逻辑电平测试器的设计及分析

1、-. z.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上下电平进展测量，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上下和被测电平的周期，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拟器进展电平判断，根据电平上下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

2、，可以对常用的电平标准TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS等进展测试判断。关键词：放大器；逻辑电平；测试 ；声调提示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 mea

3、sure more accurate.It can be used to measurethe leveland 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.Withvoice prompting logic l

4、evel tester uses voice to e*press the logic of the signal.thedifferent tone of voice to e*press the high and lowwill not distract the attention of users to see the screen of the multimeter or oscilloscope.The tester usesthe amplifier as the voltageparator to distinguishthe logic level ,in accordance

5、 with high and low level the audio circuits produce different frequency square-wave to drive speakers, so the speakers have different output prompt tones. By setting the reference voltage it can be monly used to measure a lot of standard-level such as TTL, CMOS, LVTTL, LVCMOS.Keywords:Amplifier;Logi

6、c level;Test;Voice prompt-. z.目 录TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc231660261摘要 PAGEREF _Toc231660261 h IHYPERLINK l _Toc231660262Abstract PAGEREF _Toc231660262 h IIHYPERLINK l _Toc231660263第一章绪论 PAGEREF _Toc231660263 h 1HYPERLINK l _Toc2316602641.1 电平测试仪器及测试技术的开展状况 PAGEREF _Toc231660264 h 1HYPERLINK l

7、_Toc2316602651.2 本文的主要工作 PAGEREF _Toc231660265 h 3HYPERLINK l _Toc231660266第二章声调提示的逻辑电平测试器的原理介绍 PAGEREF _Toc231660266 h 4HYPERLINK l _Toc2316602672.1 常用电平介绍 PAGEREF _Toc231660267 h 4HYPERLINK l _Toc2316602682.2 测试器的工作原理框图 PAGEREF _Toc231660268 h 5HYPERLINK l _Toc2316602692.3 输入电路及逻辑判断电路原理 PAGEREF _T

8、oc231660269 h 6HYPERLINK l _Toc2316602702.4 音调产生电路原理 PAGEREF _Toc231660270 h 8HYPERLINK l _Toc2316602712.5 扬声器原理 PAGEREF _Toc231660271 h 10HYPERLINK l _Toc231660272第三章各单元电路和整机电路的设计 PAGEREF _Toc231660272 h 11HYPERLINK l _Toc2316602733.1 集成运算放大器电路设计介绍 PAGEREF _Toc231660273 h 11HYPERLINK l _Toc23166027

9、43.2 输入和逻辑判断电路的设计 PAGEREF _Toc231660274 h 16HYPERLINK l _Toc2316602753.3 音响产生电路的设计 PAGEREF _Toc231660275 h17HYPERLINK l _Toc2316602763.4 扬声器驱动电路的设计 PAGEREF _Toc231660276 h 18HYPERLINK l _Toc2316602773.5 整机电路的设计 PAGEREF _Toc231660277 h 19HYPERLINK l _Toc231660278第四章 Protel软件设计电路原理图 PAGEREF _Toc231660

10、278 h 21HYPERLINK l _Toc2316602794.1 Protel D*P 主要特点 PAGEREF _Toc231660279 h 21HYPERLINK l _Toc2316602804.2 PCB 板设计的工作流程 PAGEREF _Toc231660280 h 21HYPERLINK l _Toc2316602814.3 Protel D*P设计管理 PAGEREF _Toc231660281 h 22HYPERLINK l _Toc2316602824.4 电路原理图设计 PAGEREF _Toc231660282 h 25HYPERLINK l _Toc2316

11、602834.5 绘制原理图 PAGEREF _Toc231660283 h 30HYPERLINK l _Toc231660284第五章设计总结 PAGEREF _Toc231660284 h 32HYPERLINK l _Toc231660285致谢 PAGEREF _Toc231660285 h 33HYPERLINK l _Toc231660286参考文献 PAGEREF _Toc231660286 h 34-. z.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开展，使各种电器，电子仪表设备微型

12、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数，直接得到结果。1.1电平测试仪器及测试技术的开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

13、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TC*O，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*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

14、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展电平、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

