怎样构建一个能够分析数字信号的简易逻辑探测器

探测信号

万用表是方便的工具，可以很多地沟通信号，包括电压，电流，电阻和连续性。有一些更先进的万用表甚至可以测量电感和电容，使它们对模拟电路非常有用。

虽然万用表也可用于数字环境，但由于多种原因，它们有些不合适。首先，万用表设计用于测量直流或交流电源，这意味着如果数字信号正在切换，则万用表将记录异常电压。其次，万用表体积大且体积大，因此在电路上使用三个以上可能是困难的。第三，万用表有一个必须连接的公共（接地）输入，使用两个以上可能会使这成为一项艰巨的任务。

与万用表不同，逻辑探头是一个非常简单的电路，设计用于衡量数字系统。逻辑探头通常只配备三个输出LED，指示以下状态：

1 - （数字高）

0 - （数字低）

Z - （高阻抗）

P - （信号是脉冲/切换）

然而，逻辑探头无法测量模拟读数因此，在测量信号时，无法确定信号的电压电平。尽管有这个缺点，逻辑探头很容易设计，构造，并与其他探头一起使用。我们将构建的逻辑探头由四个独立的逻辑探头电路组成一个单独的电路，提供四个逻辑探头输入和四个LED输出显示。

逻辑探针原理图

单个逻辑探测电路

逻辑探测器的工作原理

逻辑探针（如上所示）有三个主要块：

U1A - 一个简单的振荡器

U1B和U1C - 单稳态锁存器

U1D - 逆变器

如果输入未连接（即高阻抗），则U1A由于反馈电阻R3而振荡。由于这种振荡非常小（幅度为100mV）并且仅振荡约2.5V，因此LED D2或D3都不会导通。然而，这种小振荡足以触发由U1B和U1C组成的单稳态触发，从而导致U1C的输出振荡。这种振荡也会导致U1D的输出迅速变化，因此LED D1导通。如果输入连接到逻辑高电平，则U1A的输出保持低电平，导通LED D2并关闭LED D3。

由于U1A的输出没有变化，单稳态电路输出保持低电平，导致U1D的输出为高电平。结果是LED D1无法导通，因此关闭。

如果输入连接到逻辑低电平，则U1A的输出保持高电平，从而打开LED D3并关闭LED D2。由于U1A的输出保持一致，单稳态电路的输出保持低电平，从而导致U1D的高输出。结果是LED D1不能导通和关断。如果输入连接到振荡数字信号，则U1A的输出在VDD和0V之间快速切换。与浮动情况不同，此信号能够转动D2和D3，触发所有三个LED打开。

构建逻辑探测器

不是将所有东西都安装在单个PCB上，而是使用单独的板 - 每个板作为单个探针。这种设计不仅可以在多个探针组合在一起时更容易识别，还有助于更好地整体组织。理想情况下，所有部件都可以加载到单个PCB上，因为探头使用公共电源和接地走线。

逻辑探头电路有一个接地参考输出，连接到被测电路的接地端。您可以使用您选择的连接器将探头连接到PCB。

对于此项目，逻辑探头PCB具有4针SIL插头，允许使用更便宜的逻辑分析仪探头（这些探头）探头类型也有弹簧加载的夹子，使它们连接到测试点）。一些定制探针也使用弹簧针作为探头制成。这种类型的探头包含一个内部弹簧，在探测信号时提供非常平稳的动作（即施加压力导致头部略微缩回，从而改善接触）。

电路需要相等的电源由于逻辑探头依赖于输入信号等于为4001 IC供电的电源线的电压电平，因此被测电路使用的电源。例如，如果探头由5V供电且被探测的逻辑信号为3.3V逻辑，则3.3V无法提供足够的能量来触发NOR门。

木制外壳底座包含逻辑探头的所有部件，而3D打印前盖则不需要机器切口和其他复杂部件。一旦构建了逻辑探针电路，用它来分析未来项目的数字信号！

包含所有逻辑探头部件的木制外壳底座

包含所有逻辑探头部件的木质底座（顶视图）

木制房屋单元（侧视图）