模拟电子技术课程设计逻辑信号电平测试器的设计.doc
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1、摘 要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。本文介绍了一个逻辑信号电平测试器,它可以方便快捷的测量某一点的电位的高低,通过声音的有无和声音的频率来判定被测电位的电平范围,从而能解决平常对电路中某点的逻辑电平进行测试其高低电平时,采用很不方便的万用表或示波器等仪器仪表的麻烦。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
2、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。从而达到了测试效果。关键词 放大器;逻辑信号;电平测试;高电平;低电平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模拟电子技术课程设计任务书一、 课程设计的任务和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。二、课程设计的基本要求1、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
7、果、写出设计总结报告。2、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;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、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障;能对实验结果独立地进行分析,进而做出恰当的评价。3、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。4、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。5、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。6、以下六个课题任选一个,四人
8、一组,要求完成实物制作和设计报告,设计报告格式符合要求,本学期第十七周交作品和报告,并进行答辩。三、 课程设计任务 课题4 逻辑信号电平测试器的设计(一)设计目的1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法;2、掌握其各单元电路的设计与测试方法;3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。(二)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。本课题所设计的仪器采用声音来
9、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,使用者无须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3.5V;(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0.83.5V之间时,不发出音响;(5)输入电阻大于20K;(6)工作电源为5V。2、设计要求(1)设计输入与逻辑判断电路、音响产生电路和扬声器驱动电路;(2)选定元器件和参数,并绘制电路原理图;(3)在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调试;(4)拟定测试方案并进行测试;(5)撰写设计报告。(三) 设计提示1、测试器的原理框
10、图 图4.1 测试器原理框图由图可知,电路由五部分组成:输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。2、输入电路及逻辑判断电路输入和逻辑判断电路如图4.2所示,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。根据技术指标要求输入电阻大于20K,因此可得:从而可确定R1和R2阻值。R3和R4的作用是给A1的反相输入端提供一个3.5V的电压(高电平的基准)。因此只要保证即可。R3和R4取值过大时容易引入干扰,取值过小时则会 图4.2 输入和逻辑判断电路增大耗电量。工程上一般在几十千欧到几百千欧姆间选取
11、。 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,按给定技术指标可取一只锗二极管和一只硅二极管。 3、音响产生电路图4.3为音响产生电路单元电路图。图中R10和R11的作用与图中的R3和R4相同。可参考R3和R4取值。三个二极管可选用锗二极管如2AP9。根据公式: 我们选取 因为 选取 从而可以确定R9阻值。又因为 图4.3 音响产生电路单元电路图 根据给定要求, (被测信号为高电平)或 (被测信号为低电平)我们选取,由于技术指标中给定被测信号为高电平时,音响频率为1KHZ,被测信号为低电平时,音响频率为800HZ。所以在被测信号为高电平时,因为 所以 从而可以确定
12、图4.4 扬声器驱动电路根据低电平时的音响频率值,则可确定R7阻值。 4、扬声器驱动电路扬声器驱动电路如图4.4所示。由于驱动电路的工作电源电压比较低,因此对三极管的耐压要求不高。如可选取3DG12为驱动管。R为限流电阻,可选取阻值为10 K。 5、设计用仪器设备:示波器1台,交流毫伏表,数字万用表1块,低频信号发生器,实验面包板或万能板6、设计用主要器件:集成运算放大器(如LM324)、三极管、二极管、电容、电阻若干7、参考书:1 谢自美. 电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社,20062 金凤莲. 模拟电子技术基础实验及课程设计. 清华大学出版社,2009(四)设计报告要求1、列出设计
13、步骤,画出电路,标出元件数值。2、比较实测指标和设计要求指标。3、列出测试数据表格。4、分析静态工作点对放大器性能的影响。(五)设计思考与总结1、总结放大器的设计方法和运用到的主要知识点。2、总结放大器主要参数的测试方法。3、分析信号源内阻对输出波形失真的影响。4、对测试数据进行误差分析。目 录 TOC o 1-3 h z u 摘要.I课程设计任务书.第一章 绪论 1.1 设计的主要目的.1 1.2课题研究及其意义.1 1.3电平测试仪器及测试技术的发展状况.2第二章 逻辑电平测试器的简单介绍 2.1 大概要求和技术指标.4 2.2 测试器的原理框图.4 2.3 输入电路及逻辑判断电路原理.5
14、 2.4 音调产生电路原理.5 2.5 扬声驱动电路原理.8第三章 逻辑电平测试器的设计思路 3.1 集成运算放大器电路设计介绍.9 3.2 输入和逻辑判断电路的设计.11 3.3 音响产生电路的设计.12 3.4 扬声器驱动电路的设计.13 3.5 元器件的选择.13 3.6 整体电路的设计.14第四章 对逻辑电平测试器的检测和调试 4.1 检验电路各部分是否导通.15 4.2 调试及测定主要参数.16 4.3记录参数并总结分析.19设计总结.21致谢.22参考文献.23第一章 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
15、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。1.1 设计的主要目的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课题研究及其意义 在平常的实验中,经常
16、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行检测和判断,但是这只是一个简单的判断,而其操作起来比较繁琐,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。1.3电平测试
17、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。 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200Hz170
18、0kHz,分辨率1Hz,频率误差310-6,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-77.9dB+18dB,具有良好的频响和电平稳定度,输出纯
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