15、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

16、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/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，

17、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内的噪声来

18、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。-. z.1.2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，分五个章节进展组织。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开展状况；第二章介绍了标准电平，分析了所用电路的根本原理；第三章详细介绍了各个单元和完整电路的设计过程；第四章主要介绍Protel软件设计电路原理图；第五章作了设计结果总

19、结。-. z.第二章声调提示的逻辑电平测试器的原理介绍2.1常用电平介绍现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比拟高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、等，现在下面将对常用的电平标准进展介绍。(1)TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管构造。VCC：5V；VOH=2.4V；VOL=2V；VIL=2.4V；VOL=2V；VIL=2.0V；VOL=1.7V；VIL=4.45V；VOL=3.5V；VIL=3.2V；VOL=2.0V；VIL=2V；VOL=1.7V；VIL

20、=1.1V；VOL=0.85V；VIL=1.4V；VOL=1.2V；VIL=0.8V(9)RS232和RS485：RS232采用12-15V供电，我们电脑后面的串口即为RS232标准。+12V表示0，-12V表示1。可以用MA*3232等专用芯片转换，也可以用两个三极管加一些外围电路进展反相和电压匹配。RS485是一种差分构造，相对RS232有更高的抗干扰能力。传输距离可以到达上千米。2.2测试器的工作原理框图下列图2-1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。由下列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。输入电路

21、音响声调产生电路电源逻辑状态判断电路图2-1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，现在以3.5V的电平为例作介绍，高电平为大于3.5V，低电平为小于0.8V。电平测试器技术指标(1)测量*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0.8V3.5V之间时，不发出音响(5)输入电阻大于20k(6)工作电源5V2.3 输入电路及逻辑判断电路原理图2-2为测试输入和逻辑判断电路原理图。图2-2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拟器。A

22、2的同相端电压为0.8V左右(D1和D2分别为硅和锗二极管)，A1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，A1反相端电压大于同相端电压，使A1输出端UA为低电平(0V)。A2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，A1同相端电压小于UH，A2同相端电压也小于反相端电压，所以A1和A2的输出电压均为低电平。当U1大于UH时，A1输出端UA为高电平，A2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A2同相端电压，可以控制低电平，图中的二极管可以是分压电阻，所以经过分压电阻的调整，

23、该逻辑电平测试器可以测量不同的标准电平。图2-2输入和逻辑判断电路-. z.2.4音调产生电路原理图2-3为音调产生电路原理图。电路主要由两个运算放大器A3和A4组成。图2-3音调产生电路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D3和D4截止。因A4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A4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D5也是截止的。由于D3，D4和D5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，

24、使A3输出为高电平。(2)当UA=5V，UB=0V时此时二极管D3导通，电容C1通过R6充电，UC1按指数规律逐渐升高，由于A3同相输入端电压为3.5V，所以在UC1到达3.5V之前，A3输出端电压为5V，C2通过R9充电。从图2-3可以看出C1的充电时间常数1=C1*R6，C2的充电时间常数2=C2(R9+rO3)，其中rO3为A3的输出电阻。假设12，则在C1和C2充电时，当UC1到达3.5V时，UC2已接近稳态时5V。因此在UC1升高到3.5V后，A3同相端电压小于反相端电压，A3输出电压由5V跳变为0V,使C2通过R9和rO3放电，UC2由5V逐渐降低。当UC2降到小于A4反相端电压(

25、3.5V)时，A4输出端电压跳变为0V，二极管D5导通，C1通过D5和A4的输出电阻放电。因为A4输出电阻很小，所以UC1将迅速降到0V左右，这导致A3反相端电压小于同相端电压，A3的输出电压又跳变为5V，C1再一次充电，如此周而复始，就会在A3输出端形成矩形脉冲信号。UC1、UC2和UO的波形如图2-4 所示。3.5VtuC1uC23.5V5Vtt2t1u0t图2-4 UC1、UC2和UO的波形由图1-3可以看出A3的输出电压UO的周期为T=t1+t2(2-1)根据一阶电路的响应特点可知，在t1期间电容C1充电，UC1(t)=5(1-e)，在t2期间电容C2放电，UC2(t)=5e。根据UC

