设计逻辑信号电平测试器的设计.docx
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设计逻辑信号电平测试器的设计
设计题目：
逻辑信号电平测试器的设计
1设计要求及主要技术指标
1.1设计要求
1.1.1、根据技术指标要求确定电路形式，分析工作原理，计算元件参数。
1.1.2、列出所用元器件清单并购买。
1.1.3、安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。
1.1.4、记录实验结果。
1.1.5、撰写设计报告（含调试内容）。
1.2主要技术指标
1.2.1、测量范围：
低电平UL<0.8V；高电平UH>3.5V。
1.2.2、高低电平用变色发光二极管来显示，红色表示高电平，绿色表示低电平。
1.2.3、当被测信号在0.8V～3.5V之间时，发光二极管不亮。
1.2.4、输入电阻大于20kΩ。
1.2.5、工作电源为5V。
1.2.6、要求选用CW78三端集成稳压器，LM324型四运放集成电路，2EF302型三端变色发光二极管。
2设计过程
2.1题目分析
逻辑信号点平测试器是将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出高电平低电平。
2.2整体构思
电源→输入电路→逻辑状态识别电路→显示电路.
2.3具体实现
2.3.1、根据技术指标要求确定稳压器型号及电路形式.
2.3.2、根据稳压器的输入电压确定电源变压器的副边电压U2.根据稳压电流的最大输出电流Imax和U2确定副边的功率P2.根据P2及效率确定电源变压器功率P1.
2.3.3、确定整流二极管和滤波电容.
2.3.4、根据技术指标确定输入电阻逻辑电路电阻，由2EF302型三端变色发光二极管确定显示部分保护电阻。
3元件说明及相关计算
3.1元件说明
3.1.1、电阻器
固定电阻器的主要参数是标称阻值、允许误差和额定功率。
标称阻值和允许误差：
电阻器上标志的阻值叫标称值，而实际值与标称值的偏差，除以标称值所得的百分数叫电阻的误差，它反映了电阻器的精度。
不同的精度有一个相应的误差，表1列出了常用电阻器的允许误差等级（精度等级）。
表1常用电阻器允许误差的等级
允许误差
±0.5％±1％±2％
±5％±10％±20％
级别
0050102
ⅠⅡⅢ
类型
精密型
普通型
目前固定电阻器大都为I级或II级普通电阻，而且III级很少，能满足一般应用的要求，02、01、005级的精密电阻器，一般用于测量仪器，仪表及特殊设备电路中。
国家有关部门规定了阻值系列作产品的标准，表2是普通电阻器系列表。
表中的标称值可以乘以10n，例如，4．7这个标称值，就有0．47Ω、4．7Ω、47Ω、470Ω、4．7KΩ……。
选择阻值时必须在相应等级的系列表中进行。
表2电阻器系列及允许误差
E24
1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1
E12
1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2
E6
1.01.52.23.34.76.8
各系列允许误差E24－5%E12-10%E6-20%
电阻器的额定功率：
电阻器在电路中长时间连续工作不损坏，或不显著改变其性能所允许消耗的最大功率称为电阻器的额定功率。
电阻器的额定功率并不是电阻器在电路中工作时一定要消耗的功率，而是电阻器在电路工作中所允许消耗的最大功率。
不同类型的电阻具有不同系列的额定功率，如表2所示。
表2 电阻器的功率等级
名称
额定功率（W）
实芯电阻器
0.25
0.5
1
2
5
－
线绕电阻器
0.5
25
1
35
2
50
6
75
10
100
15
150
薄膜电阻器
0.025
2
0.05
5
0.125
10
0.25
25
0.5
50
1
100
电阻器的型号命名方法：
第一部分：
主称
第二部分：
材料
第三部分：
特征分类
第四部分：
序号
符号
意义
符号
意义
符号
意义
电阻器
电位器
R
电阻器
T
碳膜
1
普通
普通
对主称、材料相同，仅性能指标、尺寸大小有差别，但基本不影响互换使用的产品，给予同一序号；若性能指标、尺寸大小明显影响互换时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。
W
电位器
H
合成膜
2
普通
普通
S
有机实芯
3
超高频
――
N
无机实芯
4
高阻
――
J
金属膜
5
高温
――
Y
氧化膜
6
――
――
C
沉积膜
7
精密
精密
I
玻璃釉膜
8
高压
特殊函数
P
硼碳膜
9
特殊
特殊
U
硅碳膜
G
高功率
――
X
线绕
T
可调
――
M
压敏
W
――
微调
G
光敏
D
――
多圈
R
热敏
B
温度补偿用
――
C
温度测量用
――
P
旁热式
――
W
稳压式
――
Z
正温度系数
――
示例：
电阻器的标志内容及方法
文字符号直标法：
用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，额
定功率、允许误差等级等。
符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值，其文字符号所表示的单位如表5所示。
如1R5表示1.5W，2K7表示2.7kW，
表５
文字符号
R
K
M
G
T
表示单位
欧姆（W）
千欧姆（103W）
兆欧姆（106W）
千兆欧姆（109W）
兆兆欧姆（1012W）
例如：
由标号可知，它是精密金属膜电阻器，额定功率为1/8W，标称阻值为5.1kW，允许误差为±10%。
色标法：
色标法是将电阻器的类别及主要技术参数的数值用颜色（色环或色点）
标注在它的外表面上。
色标电阻（色环电阻）器可分为三环、四环、五环三种标法。
其含义如图1和图2所示。
三色环电阻器的色环表示标称电阻值（允许误差均为±20%）。
例如，色环为棕黑红，表示10′102＝1.0kW±20%的电阻器。
四色环电阻器的色环表示标称值（二位有效数字）及精度。
例如，色环为棕绿橙金表示15′103＝15kW±5%的电阻器。
五色环电阻器的色环表示标称值（三位有效数字）及精度。
例如，色环为红紫绿黄棕表示275′104＝2.75MW±1%的电阻器。
一般四色环和五色环电阻器表示允许误差的色环的特点是该环离其它环的距离较远。
较标准的表示应是表示允许误差的色环的宽度是其它色环的（1.5~2）倍。
有些色环电阻器由于厂家生产不规范，无法用上面的特征判断，这时只能借助万用表判断。
3.1.2、电容器
电容器的型号命名法：
第一部分：
主称
第二部分：
材料
第三部分：
特征、分类
第四部分：
序号
符号
意
义
符号
意义
符号
意义
瓷介
云母
玻璃
电解
其他
电
容
器
C
瓷介
1
圆片
非密封
－
箔式
非密封
对主称、材料相同，仅尺寸、性能指标略有不同，但基本不影响互使用的产品，给予同一序号；若尺寸性能指标的差别明显；影响互换使用时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。
Y
云母
2
管形
非密封
－
箔式
非密封
I
玻璃釉
3
迭片
密封
－
烧结粉固体
密封
O
玻璃膜
4
独石
密封
－
烧结粉固体
密封
Z
纸介
5
穿心
－
－
－
穿心
J
金属化纸
6
支柱
－
－
－
－
B
聚苯乙烯
7
－
－
－
无极性
－
L
涤纶
8
高压
高压
－
－
高压
Q
漆膜
9
－
－
－
特殊
特殊
S
聚碳酸脂
J
金属膜
H
复合介质
W
微调
D
铝
A
钽
N
铌
G
合金
T
钛
E
其他
示例：
（1）铝电解电容器
电容器的主要技术指标：
（1）电容器的耐压：
常用固定式电容的直流工作电压系列为：
6.3V，10V，16V，25V，40V，63V，100V，160V，250V，400V。
（2）电容器容许误差等级：
常见的有七个等级如表7所示。
电容器的标志方法：
有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容，例如101表示100pF；用小于1的数字表示单位为mF的电容，例如0.1表示0.1mF。
（2）数码表示法 一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。
前两位为有效数字，后一位表示位率。
即乘以10i，i为第三位数字，若第三位数字9，则乘10-1。
如223J代表22′103pF＝22000pF＝0.22mF，允许误差为±5%；又如479K代表47′10-1pF，允许误差为±5%的电容。
这种表示方法最为常见。
（3）色码表示法 这种表示法与电阻器的色环表示法类似，颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。
色码一般只有三种颜色，前两环为有效数字，第三环为位率，单位为pF。
有时色环较宽，如红红橙，两个红色环涂成一个宽的，表示22000pF。
3.1.3、变压器
3.1.4、二极管
3.1.5、集成运放
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,
除电源共用外,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相同。
LM324的
引脚排列见图
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,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。
3.1.6、集成稳压器
CW7805、CW7812、CW7912、CW317集成稳压器的主要参数：
参数名称/单位
CW7805
CW7812
CW7912
CW317
输入电压/V
+10
+19
-19
￡40
输出电压范围/V
+4.75~+5.25
+11.4~+12.6
-11.4~-12.6
+1.2~+37
最小输入电压/V
+7
+14
-14
+3￡Vi-Vo￡+40
电压调整率/mV
+3
+3
+3
0.02%/V
最大输出电流/A
加散热片可达1A
1.5
3.2相关计算
3.2.1、计算集成稳压器：
输出电压U0=+5V，最大电流I0=1.5A。
电容取C1=C2=0.1uf。
（作用是防止其它信号的干扰）
3.2.2、计算电源变压器
集成稳压器的输出电压与稳压器的输出电压相同，可得输入电压Vi的范围为
Vomax+（Vi-Vo）min≤Vi≤Vomin+（Vi-Vo）max
5V+3V≤Vi≤Vomin+（Vi-Vo）max
8V≤Vi≤Vomin+（Vi-Vo）max
副边电压V2≥Vimin/1.1=8V/1.2V，取V2=9V，副边电流I2>Iomax=0.24A，取I2=0.3A，则变压器副边输出功率P2≥I2V2=2.7W。
由表1可得变压器的效率η=0.6，则原边输入功率P1≥P2/η=4.5W。
为留有余地，选功率为8W的电源变压器。
表一、小型变压器的效率
副边功率（W）2P
<10
10~30
30~80
80~200
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
3.2.3、计算整流二极管及滤波电容
整流二极管D选1N4001，其极限参数为VRM≥50V，IF=lA。
满足VRM>=13.6V，IF》Imax的条件。
滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定。
已知，ΔVop−p和稳压系数Sv来确定，Vo=5V，Vi=7V，ΔVop−p＝5mV，Sv＝3×10-3。
则由式（6）得稳压器的输入电压的变化量
稳压系数指在负载电流Io、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即稳压系数
Sv的测量电路如图所示。
测试过程是：
先调节自耦变压器使输入电压增加10％，即=242V，测量此时对应的输出电压；再调节自耦变压器使输入电压减少10％，即=198V，测量这时的输出电压，然后再测出==220V时对应的输出电压，则稳压系数
由式（9）得滤波电容
C=Ict
电容C的耐压应大于。
故取2只2200μF/25V的电容相并联。
4调试过程
4.1调试过程
调试的方法：
①不通电检查电路安装完毕后，不要急于通电，应首先认真检查接线是否正确，包括多线、少线、错线等，尤其是电源线不能接错或接反，以免通电后烧坏电路或元器件。
查线的方式有两种：
一种是按照设计电路接线图检查安装电路，在安装好的电路中按电路图一一对照检查连线；另一种方法是按实际线路，对照电路原理图按两个元件接线端之间的连线去向检查。
无论哪种方法，在检查中都要对已经检查过的连线做标记，使用万用表检查连线很有帮助。
②直观检查连线检查完毕后，直观检查电源，元器件接线端之间有无短路，连线处有无接触不良。
③通电检查把经过准确测量的电源电压加入电路，电源接通之后不要急于测量数据和观察结果，首先要观察有无异常现象，包括有无冒烟、有无异常气味、触摸元件是否有发烫现象、电源是否短路等。
如果出现异常，应立即切断电源，排除故障后可重新通电。
④分块调试包括测试和调整两个方面。
测试是在安装后对电路的参数及工作状态进行测量；调整则是在测试的基础上对电路的结构或参数进行修正，使之满足设计要求。
为了使测试能够顺利进行，设计的电路图上应标出各点的电位值，以及其他参考数值。
调试过程中我们不能单凭感觉和印象，要始终借助仪器观察，
2、调试注意事项
①测试之前要熟悉各种仪器的使用方法，并仔细加以检查，避免由于仪器使用不当或出现故障而作出错误判断。
②测试仪器和被测电路应具有良好的共地，只有使仪器和电路之间建立一个公共地参考点，测试的结果才是准确的。
③调试过程中，发现器件或接线有问题需要更换或修改时，应关断电源，待更换完毕认真检查后方可重新通电。
④调试过程中，不但要认真观察和检测，还要认真记录。
包括记录观察的现象、测量的数据间关系，必要时在记录中应附加说明，尤其是那些和设计不符合的现象更是记录的重点。
依据记录的数据才能把实际观察的现象和理论预计的结果加以定量比较，从中发现问题，加以改进，最终完善设计方案。
通过收集第一手资料可以帮助自己积累实际经验，切不可低估记录的重要作用。
⑤安装和调试自始至终要有严谨的科学作风，不能抱有侥幸心理。
出现故障时，不要手忙脚乱，马虎从事，要认真查找故障原因，仔细作出判断，切不可一遇到故障解决不了时就拆线重新安装。
因为重新安装的线路仍然存在各种问题，况且原理上的问题也不是重新安装电路就能解决的。
在调试过程中，我们认真了解了上述知识，对我们电路作了调试。
4.2遇到问题及解决措施
测试的时候探针不接触任何地方出现红灯亮，绿灯不亮，探针接触低电平时出现绿灯亮，红灯不亮，探针接触高电平时，红灯不亮，绿灯也不亮。
故障原因
①实际电路与设计的原理图不符。
②元器件使用不当。
③设计的原理本身不满足要求。
④错误操作等。
由于诸多因素的影响，我们原来的理论设计可能要作修改，选择的元器件需要调整或改变参数，可能还要增加一些电路或元器件，以保证电路能稳定地工作。
所以，调试之后很可能要对前面的“选择元器件和参数计算”一步中所确定的方案再作修改，最后完成实际的总体电路，制作出符合设计要求的电子设备。
经过反复测试，错误原因是把R1和R2的电阻接反了，改正后测试就成了。
5心得体会
第一次接触课程设计，开始阶段有些无从下手，盲目的在网上搜寻资料，后来在老师的指导下，我们的设计才真正的进入了正轨，三个星期课程设计使我们对模电的基础知识又有了论知识有了进一步的了解，通过设计也培养了我们的动手实践能力和团队配合能力。
尤其增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。
在设计的过程中，我们通过软件仿真，电路焊接，我们的动手能力得到了很大的提高，也学会了一些基本电工工具的使用操作方法。
设计阶段，我们到网上及图书管查找相关元件资料，了解了更多电子元件的功能和原理，实现了电路的预定功能。
在设计中，我们相互帮助，同学协作能力得到了很大的提高所以在以后的学习生活中我会改正不足，在设计中，我们并没有那么顺利的就完成，过程中出现了许多问题，如：
在做逻辑信号电平测试器的过程中，我们将R1与R2接反，造成电路功能无法实现，在全面检查电路后，发现问题并改正，完成了设计。
在设计中，我们的设计思维，发现问题和解决问题的能力得到了很大的提高，也对电子设计有了很大的兴趣。
现在的社会是科技的社会，在以后的学习生活中，我们会更加努力学习培养自己独立思考的能力，从而更加适应社会。
在设计中，我们也学会了一些设计的小技巧，在设计中，对第一次接触电工的同学来说，焊接是一道难题，其次是布线，焊接工作是具有一定危险性的，不小心就会烫伤，所以焊接时要非常细心，稍微不小心就会把电路板和元件弄坏，刚开始焊的时候手都是抖的，但是熟练了就好了。
三周的课程设计结束了，我们得到了很多东西，是我们在课堂上得不到的东西，是有用的东西而不是那种华而不实的东西，在以后的学习中，我们会更加努力的去专研所学的课程。
参考文献
赵淑范主编：
《电子技术实验与课程设计》，清华大学出版社
陈光明主编：
《电子技术课程设计与综合实训》北京航空航天大学出版社
高吉祥主编：
《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》电子工业出版社
彭介华主编：
《电子技术课程设计》高等教育出版社
谢云主编：
《现代电子技术实践课程指导》机械工业出版社
附录一：
电路原理图.
附录二：
元件清单
变压器（9V,8W）1个,
滤波电容（2200μＦ,25Ｖ）1个,
桥式整流二极管1个
防干扰电容2个
稳压器ＣＷ78051个,
ＬＭ324四运放集成电路1个,
2EF302发光二极管红色绿色各1个,
插槽（16孔）1个,
插孔1个,
万用板1块
电阻:
30KΩ×1,43KΩ×1,82KΩ×1,68KΩ×1,360KΩ×1,100KΩ×1,
68Ω×2
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