 由測(cè)試結(jié)果可知：（1）、當(dāng)輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為5v，大于3.5v時(shí)的波形時(shí)： 輸出信號(hào)u0的波形是有波動(dòng)的信號(hào)。音響電路信號(hào)波形的周期是1.025ms，其頻率為1khz。此時(shí)c1的充電按時(shí)間常數(shù)充電，放電由于放電電路電阻很小瞬間放電，符合設(shè)計(jì)要求。（2）、當(dāng)輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為2.3v，大于0.8v小于當(dāng)3.5v時(shí)的波形時(shí)： 輸出信號(hào)u0的波形是沒(méi)有波動(dòng)的信號(hào)。此時(shí)音響電路的信號(hào)波形和c1充電放電波形都沒(méi)有波動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求。（3）、當(dāng)輸入的被測(cè)邏輯電平信號(hào)為0.3v小于0.8v時(shí)的波形時(shí)： 輸出信號(hào)u0的波形是有波動(dòng)的信號(hào)。音響電路的信號(hào)波形的周期為1.23ms,其頻率

42、為800hz左右。此時(shí)c1有充放電，符合設(shè)計(jì)要求。滿足下面的輸入輸出關(guān)系，所以設(shè)計(jì)是成功的。 輸入、輸出狀態(tài)關(guān)系 輸入u1（va）u2（vb）vivlvh低高vlvivhvl高低第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)這學(xué)期剛接觸模擬電子技術(shù)這本書(shū)，也是在這學(xué)期的試驗(yàn)中對(duì)protel 這個(gè)仿真軟件有了初步的了解。因?yàn)槎际莿倢W(xué)，沒(méi)有任何的基礎(chǔ)可言，也沒(méi)有什么捷徑能走，所以對(duì)這門(mén)課程和這個(gè)實(shí)用的軟件還存在很多的不理解的地方。恰好，這次的課程設(shè)計(jì)給了我們一次實(shí)踐的機(jī)會(huì)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)讓我們對(duì)課本的理論知識(shí)有了更深一步的了解和理解，同時(shí)也提高了我們的自主創(chuàng)新和自我設(shè)計(jì)能力。音調(diào)的產(chǎn)生是通過(guò)產(chǎn)生的方波和揚(yáng)聲器產(chǎn)生振動(dòng)，才發(fā)出聲音，這是我上網(wǎng)查過(guò)才知道的。同時(shí)，在不斷的查資料書(shū)籍中，我們知道了邏輯測(cè)試器的工作原理、輸入電路及判斷電路和原理、單調(diào)產(chǎn)生電路原理和揚(yáng)聲器的原理，再結(jié)合所學(xué)的模電知識(shí)，畫(huà)出了電路原理圖。在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中我完成了對(duì)聲調(diào)提示的邏輯電平測(cè)試器的原理