26、1(t)和UC2(t)的表达式可以分别求出：t1=-1.2(2-2)t2=-0.36(2-3)这就是说只要改变时间常数，即可改变UO的周期。(3)当UA=0、UB=5V时此时电路的工作过程与UA=5V，UB=0V时一样，唯一的区别是由于D4导通D3截止，UB高电平通过R7,D4向C1，所以C1充电时间常数改变了，使得UO的周期会发生相应的变化。2.5扬声器原理扬声器主要有永久磁铁、线圈、和锥形纸盆组成。强弱按声音变化的电流，使扬声器内电磁铁的磁性忽强忽弱，线圈就向里或外运动，带动纸盆发生震动发出声音。将电能转化为声能，并将它辐射到空气中的一种电声换能器件。电影、电视、播送以及各种需要扬声的场合

27、都需要使用扬声器。扬声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性以及失真等。 扬声器频率响应，在恒定电压作用下，在参考轴上距参考点一定距离处，扬声器所辐射的声压级随频率变化的特性。频率响应一般是记录在以对数频率刻度为横坐标的图上，即频率响应曲线。 不同规格、口径的扬声器能够发出不同的音调，(不同频率*围的)，不可能全频段都兼顾，所以有高、中、低、音之分。声音的三要素 响度、音调、音品(音色)响度:声音大小声,与发音体产生的声波振幅有关 音调:声音的上下,与发音体产生的振动频率有关 音品:声音的独特性，与发音体产生的波形有关 本设计就利用了音调的上下与发音体的震动频率有关的

28、原理，根据音响电路中产生的不同频率的方波驱动扬声器发出不同音调声音。 第三章各单元电路和整机电路的设计3.1集成运算放大器电路设计介绍这里主要介绍电路中所用到的集成运算放大器LM324。LM324系列器件为价格廉价的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入*围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。LM324四运放是集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如下图。它的内部包含四组形式完全一样的运算放大器，除电源共

29、用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中+、-为两个信号输入端，V+、V-为正、负电源端，Vo为输 出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号 与该输入端的相位一样。LM324的引脚排列见图2。 图 3-2放大器引脚图图3-1放大器由于LM324四运放电路具有电源电压*围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍其应用实例。 (1)反相交流放大器 电路见附图3-3。此放大器可代替晶体管进展交流放大，可用于扩音

30、机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。 图3-3反相交流放大器电路设计放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。 (2)同相交流放大器 见附图3-4。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进展偏置。 电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3

31、。R4的阻值*围为几千欧姆到几十千欧姆。 图3-4同相交流放大器电路设计(3)交流信号三分配放大器 此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai 输入电阻高，运放 A1-A4 均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时 Rf=0 的情况，故各放大器电 压放大倍数均为 1 ，与分立元件组成的射极跟随器作用一样图3-5交流信号三分配放大器电路设计R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形有源带通滤波器许多

32、音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的 大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/(*R3*C)也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/(2foAoC)，R2=Q/ (2Q2-Ao)*2foC)，R3=2Q/(2foC)。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 此电路亦可使用单电源，只需将放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。(4)比拟器

33、 当去掉运放的反应电阻时,或者说反应电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大 倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比拟器，其输出如不是高电平(V+)，就是低电平(V-或接地)。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。 图3-6比拟器电路设计附图中使用两个运放组成一个电压上下限比拟器，电阻R1、R1组成分压电路，为运放A1设定比拟电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2设定比拟电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui U1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，

34、则当输入电压Ui越出U2，U1区间*围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。假设选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间*围时，LED点亮，这是一个窗口电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。(5)单稳态触发器 见附图3-7。此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比拟电压基准。静态时，电容C1充电 完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突 然降至地电平，此时因为U1

35、U2，故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于 U1时，既U2U1，A1输出又变为高电平，从而完毕了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。图3-7单稳态触发器电路设计如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电时，U1U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2U1时A1输出才变为高电平。参考图3-8。 U1U2U2Uo图3-8电路输入输出波形3.2输入和逻辑判断电路的设计图3-9输入和逻辑判断电路输入和逻辑判断电路如下图。输入电路由R1和R2组成

36、。电路作用时保证测示器输入端悬空时，U1即不是高电平，也不是低电平。一般情况下，在输入端悬空时，UI=1.4V。根据技术指标要求输入电阻大于20k，因此可得：*VCC=1.4V(3-1)20k(3-2)可求出R1=71k R2=27.6k联系列值R1=75k R2=30kR3和R4的作用是给A1的反相端提供一个3.5V的电压(高电平的基准)。因此只要保证*VCC3.5V (3-3)即可R3，R4取值过大时容易引入干扰，取值过小时则会增大耗电量。工程上一般在几十千欧到数百千欧间选取。因此选取R4=68k，根据公式*VCC3.5V 其中VCC=5V(3-4)可得到：R329k,取R3=30k。R5

37、为二极管D1，D2的限流电阻。D1和D2的作用是提供低电平信号基准，按给定技术指标低电平为0.8V，取D1为锗二极管，D2为硅二极管，这样可使A2同相端电压为0.8V。取R5=4.7k。3.3音响产生电路的设计图3-10为音响产生电路的电路图。图3-10中R10和R11的作用与图中的R3和R4的作用一样。取R10=68k R11=30k。D3，D4和D5均为锗二极管2AP9.我们选取=0.5ms因为 =R9*C2(3-5)选取 C2=0.01uF所以R9=50k(3-6)又因 T=t1+t2=1.2+0.36=1.2+0.18*10(3-7)根据给定要求=R6*C1 (被测信号为高电平)(3-

38、8)或 =R7*C1 (被测信号为低电平)(3-9)我们选取C1=0.1uF，由于技术指标中给定当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。所以被测信号为高电平时因为 T=1ms所以 1.2+0.36=1*10(3-10)1.2+0.18*10=1*100.68msR6=k(3-11)所以R6=6.8k当被测信号为低电平时，音响频率为800Hz，此时因为 T=ms=1.25ms所以 1.2+0.18*10=1*10(3-12)0.89msR6=8.9k(3-13)3.4扬声器驱动电路的设计图3-11驱动电路驱动电路3-11如下图。由于驱动电路的工作电源电

39、压比拟低，因为对三级管的耐压要求不高。选取3DG12为驱动管，R为限流电阻，本电路选取R=10k.在上一级的音频产生电路中，高电平会使其产生1kHz的方波，低电平会使其产生800Hz的方波，经过驱动管3DG12后驱动扬声器发声，使之发出不同音调的声音。 3.5整机电路的设计U2U13-12声调提示的逻辑电平测试器的整机电路图3-12为声调提示的逻辑电平测试器的整机电路整机电路由三局部组成：输入与逻辑判断电路、音响产生电路、扬声器驱动电路组成。UI测试点的接入口，接入被测量，被测电压与图中U1、U2的基准电压比拟，其中U1为高电平标准，U2为低电平标准。以上设计均为将U1设定为3.5V，U2设定

40、为0.8V。此两点的电压采用的是分压发控制，可采用可变式电阻分压，即可控制不同标准电平。假设以TTL (VCC：5V：VIH=2V；VIL=0.8V)电平为例，则设置U1=2V，U2=0.8V。通过控制此处即可控制该测试器的测量标准。其中的音调产生电路主要产生对应上下电平的两种不同频率的方波，方波的频率与电平的上下无关，只于电路中充电、放电电路中的电阻、电容的大小有关，控制充放电电路中R、C的大小可以控制扬声器产生不同的音调。该整机电路用到了四个LM324运算放大器，刚好一片LM324集成运放芯片。-. z.第四章Protel软件设计电路原理图随着计算机辅助设计的开展，电路设计也由原来的手工操

41、作逐步转变为应用计算机软件来实现的自动化设计，设计的规模也由单机设计逐步转变为网络化设计。Protel系列电路设计软件就为电路设计者提供了这样一个功能强大的设计平台。近年来，Protel公司不断对其进展扩大和完善。在新推出的Protel中，Protel引入了设计数据库的新思想并结合网络化设计思想建立了全新的文件管理方式和网络设计机制，为了提高电路设计的效率和质量，Protel完善了电路仿真和信号完整性分析功能，并且提供了大规模逻辑器件设计功能，使电路设计变得更轻松、更方便。Protel 是Protel公司2000年推出的基Windows平台的第六代产品，集强大的设计能力、复杂工艺的可生产性和设

