《汽車電氣系統(tǒng)檢修》課程——第7章 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797397.1 認(rèn)識數(shù)字電路認(rèn)識數(shù)字電路 第七章第七章 數(shù)字電子電路數(shù)字電子電路 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.數(shù)字電路特點 數(shù)字電路處理的是輸入、輸出信號之間的邏輯關(guān)系，所謂邏輯是指事物的前因（條件）和后果（結(jié)果）之間所遵循的規(guī)律，因此數(shù)字電路又稱為邏輯電路。由于數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)（0和1），不易混淆，便于處理和儲存，因此電路抗干擾能力強(qiáng)，有極高的可靠性和穩(wěn)定性。

2、目前，數(shù)字電路被廣泛應(yīng)用與信息檢測、處理、存儲、過程控制等。模擬信號數(shù)字信號地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 數(shù)字信號 數(shù)字信號是脈沖信號，所謂脈沖信號是指那些在短促的時間內(nèi)斷續(xù)作用的躍變信號，其持續(xù)作用的時間可短至幾個微秒，甚至幾個納秒。在工業(yè)檢測與控制的數(shù)字電路中最常用的是矩形脈沖信號，它一般是電壓波形，可用電位的高低來表示，分別稱為高電平和低電平。常見數(shù)字信號波形地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 高、低電平是數(shù)字信號的兩種狀態(tài)，一般高電平是指高電位，低電平是指低電位。在邏輯

3、電路中，用邏輯0和邏輯1來表示高低電平，如果用0表示低電平，用1表示高電平，稱為正邏輯關(guān)系；如果用1表示低電平，用0表示高電平，則稱為負(fù)邏輯關(guān)系。2. 數(shù)字信號正邏輯關(guān)系負(fù)邏輯關(guān)系地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 脈沖有正、負(fù)之分，如果脈沖躍變后的電平比初始電平高，稱為正脈沖，反之，稱為負(fù)脈沖。2. 數(shù)字信號正脈沖負(fù)脈沖地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 實際上，矩形脈沖的前后沿不是垂直的，即脈沖的躍變需要一定的時間才能完成。下圖是一個實際的矩形波，現(xiàn)以它為例來說明脈沖信號波形的一些參

4、數(shù)。2. 數(shù)字信號脈沖幅度脈沖幅度A 脈沖上升時間脈沖上升時間 脈沖下降時間脈沖下降時間 脈沖寬度脈沖寬度 脈沖周期脈沖周期 脈沖頻率脈沖頻率 占空比占空比D 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797397.2 組合邏輯電路組合邏輯電路第七章第七章 數(shù)字電子電路數(shù)字電子電路 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 在邏輯代數(shù)中，最基本的邏輯運算有與、或、非三種。每種邏輯運算代表一種函數(shù)關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系可用邏輯符號寫成邏輯表達(dá)式來描述，也可用文字來描述，還可用表格或圖形的方式來描述。 最基本的邏輯關(guān)系

5、有三種：與邏輯關(guān)系、或邏輯關(guān)系、非邏輯關(guān)系。 實現(xiàn)基本邏輯運算和常用復(fù)合邏輯運算的單元電路稱為邏輯門電路。 例如例如：實現(xiàn)“與”運算的電路稱為與邏輯門，簡稱與門；實現(xiàn)“與非” 運算的電路稱為與非門。邏輯門電路是設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的最小單元。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路1）與門與門FA B與邏輯關(guān)系“與”運算真值表AB000010100111地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路1）與門與門與門電路結(jié)構(gòu)與門邏輯符號地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037

6、編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路1）與門與門集成與門 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路2）或門或門或邏輯關(guān)系FAB“或”運算真值表AB000011101111地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路2）或門或門或門電路結(jié)構(gòu)或門邏輯符號地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路2）或門或門集成或門地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379

7、7392. 常用門電路3）非門非門非邏輯關(guān)系 “非”運算真值表A0110FA地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路3）非門非門非門電路結(jié)構(gòu)非門邏輯符號地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路3）非門非門集成非門地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 常用門電路4）與非門與非門與非門邏輯符號“與非”門真值表AB001011101110FA B地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 8

