一种通用型数字逻辑测量笔

1.本实用新型属于电子测量技术领域，具体涉及一种通用型数字逻辑测量笔。


背景技术：

2.在电子线路设计调试、电子产品检修过程中采用数字逻辑测量笔，可以帮助快速测量电路中的数字逻辑信号特征，快速跟踪定位故障点，相比示波器、万用表等工具，逻辑测量笔的测量优势更加快捷、明显。
3.一方面，在电子线路设计过程中，往往我们需要快速知道一个芯片在电路中的工作状态，采用示波器和万用表等工具，接线麻烦、设备操作调试不便利、结果观察不直观。例如，在江西省大学生电子专题设计竞赛中，整个比赛时间只有7.5小时，调试电路的时间十分有限，没有办法在设计制作电路过程中利用大型设备进行观测数字逻辑信号，采用数字逻辑测量笔可以实现快速测量与定位，直观判读电路中测试点的逻辑电平，因此极大地提高了电路设计制作过程中的设计调试效率。
4.另一方面，在电子产品维修方面，我们利用数字逻辑测量笔可以快速跟踪定位故障点，对于芯片损坏不工作无输出、电平电位驱动能力不够、线路逻辑故障起到快速识别与判断的作用，可以极大地提高产品维修效率。
5.在电子测量领域，数字逻辑测量笔的方案有很多，基本都采用逻辑芯片、集成运算放大器、晶体管、微处理器等方式实现，但基本都存在以下问题和缺点：
6.(1)通用性不够，无法改变逻辑判断电平的电位值，调节比较麻烦，更无法针对电路中不同的电源电压应用场合的需要随时调整电平电位值。
7.(2)只有高低电平两档判别指示，缺乏中间电位的指示，且不具备测量输入过压保护、指示功能。
8.(3)结构要么简单功能不强，要么结构复杂、或采用微处理器实现复杂功能，无法兼顾功能实用性强、结构简单、成本低廉。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本实用新型提供了一种通用型数字逻辑测量笔，针对以上缺点与不足，为电子测量领域提供了一种可行的、结构简单、通用性强的实用型逻辑测量笔的解决方案。
10.本实用新型的技术方案是：
11.一种通用型数字逻辑测量笔，包括：
12.信号采集电路，用于采集待测量信号；
13.输入保护电路，其输入端与所述信号采集电路的输出端电连接，用于提供输入限流保护；
14.逻辑电平基准电压调整电路，用于提供高低电平的基准比较电压；
15.电平比较判决及指示电路，其输入端分别和所述输入保护电路的输出端、逻辑电平基准电压调整电路的输出端电连接，用于将待测量信号与高低电平的基准比较电压进行
比较，并输出比较结果；
16.电源供电电路，分别与所述信号采集电路、输入保护电路、逻辑电平基准电压调整电路和电平比较判决及指示电路电连接，用于给各个电路提供稳定的直流电。
17.优选的，所述信号采集电路包括测量端h2，所述测量端h2的输出端一端接地，另外一端与电阻r3的一端电连接。
18.优选的，所述输入保护电路包括电阻r3、二极管led5、二极管led3、电阻r13、电阻r14、电阻r15；
19.所述电阻r3的另一端与所述电阻r15的一端电连接，所述电阻r15的另一端电连接电阻r14的一端，所述电阻r14的另一端接地；所述电阻r13的一端与电源连接，另一端与所述电阻r14背离接地端的一端电连接；所述二极管led5的负极接电源，正极与所述电阻r3背离测量端h2的一端电连接；所述二极管led3的正极接地，负极与所述二极管led5的正极电连接。
20.优选的，所述逻辑电平基准电压调整电路包括高电平基准比较电压调整电路和低电平基准比较电压调整电路；
21.所述高电平基准比较电压调整电路包括电位器r1和电阻r2，所述电位器r1的一端接电源，另外一端与所述电阻r2的一端电连接，所述电阻r2的另一端接地，所述电位器r1的中间抽头端与所述电平比较判决及指示电路的输入端电连接；
22.所述低电平基准比较电压调整电路包括电位器r7和电阻r4，所述电位器r7的一端接电源，另外一端与所述电阻r4的一端电连接，所述电阻r4的另一端接地，所述电位器r7的中间抽头端与所述电平比较判决及指示电路的另一个输入端电连接。
23.优选的，所述电平比较判决及指示电路包括高电平逻辑判决指示电路、低电平判决指示电路和中间电位指示电路；