42、计过程管理(PDM)于一体，可完整实现电子产品从电学概念设计到生成物理生产数据的全过程，以及中间的所有分析、仿真和验证。Protel集成了信号完整性分析工具，准确的模型和板极分析。帮助用户在产品设计过程中利用信号完整性分析消除盲目性并获得一次性成功，从而缩短设计周期，降低设计本钱。用计算机仿真技术解决高速电路设计和EMC/EMI(电磁兼容性/电磁抗干扰)等问题。4.1Protel D*P 主要特点(1)通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB 设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。 (2)提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中*些功能模块的正确与否提供了

43、方便。 (3)提供了丰富的原理图组件库PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。 (4 )提供了层次原理图设计方法，支持自上向下的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。 (5 )提供了强大的查错功能。原理图中的ERC(电气法则检查)工具和PCB的 DRC (设计规则检查)工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。 (6)全面兼容 Protel 系列以前版本的设计文件，并提供了 OrCAD 格式文件的转换功能。 (7)提供了全新的FPGA设计的功能，这好似以前的版本所没有提供的功能。 4.2 PCB 板设计的工作流程(1)方案分析 决定电路原理图如何设计，同

44、时也影响到 PCB 板如何规划。 根据设计要求进展方案比拟、选择，元器件的选择等，开发工程中最重要的环节。 (2)电路仿真 在设计电路原理图之前，有时候会对*一局部电路设计并不十分确定，因此需要通过电路仿真来验证。还可以用于确定电路中*些重要器件参数。 (3)设计原理图组件 Protel D*P 提供了丰富的原理图组件库，但不可能包括所有组件，必要时需动手设计原理图组件，建立自己的组件库。 (4 )绘制原理图 找到所有需要的原理组件后，开场原理图绘制。根据电路复杂程度决定是否需要使用层次原理图。完成原理图后，用 ERC (电气法则检查)工具查错。找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则

45、性错误为止。 (5)设计组件封装 和原理图组件库一样，Protel D*P 也不可能提供所有组件的封装。需要时自行设计并建立新的组件封装库。 (6 )设计PCB板 确认原理图没有错误之后，开场PCB板的绘制。首先绘出PCB板的轮廓，确定工艺要求(使用几层板等)。然后将原理图传输到PCB板中来，在网络表(简单介绍来历功能)、设计规则和原理图的引导下布局和布线。(设计规则检查)工具查错。电路设计时另一个关键环节，它将决定该产品的实用性能，需要考虑的因素很多，不同的电路有不同要求。 (7 )文檔整理 对原理图、PCB 图及器件清单等文件予以保存，以便以后维护、修改。4.3Protel D*P设计管理

46、(1)目的建立 在图4-1示的设计管理器主工作面板中将鼠标移动到 Create a new Board Level Design Pro0ject 选项，使鼠标变成为手形状后，单击该选项将弹出如图 4-1的 Projects 文件工作面板。 新建的设计工程默认为处于 ProjectGroup1.PrjGrp 工作组下，默认的工程文件名为 PCB Project 1.PrjPCB 。 注意：Protel D*P 中，默认的工作组的文件名后缀为 .PrjGrp ，默认的工程文件名后缀为.PrjPCB。如果新建的是FPGA设计工程，建立的工程档称后缀为 .PrjFpg 。 (2) 计文档的建立和保存

47、 在图4-单击New子菜单，将弹出如图4-2所示的下一级菜单。 图4-1新建 FPGA 工程设计档工作图 4-2New 菜单的子菜单图 4-3 Group 菜单其中可以新建 SCH 电路原理图、VHDL设计文档、PCB文文件、SCH 原理图库、PCB库、PCB专案等。 (3)设计工程的翻开和保存 选中图 4-3 所示文件工作面板中的PCB Projectl. PrjPCB选项。单击右键，在弹出的快捷菜单中选择 Close Project 选项，将弹出询问是否保存当前项文件的对话框，单击 Yes 按钮，将弹出如图4-4 所示的保存工程文件对话框。 图 4-4 保存假设干文件对话框在保存工程文件对