8、83797392. 常用門電路5）或非門或非門或非門邏輯符號 “或非”門真值表AB001010100110FAB地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 數(shù)字集成門電路 目前，常見的門電路都是集成芯片，即集成電路。集成電路是將二極管、晶體管、電阻等分立元件集中到一個半導(dǎo)體芯片里，能夠?qū)崿F(xiàn)一種或多種電路功能。 按照集成在一個半導(dǎo)體芯片里的元件的數(shù)量（集成規(guī)模）進(jìn)行劃分，集成電路分為小規(guī)模集成電路（它的集成規(guī)模少于100個元件）、中規(guī)模集成電路（它的集成規(guī)模在1001000個元件）、大規(guī)模集成電路（它的集成規(guī)模在1000個元件以上）、超大規(guī)模集成

9、電路（它的集成規(guī)模在10個元件以上）。5地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 數(shù)字集成門電路 集成門電路的種類很多，按所使用的基本元件的不同，可分為雙極型和雙極型兩大類，前者以TTL門電路為代表，后者指的是MOS集成門電路。TTL（Transistor-Transistor-Logic）是晶體管晶體管邏輯電路的簡稱，其輸入級和輸出級都是以晶體管為核心。MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）是金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成門電路的簡稱，它的核心元件是場效應(yīng)管。目前比較流行的MOS集成電路是CMOS（Complementary

10、-Metal-Oxide-Semiconductor），一種互補對稱型電路。5地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 數(shù)字集成門電路5系列子系列名 稱國際型號部標(biāo)型號TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速TTL高 速TTL超 高 速TTL低 功 耗TTL先進(jìn)低功耗TTLCT5474CT5474HCT5474SCT5474LSCT5474ALST1000T2000T3000T4000MOSCMOSHCOMSHCMOST互補場效應(yīng)管型高速CMOS與TTL兼容的高速CMOSCC4000CT5474HCCT5474HCTC00

11、0數(shù)字集成電路的主要產(chǎn)品系列地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 組合邏輯電路 在實際應(yīng)用中，往往需要將一些門電路進(jìn)一步組合起來，形成組合邏輯電路，以實現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯運算，具有較強(qiáng)的邏輯功能。組合邏輯電路具有以下特點：它在任一時刻的輸出狀態(tài)只決定于該時刻的輸入狀態(tài)，而與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。 邏輯變量用邏輯運算符號連接起來，就成為邏輯函數(shù)式。邏輯變量指的是數(shù)字電路的輸入、輸出變量，各種門電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系表達(dá)式就是簡單的邏輯函數(shù)式。邏輯函數(shù)式能夠表現(xiàn)組合邏輯電路的基本功能，由組合邏輯電路寫出邏輯函數(shù)式，進(jìn)而分析出電路功能的過程，即

12、為組合邏輯電路的分析過程。根據(jù)電路功能寫出邏輯函數(shù)式，再有邏輯函數(shù)式畫出組合邏輯電路的過程，稱為組合邏輯電路的設(shè)計過程。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 組合邏輯電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797394.組合邏輯電路在汽車電路中的應(yīng)用1 1）某汽車報警喇叭電路 電路中VT1的通斷決定喇叭是否發(fā)聲，非門1、2的作用是放大信號，起到放大器的作用；非門3、4和 、 構(gòu)成振蕩電路，控制VT1的通斷，使得喇叭發(fā)出斷續(xù)報警的聲音。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (0

13、10) 883797394.組合邏輯電路在汽車電路中的應(yīng)用2 2）某汽車防盜報警器電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797394.組合邏輯電路在汽車電路中的應(yīng)用3 3）某汽車門鎖控制電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797397.3 時序邏輯電路時序邏輯電路第七章第七章 數(shù)字電子電路數(shù)字電子電路 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 時序邏輯電路 時序邏輯電路是一種與時序有關(guān)的邏輯電路，它以組合電路為基礎(chǔ)，又與組合電路不同。時序邏輯電路的特點是，在

14、任何時刻電路產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出信號不僅與該時刻電路的輸入信號有關(guān)，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。所以時序邏輯電路都是由組合電路和存儲電路兩部分組成，存儲電路的基本構(gòu)成單元是觸發(fā)器。 觸發(fā)器全稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它具有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即0態(tài)和1態(tài)。在沒有外來信號時，它處于一個穩(wěn)定狀態(tài)并保持不變，直到有輸入信號使它翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)為止，因此它對輸入信號具有記憶的功能。 觸發(fā)器的種類很多，按邏輯功能分，有RS、JK、D等類型。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器結(jié)構(gòu) 基本RS觸發(fā)器邏輯符號地址:北京百萬莊大

15、街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 基本RS觸發(fā)器邏輯狀態(tài)表R SQ功 能0 00 11 01 1不 定01不 變不 允 許置0置1保 持1.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739基本RS觸發(fā)器工作波形1.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. JK觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器邏輯符號JK觸發(fā)器結(jié)構(gòu)地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739主從JK觸發(fā)器邏輯狀態(tài)表J K