24.所述高电平逻辑判决指示电路包括运算放大器u1.1、电阻r33和红色发光二极管led6，所述运算放大器u1.1的同相输入端与所述二极管led5的正极电连接，所述运算放大器u1.1的反相输入端与所述电位器r1的中间抽头端电连接；所述运算放大器u1.1的输出端与所述电阻r33的一端电连接，所述电阻r33的另一端与所述红色发光二极管led6的正极电连接，所述红色发光二极管led6的负极接地；
25.所述低电平判决指示电路包括运算放大器u1.2、电阻r5和蓝色发光二极管led2，所述运算放大器u1.2的反相输入端与所述二极管led5的正极电连接，所述运算放大器u1.1的同相输入端与所述电位器r7的中间抽头端电连接；所述运算放大器u1.2的输出端与所述电阻r5的一端电连接，所述电阻r5的另一端与所述蓝色发光二极管led2的正极电连接，所述蓝色发光二极管led2的负极接地；
26.所述中间电位指示电路包括运算放大器u1.3、运算放大器u1.4、电阻r6和黄色发光二极管led4，所述运算放大器u1.3的同相输入端与所述二极管led5的正极电连接，所述运算放大器u1.3的反相输入端与所述电位器r7的中间抽头端电连接，所述运算放大器u1.3的输出端与所述电阻r6的一端电连接，所述电阻r6的另一端与所述黄色发光二极管led4的正极电连接，所述黄色发光二极管led4的负极与所述运算放大器u1.4的输出端电连接，所述运算放大器u1.4的同相输入端与所述二极管led5的正极电连接，所述运算放大器u1.4的反相输入端与所述电位器r1的中间抽头端电连接。
27.优选的，所述电源供电电路包括电池、双路自锁开关sw1、电容c1和电容c2，所述双路自锁开关sw1的一端、电容c1的一端和电容c2的一端分别与所述电池的正极电连接，所述双路自锁开关sw1的另一端、电容c1的另一端和电容c2的另一端分别与所述电池的负极电连接。
28.本实用新型提供了一种通用型数字逻辑测量笔，解决了电子线路设计调试、电子产品检修过程中数字逻辑电平的快速检测问题，其包括了高电平、低电平、中间电位分三档led指示，解决了一般测量笔只能测量高、低电平两档或结构复杂成本高、通用性差等实际问题。
29.本实用新型具有以下有益效果：
30.1、可直接指示输入电压的多种电位状态，包括高电平、低电平、中间电位、过压、负压；
31.2、电路测试、调试中使用方便，电路简单、成本低，测量结果led指示、直观明显；
32.3、通用性强，逻辑电平基准电压可调，使用中可以根据待测电路的电平要求，随时更改逻辑笔测试标准，可以满足3.3v、5v、9v等常见低压逻辑控制系统的检测要求；
33.4、具有过流保护，过压、欠压保护和指示功能，大大增强了系统的安全性；
34.5、输入阻抗高，对待测电路影响很小，测量准确度高，实用性强，值得推广。
附图说明
35.图1是本实用新型的系统总体设计原理图；
36.图2是本实用新型的电源供电电路；
37.图3是本实用新型的逻辑电平基准电压调整电路图1
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高电平；
38.图4是本实用新型的输入保护电路图；
39.图5是本实用新型的高电平逻辑判决指示电路图；
40.图6是本实用新型的低电平判决指示电路图；
41.图7是本实用新型的中间电位指示电路图；
42.图8是本实用新型的系统电路图；
43.图9是本实用新型的逻辑电平基准电压调整电路图2
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低电平。
具体实施方式
44.本实用新型提供了一种通用型数字逻辑测量笔，下面结合图1到图9的结构示意图，对本实用新型进行说明。
45.实施例1
46.本实用新型提供了一种通用型数字逻辑测量笔，如图1和图8所示，包括：
47.信号采集电路，用于采集待测量信号；
48.输入保护电路，其输入端与所述信号采集电路的输出端电连接，用于提供输入限流保护；
49.逻辑电平基准电压调整电路，用于提供高低电平的基准比较电压；
50.电平比较判决及指示电路，其输入端分别和所述输入保护电路的输出端、逻辑电平基准电压调整电路的输出端电连接，用于将待测量信号与高低电平的基准比较电压进行