48、话框中，用户可以更改设计工程的名称、所保存的文件路径等，文件默认类型为 PCB Projects ，后缀名为 .PrjPCB。4.4 电路原理图设计原理图设计是电路设计的根底，只有在设计好原理图的根底上才可以进展印刷电路板的设计和电路仿真等。本章详细介绍了如何设计电路原理图、编辑修改原理图。通过本章的学习，掌握原理图设计的过程和技巧。 图4-5 原理图设计流程原理图的设计流程如图 4-5 所示。原理图具体设计步骤： (1)新建原理图文件。在进人 SCH 设计系统之前，首先要构思好原理图，即必须知道所设计的工程需要哪些电路来完成，然后用 Protel D*P 来画出电路原理图。 (2)设置工作环

49、境。根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小。在电路设计的整个过程中，图纸的大小都可以不断地调整，设置适宜的图纸大小是完成原理图设计的第一步。 (3)放置组件。从组件库中选取组件，布置到图纸的适宜位置，并对组件的名称、封装进展定义和设定，根据组件之间的走线等联系对组件在工作平面上的位置进展调整和修改使得原理图美观而且易懂。 (4)原理图的布线。根据实际电路的需要，利用 SCH 提供的各种工具、指令进展布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一幅完整的电路原理图。 (5)建立网络表。完成上面的步骤以后，可以看到一*完整的电路原理图了，但是要完成电路板的设计，就需要生成一个网

50、络表文件。网络表是电路板和电路原理图之间的重要纽带。 (6)原理图的电气检查。当完成原理图布线后，需要设置工程选项来编译当前工程，利用 Protel D*P 提供的错误检查报告修改原理图。 (7)编译和调整。如果原理图已通过电气检查，则原理图的设计就完成了。这是对于一般电路设计而言，尤其是较大的工程，通常需要对电路的屡次修改才能够通过电气检查。 (8)存盘和报表输出：Protel D*P 提供了利用各种报表工具生成的报表(如网络表、组件清单等)，同时可以对设计好的原理图和各种报表进展存盘和输出打印，为印刷板电路的设计做好准备 。 为了更直观地说明电路原理图的设计方法和步骤，下面就以图 4 -6

51、 所示的整机电路图为例，介绍电路原理图的设计方法和步骤。 图 4-6声调提示的逻辑电平测试器整机电路原理图 电路设计主要包括原理图设计和 PCB 设计。首先创立一个新工程，然后在工程中添加原理图文件和 PCB 文件，创立一个新工程方法： 单击设计管理窗口底部的 File 按钮，弹出如图 4-7 所示面板。 New 子面板中单击 Blank Proect(PCB)选项，将弹出 Projects 工作面板。 图 4-7新建文件建立了一个新的工程后，执行菜单命令 File/Save Project As ，将新工程重命名为myProject1.PriPCB ，保存该工程到适宜位置，如图 4-7。 图

52、4-6Files 面板 图4-7保存工程对话框 执行菜单命令 NewSchematic 创立一*新的原理图文件。 可以看到 Sheetl.SchDoc 的原理图文件，同时原理图文件夹自动添加到工程中。 执行菜单命令 File/Save As ，将新原理图文件保存在用户指定的位置。同时可以改变原理图文件名为 zhengji.SchDoc 。此时看到一*空白电路图纸，翻开原理图图纸设置对话框。 图4-8元件查找才对于本例而言 , 没有特殊要求，只需要设置成 A4 图纸就可以了。单击原理图设置对话框的 OK 按钮页面设置完成。原理图工作环境采用默认设置即可。查找组件 Protel D*P 库提供了大

53、量组件的原理图符号，在绘制一副原理图之前，必须知道每个组件对应的库。对于整机电路原理图的每个组件应该在哪个库呢？可以采用什么方法找到组件的原理图符号呢？ 利用 Protel D*P 提供的搜索功能来完成查找组件，操作步骤如下： (1) SCH 设计接口的下方有一排按钮，单击 Libraries (库)按钮，弹出如图4-8所示的库对话框。 (2)单击图 4-9 对话框中的 Search 按钮，弹出如图 4-10 所示的库搜索对话框，利用此对话框可以找到各个组件在哪个库中。 (3)在 Scope 选项区域中确认设置为 Libraries on Path ，单击 Path 右边的翻开图标按钮，找到安

