数字逻辑笔课程设计.doc

河北联合大学课程设计说明书设计题目 数字逻辑笔 专 业 姓 名 学 号 指导教师 2012 年 1 月 6 日时间 2012-1-12 地点 河北联合大学课程设计内容概述在数字电路测试、调试和检修时，经常需对电路中的某点的逻辑状态进行测试，有时需要对某点施加逻辑电平，若使用万用表、示波器、电源和信号发生器等实现上述工作很不方便，而简单方便、灵活多用的数字逻辑笔是将上述仪器集中于一起的逻辑测试工具，其外形与钢笔相似，使用逻辑探头进行测试或输出利用数字逻辑笔可大大缩短数字电路的测试时间因此数字逻辑笔已越来越受到使用者的喜爱本课题就是要完成用于 TTL 逻辑门电路的数字逻辑笔的电路设计 数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、程序软件控制等一系列优点随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出为了充分发挥数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

自 20 世纪 70 年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域，如数字滤波器等我选择数字逻辑笔做我数电实验的课程设计，想亲手制作一下现实中很有用的东西，从中体会到学习数电和电子设计的乐趣设计要求设计一个数字逻辑笔，功能是： （1)基本功能测试/输出高电平、低电平或高阻用按键循环选择测试或输出工作状态的切换(输出低电平→测试→输出高电平→测试)，用一个发光二极管显示工作状态(测试或输出)，用蜂鸣器(或另一个发光二极管)发出不同频率的音响(或闪动)，指示测试结果/输出状态 （2)扩展功能(选做)测试/输出正或负脉冲或连续脉冲，过载保护和报警显示 （3)技术指标测试/输出高电阻≥10kΩ，高电平≥2.4V，低电平≤0.8V方案的设计一、测试电路通过对题目的研究，我发现此电路需要稳压装置、比较装置、分辨设备、脉冲信号产生装置、显示装置等等，程序框图如下：输入设备稳压装置比较装置 分辨、转换 控制系统 脉冲的产生显示装置图一 分块原理图二、输出电路的设计探针接电源正极时输出高电平，接地时输出低电平三、输入和输出的选择有三态开关来控制集成器件的分析：一、LM339 比较器LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器， 该电压比较器的 特点是：1）失调电压小，典型值为 2mV；2）电源电压范围宽，单电 源为 2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限 制较宽；4）共模范围很大，为 0~（Ucc-1.5V）V；5）差动输入电压 范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选 用。

LM339 集成块采用 C-14 型封装，图 1 为外型及管脚排列图由于 LM339 使用灵活，应用广泛，所以世界上各大 IC 生产厂、公司竟相推出自己 的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339 等，它们的参数基本一致， 可互换使用并且有如下特点：1．工作电源电压电压范围宽，单双电源均可工作，单电源： 2～36V；双电源：±1V～±18V 2.失调电压小，典型值为 2mV 3.对比较信号源的内阻限制较高 4．差动输入范围大，最大可达到电源电压5.共模输入电压范围也较大，为：0～（VCC-1.5V） 由此可知， 为使比较器参考电压电路设计：1、 稳压部分根据电阻串联分压的特点，直接将两个电阻和电源相连，取两个电阻的中间为所取的电压值2、 比较电路采用 LM339 对输入信号和其反向输入端的稳压信号进行比较获得合适的输出信号第一个比较器的反相输入端为 2.4V，第二个为 0.8V，所以当测试电压小于 0.8V 时两反相器输出均为高电平，当测试电压大于 2.4V 是测试电压均为低电平，当测试电压位于两者之间时第一个反相器为低电平，第二个为高电平3、 分辨转换装置用 74LS 系列的与非门讲上述所说的三中状况装换为输出端的三个信号。

4、 控制系统用三个与门的输出控制压控开关，进而控制接入振荡电路的电阻阻值大小5、 脉冲信号的产生用 555 定时器组成多谐振荡电路，电路图如下6、 显示装置，如上图所示在发光二级管和信号源之间接入电阻，防止电流过大烧毁器件7、 设计总图将以上的几个部分组合起来就形成了下面的电路图整个电路是由 9V （即 4 个干电池）电池提供电压，快捷方便第一部分：第一列电阻中两个阻值分别是 3.7kΩ 和 800Ω，使得中间为 1.6V（高阻时的输入电压），第二列电阻值分别为 11kΩ 和 4kΩ 使得节点电压为 2.4V，第三列节点电压稳定在0.8V第二部分：是两个电压比较器，各引脚的输入电压已经在前面说明第三部分：由与门、非门组成的检测转换电路，待测信号为低电平时最上边一个与门输出为高，待测信号为高电平时中间的与门输出为高，待测信号为高阻态时最下边的与门为高电平第四部分：是控制电路，由与门的输出电压控制压控开关影响接入 555 定时器组成的多谢振荡电路中的阻值第五部分：由 555 定时器组成的振荡电路，周期性的产生方波让发光二级管闪动仿真和实验根据逻辑笔的功能要求，确定了总体设计方案和单元电路，接下来就需要通过 Multisim 对逻辑笔系统进行仿真分析，同时验证前面设计方案的可行性。

有些部分不适合仿真分析的，可以通过实验来验证 按照电路图，在 multisim 里放置元件并连线，检查完毕后进行仿真测试，如果不行可以讲电路分成上述的五部分来验证，逐一确定问题的所在画 pcb 板仿真结束后，将总体设计方案的确定，之后开始做安装的准备——绘制 PCB 图利用Proteus 软件，将设计电路的原理图和 PCB 图生成第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分生成的图如下所示器件说明：电阻 500Ω 两个 电阻 3.7K 一个 电阻 800Ω 一个 电阻 11K 一个 电阻 4K 两个 电阻 100Ω 一个 电阻 400Ω 一个 电阻 1K 两个 电阻 5K 两个 电阻 10K 两个 压控开关 6 个 电容 两个 （10nF， 1μF）比较器 lm339 一个 非门 74ls04 一个 与门 74LS08 一个 发光二极管 两个 1.5V 电池 六块 探笔 一个课程设计收获通过这次对数字逻辑笔的设计学习，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了数字逻辑笔的原理和设计理念。

但是在做数字逻辑笔设计时，由于对数字逻辑笔的原理和电路的不了解，在查阅资料和上网阅读才对此设计了解了一些，但是总感觉还是没有彻底懂得！思路还不是很清晰！在设计中，对芯片 lm339 的掌握感觉很难，还需要继续学习在画局部电路图中遇到很多问题，通过老师的提示和讲解才逐渐懂得如何应用从这次的电子技术课程设计中，我学到很多东西，例如 proteus 的入门和简单应用，还有一些电路原理方面的知识，丰富了我的知识面，对我以后的电子电路学习提供了帮助在设计电路时我还发现了，作为大学生的我们平时仅仅学习课本上的知识是远远不够的，我们应该利用课外时间好好拓展知识面，了解更多的电子知识以前仅仅是听说过 multisim 等等仿真软件，这次课程设计体会到了他们的优点，以及在以后研究电子电路方面的作用总之，通过这次课程设计我学到了很多，也收获了很多，希望以后还能有这样的机会学生：（签名）年 月 日成绩评定优秀 良好 中等 及格 不及格指导教师：王静波 2012 年 1 月 10 日。