比较，并输出比较结果；
51.电源供电电路，分别与所述信号采集电路、输入保护电路、逻辑电平基准电压调整电路和电平比较判决及指示电路电连接，用于给各个电路提供稳定的直流电。
52.由输入保护电路将符合测量规范的输入信号送给电平比较判决及指示电路的比较器，比较器根据逻辑电平基准电压调整电路提供电平标准进行电压比较并输出比较结果，从而实现测量电路逻辑状态的判决与显示。
53.其中，如图2所示，电源供电电路主要由两节3v纽扣电池、双路自锁开关sw1、电容c1、电容c2构成，电池接口j1为电源输入端，电池正负极并联连接双路自锁开关sw1，再并联电容c1和电容c2，滤波后给系统提供稳定的6v直流电压，实际应用中也可以根据应用需要将纽扣电池改成9v层积电池供电。
54.其中，如图3和图9所示，逻辑电平基准电压调整电路主要是由电位器r1、电位器r7和电阻r2、电阻r4构成。电位器r1与电阻r2串联连接电源vcc两端，由电位器r1中间抽头提供可调高电平基准电压vref_h；电位器r7与电阻r4串联连接电源vcc两端，由电位器r7中间抽头提供可调低电平基准电压vref_l。
55.其中，电位器r1和电位器r7是精密、多旋电位器。
56.根据串联分压原理，高电平基准电压vref_h由电位器r1与电阻r2分压得到可调电压范围为2v
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6v；低电平基准电压vref_l由电位器r7与电阻r4串联分压得到可调电压范围为0.6v
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6v；完全可以满足一般ttl和cmos电路的所有电平范围要求。
57.其中，如图4所示，输入保护电路包括电阻r3、二极管led5、二极管led3、电阻r13、电阻r14和电阻r15，h2为测量笔输入接口，其串联r3后构成输入采样信号v_in；电阻r13和电阻r14串联连接到电源vcc两端，其分压端经电阻r15串联跨接到输入采样信号v_in端，同时，v_in通过绿色发光二极管led5上拉到电源vcc，二极管led5正极接v_in，负极接电源vcc；通过白色发光二极管led3下拉地gnd，二极管led3负极接v_in，正极接地gnd。
58.其中，二极管led5和二极管led3为低压二极管。
59.其中，电阻r3以串联的形式对输入待测量信号限流，起到输入限流保护作用，防止过流烧毁测量笔；二极管led5、二极管led3构成输入过压保护电路。二极管led5、二极管led3分别采用白色、绿色的低压发光二极管，平时正常工作时二极管不导通，当输入电压超过电源正压1v时绿色发光二极管点亮，指示过压状态并保护后续电路。当输入电压为负压
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1v时，白色发光二极管点亮，指示负压状态并保护后续电路；电阻r13、电阻r14取值为10k，为输入电路提供初始中间电压状态，电阻r15取值2m，保证初始状态为弱态，并提高输入阻抗，保障输入测量的准确性。
60.如图1和图8所示，电平比较判决及指示电路包含高电平逻辑判决指示电路、低电平判决指示电路和中间电位指示电路三部分。如图5、图6和图7所示，电平比较判决及指示电路包括运算放大器u1.1、运算放大器u1.2、运算放大器u1.3、运算放大器u1.4、电阻r33、电阻r5、电阻r6和二极管led2、二极管led4和二极管led6，其中，二极管led2、二极管led4和二极管led6为发光二极管，主要通过采用三种结构的电压比较器分别比较判决输入测量信号的逻辑状态，并采用不同颜色的led发光二极管直观指示。
61.如图5所示，高电平逻辑判决指示电路由运算放大器u1.1、电阻r33和红色发光二极管led6构成。其特征是测量笔输入采样信号v_in接运算放大器u1.1的同相输入端，反相
输入端接提供高电平基准电压vref_h的电位器r1中间抽头，运算放大器u1.1的输出端经电阻r33串联限流后接红色发光二极管led6，指示高电平逻辑状态，红色发光二极管led6的正极接电阻r33，负极接地gnd。
