基于Multisim的逻辑电平测试器设计

实验十二  基于Multisim的逻辑电平测试器设计 一、实验目的及要求 逻辑电平测试器综合了数字电路和低频电子线路两门课的知识要求学生自己设计，并在Multisim电子工作平台上进行仿真。培养学生的综合应用能力。培养学生利用先进工具进行工程设计的能力。 1.理解逻辑电平测试器的工作原理及应用。 2.掌握用集成运放构建逻辑电平测试器的方法。 3.掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标测试方法。 二、实验原理 逻辑信号电平测试器采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平用不同的声调表示。输入和逻辑状态判断电路用集成运算放大器设计，音响声调产生电路用555定时器构成的振荡器设计。 本电路有五部分组成：电源、输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路。主要的设计在于两个部分，即逻辑判断电路、音响电路。设计调试完成的电路可实现对高电平和低电平的逻辑判断。在低电平UL<0.8V， 500Hz 的音响响起；在高电平UH>3.5V，1000Hz 的音响响起。当被测信号在0.8—3.5V 之间时，既不是高电平，也不是低电平，音响电路不发出声音。输入电阻大于20 。 3、实验器材 集成运算放大器、集成运算放大器、NPN 晶体管、PNP 晶体管9012、电位器、普通二极管等、示波器。 4、实验内容 1.输入和逻辑状态判断电路的测试 1)调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为低电平（VL<0.8v）用数字万用表测逻辑状态判断电路输出电平。 2）调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为高电平（VH>3.5v）用数字万用表测逻辑状态判断电路输出电平。 2.音响声调产生电路  1）逻辑电平测试器的被测电压为低电平（VL<0.8v）用示波器观察、音响声调产生电路输出波形，用频率计测量振荡频率f. 2）逻辑电平测试器的被测电压为高电平（VH>3.5v）用示波器观察、记录音响声调产生电路输出波形，用频率计测量振荡频率f. 3）逻辑电平测试器的被测电压（0.8~3.5v）用示波器观察、记录音响声调产生电路输出波形 5、设计原理 1、逻辑状态判断电路 Ui （Vss）是被测信号，U2和U4为两个运算器，利用U2和U4分别与它们外围电路组成两个电压比较器。 当被测电压Ui <0.8 时，U2反相端大于同相端电压，使U2输出端电压为负电源电压，经过二极管D3后，U2为低电平（0V）。U4的反相端电压小于同相端电压，使U4输出端电压为正电源电压，经过二极管和稳压管作用后，U4为高电平（5.1V）。当Ui >3.5V 时，U2为高电平，U4为低电平。当Ui在0.8V与3.5V之间时，输入端悬空。 输入电路：由R1 和R2 组成。电路作用是保证测试器输入端Ui悬空时，既不是高电平也不是低电平。一般情况下，在输入端悬空时使Ui为2.5V。根据技术指标要求输入电阻大于20KΩ，故 R6Ucc/（R5+R6）=1.4V 且R5R6/（R5+R6）>20 KΩ 计算可得到R5=71 KΩ，R6=27.6 KΩ。 取标称值：R5=75 KΩ,R6=30 KΩ R13 和R14 的作用是给U1的反相端输入提供一个3.5V 的参考电压，因此要求 R13Ucc/（R13+R14）=3.5V R3 和R4 取值过大容易引入干扰，过小则耗电量大，工程上一般去几十千欧到几百千欧，所以取 R13=30 KΩ，R14=68 KΩ。 R5 和R6 的作用是给U2 的同相输入端提供一个0.8V 的参考电压，因此要求 R17Ucc/（R17+R18）=0.8V 同理选取 R17=68 KΩ，R18=13 KΩ。 2、音频产生电路 为了产生频率为1KHz 的正弦波，选取C1=C2=0.1 uF，R1=R2=9.6 KΩ；为了产生频率为500Hz 的正弦波，选取C3=C4=0.1 uF，R3=R4=4.7 KΩ。 6、实验步骤及结果 1、按图连接电路（实验总图） 2、逻辑状态判断电路输出 1)调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为低电平（取0.6v）用探针测逻辑状态判断电路输出电平。如图一 2)调节逻辑电平测试器的被测电压（输入直流电压）为高电平（取5v）用探针表测逻辑状态判断电路输出电平。如图二 3、音响声调产生电路输出 1）低电平输入时（取0.6V），探针和示波器的图形如图所示  2）输入高电平时(取5V)，探针和示波器的图形如图所示      3）输入中间电平时（取2V），探针和示波器的图形如图所示 7、实验总结 测试输出：当输入大于3.5V时，输出为1KHz的音频；当输入小于0.8V时，输出为500KHz的音频电路。介于0.8和3.5V之间时，无输出响应。 分析过程把整个电路分为三部分进行分析，称之为分解电路。分解电路Multisim 14.0 软件进行绘制与仿真，在模拟过程中遇到了不少问题。 我在这次大作业的过程，感觉到自行设计和修改电路的难度很大，自己在电路仿真和论文写作方面仍有不少欠缺之处，希望在不断学习中获得进步。