郑州轻工业学院电子技术课程设计题目：简易三态逻辑测试笔____________________学生姓名吴艳丽专业班级：电子信息工程11-2班学号：541101030239院（系）：电气信息工程学院指导教师：吴艳敏完成时间： 2013年06月28日郑州轻工业学院课程设计（论文）任务书题目简易三态逻辑测试笔专业电信工程11-2学号 541101030239 姓名吴艳丽主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1．阅读相关科技文献。

2．学习protel软件的使用。

3．学会整理和总结设计文档报告。

4．学习如何查找器件手册及相关参数。

技术要求1. 要求电路能够检测出高电平、低电平和高阻三种状态。

2. 要求电路能够在一定的范围内对高电平和低电平的状态进行调整，高电平设定范围为2V<V测＜5V的状态，低电平设定范围为0V＜V测＜1V的状态。

3. 要求电路能够将测试结果予以显示。

主要参考资料1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完成期限： 2013年6月28日指导教师签章：专业负责人签章：2013年6月21日简易三态逻辑测试笔摘要在日常工作，仪器的故障维修中，平时都是通过用万能表测量，借此了解电路的工作状况和发生故障的地方，但是这个方法在电路的管脚多的时候不方便，并且用万能表测量不出来高阻状态。

所以，本文就对此缺点进行了改进，设计了一种简易三态逻辑测试笔，能完成对各种电路状态的测量，专门用于测定逻辑电路的输出状态。

更加方便仪器故障的诊断和维修。

同时对三态逻辑测试笔的设计和制作进行了论述。

关键词仪器维修输出三态三态逻辑测试笔目录1.概述2.系统总体方案设计................................ 2.1逻辑笔的功能.........................................2.2电路原理及器件的特性.................................2.2.1 CMOS电平....................................2.2.2TTL电平............................................2.2.3 TTL三态与非门.....................................2.2.4 CMOS电平和TTL电平区别........................... 2.2.5固定输出电压的稳压................................2.2.6LM324四运算放大器.................................2.3 电路原理图及功能表................................2.4 电路原理..........................................3.元器件类型........................................3.1电路的制作..............................................3.2元器件选择.............................................结论与展望......................................... 参考文献........................................... 附录...............................................正文部分：1. 概述所谓输出三态，即数字集成电路输出有三种方式：高电平(与正电源相连)，低电平(与地相连)，高阻态(不与任何支路相连，相当于悬空状态）。

本文通过用TTL电平和COMS电平实现电路的高低电平的输入，运用比较器来调节电路电平使电平输出为高低电平，通过TTL门电路的借用发光二极管的通路效应来实现其高低电平和高阻态的显示功能。

由设计高低电平的选择，调节。

到输入，再由电路的显示功能，完成了对课题的要求。

之后通过运用protel软件完成了对电路的制作。

2. 系统总体方案设计2.1 逻辑笔的功能逻辑笔是测量数字电路子路的一种比较简单的工具，其采用不同的颜色指示灯来表示数字电平的高低，或者七段数字显示器，显示“H”为高电平，显示“L”为低电平。

使用逻辑笔可以快速测量出数字电路中有故障的芯片。

逻辑笔上一般有两三个信号指示灯，红灯一般表示高电平，绿灯一般表示低电平。

黄灯表示所测的信号为脉冲信号。

逻辑笔一般有两个用于指示逻辑状态的发光二极管，性能较好的还有第三个，用于提供以下四种逻辑状态指示。

（1）绿色发光二极管亮时，表示逻辑低电位。

（2）红色发光二极管亮时，表示逻辑高电位。

（3）黄色发光二极管亮时，表示浮空或三态门的高阻抗状态。

（4）如果红，绿，黄三色发光二极管同时闪烁，则表示有脉冲信号存在。

2.2 电路原理及器件的特性2.2.1CMOS电平输出L：<0.1*Vcc ；H：>0.9*Vcc。

输入L：<0.3*Vcc ；H：>0.7*Vcc. 由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限为1.8V，高于3.5V为高电平，噪声容限高为1.8V。

比TTL有更高的噪声容限。

CMOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。

由 MOS管构成的集成电路称为MOS 集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC （Complementary MOS Integrated Circuit）单级器件，一般电源电压 15V，速度慢（几百ns），功耗低，省电（uA级），负载力小，不用端必须处理。

CMOS集成电路的性能特点:微功耗—CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。

高噪声容限—CMOS电路的噪声容限一般在40%电源电压以上。

宽工作电压范围—CMOS电路的电源电压一般为1.5~18伏。

高逻辑摆幅—CMOS电路输出高、低电平的幅度达到全电为VDD，逻辑“0”为VSS。

高输入阻抗--CMOS电路的输入阻抗大于108Ω,一般可达1010Ω。

高扇出能力--CMO S电路的扇出能力大于50。

低输入电容--CMOS电路的输入电容一般不大于5PF。

宽工作温度范围—陶瓷封装的CMOS电路工作温度范围为 - 55 0C ~ 125 0C；塑封的CMOS电路为– 40 0C ~ 85 0C2.2.2 TTL电平TTL 电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（Transistor- Transistor Logic 晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL 电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外 TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL 接口的操作恰能满足这个要求。

TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。

这是由于可靠性和成本两面的原因。

因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。

TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。

输入 L： <1.2V ； H：>2.0V TTL 器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。

输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是12.2.3 TTL三态与非门三态与非门的输出除了具有一般与非门的两种状态，即输出电阻较小的高、低电平状态外，还具有高输出电阻的第三状态，称为高阻态，又称为禁止态。

TTL 三态输出与非门也就是在与非门的基础上上增加一个控制电路，而与非门的构成就是一个TTL反相器增加输入端而构成，这个可以通过使用复合管或者通过多个晶体管并联而构成多输入端。

TTL三态输出与非门在这个原理图中是加入了输入端控制电路以及显示电路的，这电路能够通过控制输入端的输入信号（高电平或者低电平），又能够通过输出显示电路上的LED灯观察到输出端的输出信号（高电平、低电平或者高阻态）。

TTL与非门的主要参数：(1)输出高电平U oH和输出低电平U oL ，U oH是指输入端有一个或几个是低电平时的输出电压值。

U oL是指输入端全为高电平且输出端接有额定负载时的输出电压值。

(2)开门电平U ON和关门电平U OFF，U ON是指保持输出低电平所允许的输入高电平的下限值。

U OFF是指保持输出高电平所允许的输入低电平的上限值。

(3)输入低电平噪声容限U NL和输入高电平噪声容限U NH，在数字系统中，门电路的输入通常是同类门的输出。

但有时会有噪声电压叠加在输入信号上。

当噪声电压超过一定限度时，就会破坏与非门的正常逻辑关系。

把不致影响输出逻辑状态所允许的噪声电压幅度的界限，叫做TTL 与非门输入端的噪声容限。

当输入低电平（U iL=U oL）时，只要噪声电压与输入低电平叠加后的数值小于U OFF，输出仍为高电平。

该噪声电压的极限值即为输入低电平噪声容限U NLU NL=U OFF-U oLU NL越大，表明输入低电平时抗正向干扰能力越强。

当输入高电平(U iH=U OH)时，只要噪声电压（负向）与输入高电平叠加后的数值大于U ON，输出仍为低电平。

该噪声电压的极限值即为输入高电平噪声容限U NH．即U NH =U oH-U ONU NH越大，表明输入高电平时抗负向干扰能力越强。

(4)扇出系数N。

扇出系数是指一个与非门能够带同类与非门的最大数目，它表示与非门带负载的能力。