62.其工作原理是：由运算放大器u1.1构成一个同相电压比较器，运算放大器u1.1的反相输入端为高电平基准电压vref_h，当测量输入电压大于运算放大器u1.1的高电平基准电压时，运算放大器u1.1输出端为正压vcc，使得红色发光二极管点亮，指示此时输入为高电平状态。电阻r33为限流电阻，一般取值220—1k，可根据实际采用的二极管而定。
63.如图6所示，低电平判决指示电路由运算放大器u1.2、电阻r5和蓝色发光二极管led2构成，测量笔输入采样信号v_in接运算放大器u1.2的反相输入端，运算放大器u1.2的同相输入端接提供低电平基准电压vref_l的电位器r7中间抽头，运算放大器u1.2的输出端经电阻r5串联限流后接蓝色发光二极管led2，指示低电平逻辑状态，蓝色发光二极管led2的正极接r5，负极接地gnd。
64.其工作原理是：由运算放大器u1.2构成反相比较器，运算放大器u1.2的同相端输入为低电平基准电压vref_l,当输入测量电压小于低电平基准电压vref_l时，运算放大器u1.2的输出为正压vcc，使得蓝色发光二极管点亮，指示此时输入为低电平状态。
65.如图7所示，中间电位指示电路包括运算放大器u1.3、运算放大器u1.4、电阻r6和黄色发光二极管led4，测量笔输入采样信号v_in接运算放大器u1.3和运算放大器u1.4的同相相输入端，运算放大器u1.3的反相输入端接电位器r7提供的低电平基准电压vref_l，同相比较器u1.3的输出经r6串联接黄色发光二极管led4的正极；运算放大器u1.4的反相输入端接电位器r1提供的高电平基准电压vref_h，运算放大器u1.4的输出端接黄色发光二极管led4的负极。
66.其工作原理是：由运算放大器u1.3和运算放大器u1.4构成了窗口比较器，只有当输入测量电压大于vref_l、小于vref_h时，黄色发光二极管led4才点亮，指示此时输入为中间电位状态。
67.使用工作流程：
68.首先，将逻辑笔地端线连的一个鳄鱼夹夹到待测电路的gnd端，保证系统共地。
69.然后，打开电源开关sw1。
70.最后，用h2所接的探针去点触测试点，观察发光二极管发光状态，直观判断电路电平、电位情况。
71.当测量笔测量端没有信号输入时，黄色发光二极管亮，表示系统初始弱电状态。
72.当测量笔测量端有信号输入时：红色发光二极管亮表示所测点的电信号为高电平；蓝色发光二极管亮表示所测点的电信号为低电平；黄色发光二极管亮表示所测点的电信号为中间电位；绿色发光二极管亮表示所测点的电信号过压，测量笔处于过压保护状态；白色发光二极管亮表示所测点的电信号欠压，测量笔处于负压保护状态。
73.本实用新型提供的一种通用型数字逻辑测量笔，可以应用在教学实验中，在做有关数字逻辑方面的低频数字电路实验、实训时，可以直接采用该测量笔直观、快速进行逻辑测量与显示，提高实验的效率和检错、排错能力。此外，本实用新型还可以应用在实际的工程检测中，在电类产品工程设计、电器维修方面可直接应用与生产调试、生产测试、设备检修等方面，可取得快速检测、快速故障定位的效果，实际中广泛应用于低速逻辑功能电路检
测、逻辑信号的输出，查芯片好坏等。
74.本实用新型提供了一种通用型数字逻辑测量笔，解决了电子线路设计调试、电子产品检修过程中数字逻辑电平的快速检测问题，其包括了高电平、低电平、中间电位分三档led指示，解决了一般测量笔只能测量高、低电平两档或结构复杂成本高、通用性差等实际问题。
75.本实用新型可直接指示输入电压的多种电位状态，包括高电平、低电平、中间电位、过压和负压，在电路测试、调试中使用方便，电路简单、成本低，测量结果led指示、直观明显；此外，通用性强，逻辑电平基准电压可调，使用中可以根据待测电路的电平要求，随时更改逻辑笔测试标准，可以满足3.3v、5v、9v等常见低压逻辑控制系统的检测要求，具有过流保护，过压、欠压保护和指示功能，大大增强了系统的安全性；本实用新型输入阻抗高，对待测电路影响很小，测量准确度高，实用性强，值得推广。
76.以上公开的仅为本实用新型的较佳的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。