54、装的 Protel D*P 库的文件夹路径，如 C ： Program Files Altium Library 。同时确认 Include subdirectories 复选项被选定。 (4)例如要搜索和电路组件相关的可以在 Name 文本框中键入如LM324。 图4-9库搜索对话框 (5)单击 Search 按钮开场搜索，查找结果会显示在结果对话框中，如图 4-10 所示。图4-10搜索结果对话框 可以看到很多匹配搜索标准的芯片型号，选择一款适合的组件原理图符号和封装。这里选择组件 LM324AD ，属于S T Operational Amplifier.IntLib 库。能否找到所需要的

55、组件关键在于输入的规则设置是否正确，一般尽量使用通配符以扩大搜索*围。 (6)单击 Install Library 按钮，S T Operational Amplifier.IntLib 库就添加到当前工程中。在当前工程中就可以取用该库中的所有组件。4.5绘制原理图(1)绘制导线 组件放置在工作面板上并调整好各个组件的位置后，接下来的工作是对原理图进展布线。对原理图布线的步骤如下： (a)为了使原理图图纸有很好的视图效果，可以使用以下三种方法，执行菜单命令 ViewFit All Objects ；第二种在原理图图纸上右击鼠标，在弹出的菜单中选择 Fit All Objects 选项；第三种是

56、使用热键(V，F)。 (b)执行主菜单命令 PlaceWire ，进人绘制导线状态，并绘制原理图上的所有导线。 以连接 R6 与LM324 第一脚之间的联机为例，把十字形游标放在 R6 的引脚上，把游标移动到适宜的位置时，一个红色的星形连接标志出现在游标处，这说明游标在组件的一个电气连接点上。 (c)单击鼠标固定第一个导线点，移动鼠标会看到一根导线从固定点处沿鼠标的方向移动。如果需要转折，在转折处单击鼠标确定导线的位置，每转折一次都需要单击鼠标一次。 (d)移动鼠标到LM324 第1脚，中间没有转折点，游标又变成红色的星形连接标志，单击鼠标完成了 R6 与Lm324 第一脚之间的连接。 (e)

57、时游标仍然是十字形，说明仍是处于画线模式，可以继续画完所有的连接线。 图4-11节点设置(f)连接完所有的联机后，右击鼠标退出画线模式，游标恢复为箭头形状。(2) 绘制总线 总线就是用一条线来表达数条并行的导线。这样做是为了简化原理图，便于读图。如常说的数据总线、地址总线等。总线本身没有实质的电气连接意义，必须由总线接出的各个单一导线上的网络名称来完成电气意义上的连接。由总线接出的各个单一导线上必须放置网络名称来完成电气意义上的连接。由总线接出的各外单一导线上必须放置网络名称，具有一样网络名称的导线表示实际电气意义上的连接。 (a)启动绘制总线的命令 启动绘制总线的命令有如下两种方法： 单击绘

58、图工具栏的总线图标 。 执行主菜单命令 Place/Bus 。 (b)绘制总线的步聚 启动绘制总线命令后，光标变成十字形，在恰当的位置单击鼠标确定总线的起点，绘制方法与绘制导线一样，也是在转折处单击鼠标或在总线的末端单击鼠标确定，绘制总线的方法与绘制导线的方法根本一样。 (c)总线属性的设置 在绘制总线状态下，按 Tab 键，将弹出 Bus (总线)属性对话框，在绘制总线完成后，如果想修改总线属性，就双击总线，将弹出总线属性对话框。 总线属性对话框的设置与导线设置一样，都是对总线颜色和总线宽度的设置。一般情况下采用默认设置即可。 -. z.第五章设计总结经过两个多月的努力，声调提示的逻辑电平测试器的设计得以完成，我们的设计主要采用了逻辑电平标准，放大器，protel电路设计的方面的知识。在这个过程中我完成了