16、1nQ功能0 0nQ保持0 10置 01 01置 11 1nQ翻轉(zhuǎn)2. JK觸發(fā)器觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 JK觸發(fā)器波形圖2. JK觸發(fā)器觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. D觸發(fā)器觸發(fā)器 維持阻塞D觸發(fā)器D觸發(fā)器邏輯符號地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739DQ說 明00復(fù)位11置位D觸發(fā)器的邏輯功能表 D觸發(fā)器波形圖3. D觸發(fā)器觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010)

17、883797394. 時序邏輯電路舉例1）計數(shù)器計數(shù)器 計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)，即實現(xiàn)計數(shù)操作，它也可用與分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。3位異步加法計數(shù)器 地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797394. 時序邏輯電路舉例1）計數(shù)器計數(shù)器 集成4位二進(jìn)制計數(shù)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797394. 時序邏輯電路舉例2）寄存器寄存器 寄存器能夠?qū)崿F(xiàn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲與傳輸方式的轉(zhuǎn)換，可作為數(shù)據(jù)輸入輸出接口電路使用。4位雙向移位寄存器地址:北京百

18、萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797397.4 555時基電路時基電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739555定時器 555時基電路又稱為555定時器，它是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。555定時電路有TTL集成定時電路和CMOS集成定時電路,它們的邏輯功能與外引線排列都完全相同。 雙極型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為7555。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與

19、工作原理555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時器引腳圖地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理555定時器功能表地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 555定時器構(gòu)成的三種電路1）555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到時，高電平比較器動作，比

20、較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 555定時器構(gòu)成的三種電路1）555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。 Tw=1.1RC。通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編

21、輯熱線: (010) 883797392. 555定時器構(gòu)成的三種電路2）555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 555定時器構(gòu)成的三種電路2）555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797392. 555定時器構(gòu)成的三種電路3）555定時器構(gòu)成多諧振蕩器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739 由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低

22、電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從 上升到這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài)。其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到時，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容C充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間

23、來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。圖7-35（b）所示為工作波形。2. 555定時器構(gòu)成的三種電路3）555定時器構(gòu)成多諧振蕩器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 555應(yīng)用電路舉例摩托車音樂喇叭電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 555應(yīng)用電路舉例轉(zhuǎn)向燈控制電路地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797393. 555應(yīng)用電路舉例雨刮間歇控制器電路地址:北京百萬莊大街22號

24、郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797397.5 模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換第七章第七章 數(shù)字電子電路數(shù)字電子電路1.A/D轉(zhuǎn)換器2.D/A轉(zhuǎn)換器3.LED數(shù)碼顯示器地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 88379739模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 能將模擬信號（ analog signal）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（digital signal）的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接

25、口。 多數(shù)傳感器信號是電壓和電流這樣的電信號，是模擬量，而控制單元一般都是數(shù)字電路，這就需要在傳感器與控制單元之間加入ADC，而在控制單元與執(zhí)行器之間加入DAC，或是在控制單元內(nèi)部集成ADC和DAC電路。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號是模擬電壓，A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809引腳圖地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: (010) 883797391.A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809是一種普遍使用且成本較低的

26、、由National半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS材料A/D轉(zhuǎn)換器。它具有8個模擬量輸入通道，可在程序控制下對任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到8位二進(jìn)制數(shù)字量。 IN0IN7：8路模擬輸入通道。D0D7： 8位數(shù)字量輸出端。START：啟動轉(zhuǎn)換命令輸入端，由10時啟動A/D轉(zhuǎn)換，要求信號寬度100ns。OE： 輸出使能端，高電平有效。ADDA、ADDB、ADDC：地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換。其中ADDA是LSB位，這三個引腳上所加電平的編碼為000111，分別對應(yīng)IN0IN7，例如，當(dāng)ADDC=0，ADDB=1，ADDA=1時，選中IN3通道。ALE： 地址鎖存允許信號。用于將ADDAADDC三條地址線送入地址鎖存器中。EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出。轉(zhuǎn)換完成時，EOC的正跳變可用于向CPU申請中斷，其高電平也可供CPU查詢。CLK： 時鐘脈沖輸入端，要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓，一般與微機(jī)接口時，REF（-）接0V或-5V，REF（+）接+5V或0V。地址:北京百萬莊大街22號 郵編:100037 編輯熱線: