任務(wù)5數(shù)字電路在汽車上的應(yīng)用(二)

1、任務(wù)7.5數(shù)字電路在汽車上的應(yīng)用7.5.1555 定時器555定時器(時基電路)是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制，內(nèi)部有3個5K 的電阻分壓器，故稱 555。它可產(chǎn)生 精確的時間延遲和振蕩，可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和壓控振 蕩器等多種應(yīng)用電路。555定時器設(shè)計新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者青睞。555定時器在工業(yè)自動控制、定時、延時、報警、仿聲、電子樂器等方面 有廣泛應(yīng)用。1.555定時器的電路結(jié)構(gòu)555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖7-47 (a)所示，它包括以下幾個部分：一個由三個阻值相等的電阻5k

2、組成的分電器，兩個電壓比較器Ci和C2, 一個基本RS觸發(fā)器，一個放電晶體管，一個緩沖器。整個組件共有八個引線端，引腳排列如圖 7-47 (b)所示。Ci的同相輸入端和 C2的反相輸入端分別接到分電器中間電阻的兩端，使它們的電壓被 分別固定在2/3 Vcc和1/3Vcc。這兩個固定電壓作為電壓比較器的參考電壓。Ci和C2的輸出作為基本RS觸發(fā)器的輸入，從而確定該觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。(1)電阻分壓器。由3個5kQ的電阻組成，為電壓比較器Ci和C2提供基準電壓。Ci的同相輸入端 V +=2/3 V cc, C2的反相輸入端 V-=1/3Vcc。如果在電壓控制端 5另加控制電壓， 可以改變比較器 Ci

3、、C2參考電壓值。若工作中不使用控制端5,則控制端5通過一個0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。(2)電壓比較器。Ci和C2是兩個比較器，分別由兩個集成運算放大器構(gòu)成。Ci的同相輸入端“ +”接到參考電壓 V+端上，即電壓控制端 5,用CO表示。反相控制端“-”用TH表示，稱為高觸發(fā)端 6。C2的反相輸入端接到參考電壓端V-,同相輸入“ +”用TR表示，稱為低觸發(fā)端2。(3)基本RS觸發(fā)器?；綬S觸發(fā)器由兩個與非門構(gòu)成，其置 0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時，必須使 R處于高電平。(4)放電晶體管VT: VT是集電極開路的晶體管，相當于一個受控電子開關(guān)，Q

4、輸出為1時，T導(dǎo)通，Q輸出為。時，T截止。(5)緩沖器：緩沖器由 G3構(gòu)成，用于提高電路的負載能力和抗干擾能力。2.管腳功能(1) CO為控制電壓輸入端。有此端可以外加一個電壓比較器的參考值。不用時應(yīng)經(jīng)過0.01科F的電容接地，以防止干擾的侵入。(2)TH稱為高觸發(fā)端。當6端的輸入電壓小于 2 Vcc時，Ci輸出為高電平1 ；大于Vcc33時，Ci輸出為低電平0,使觸發(fā)器置0,即Q=0。(3)TR稱為低觸發(fā)端。當2端的輸入電壓大于 1 Vcc時，G輸出為高電平1；小于Vcc33時，C2輸出為低電平0,是觸發(fā)器置1,即Q=1oR是復(fù)位端。是專門設(shè)置以便基本RS觸發(fā)器從外部進行直接置 0。需要置0

5、時，從4端輸入負脈沖，即 R =0時，Q=1。7腳是放電端。從晶體管的集電極引出。 晶體管構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受Q控制。Q=1時，晶體管導(dǎo)通，為外接電容元件提供放電通路；Q=o是，晶體管截止。vcc是電源端。電壓可在 4.518V范圍內(nèi)工作。3腳是定時器的輸出端。輸出電流達200mA,可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚聲器、指示燈等。(8) 1腳是接地端。(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(b)電路符號圖7-47 555定時器的電氣原理圖和電路符號3.555定時器的功能綜上所述，555定時器功能見表7-12。表7-12 555定時器功能表V6V2RSQQ晶體管 V cc31 Vcc30101導(dǎo)通V Vcc31V Vc

6、c31010截止V 2Vcc31 Vcc311保持保持從555定時器的功能表可以看出，555定時器有提供了兩個閾值電平，分別是 1/3Vcc和2/3Vcc。它提供了可通過 R端直接從外部進行置 0的基本RS觸發(fā)器，還提供了一個受該觸發(fā)器控制的晶體管開關(guān)，因此使用起來極為方便，應(yīng)用范圍非常廣泛，只需要通過外部適當?shù)倪B線和接入合適的電阻、電容便能以多種方式工作。7.5.2 555定時器的基本應(yīng)用電路555定時器的基本應(yīng)用電路有三種，如圖7-48所示。圖7-48 (a)所示為施密特觸發(fā)器,圖7-52 (b)為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖 7-48 (c)為多諧振蕩器。(a)施密特觸發(fā)器(b)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(c)多

7、諧振蕩器圖7-48 555定時器的基本應(yīng)用電路1.施密特觸發(fā)器圖7-48 (a)中，將555定時器的TH端與TR連在一起，作為觸發(fā)信號 5的輸入端，并 從OUT端輸出信號uo。設(shè)施密特觸發(fā)器的輸入信號Ui為三角波，其工作波形如圖7-49所示。由波形圖可見，輸入電壓Ui從零開始增大，只要未達到2 Vcc電路狀態(tài)就保持不變；3當Ui達到2 Vcc時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，直至達到Vcc后Ui開始下降。在 5從 Vcc下降到一Vcc33以前，電路依舊保持不變，直到Ui下降到1 Vcc時觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。3由于觸發(fā)器有兩個基準電壓， 并且只有當輸入電壓達到后一個基準電壓時觸發(fā)器狀態(tài)才會翻轉(zhuǎn)，所以當輸入電壓在兩個基準

8、電壓之間時的干擾就不會影響其狀態(tài)，故施密特觸發(fā)器圖7-48 (b)中，將555定時器的TR端作為Ui的輸入端，Ui下降沿有效。放電晶體管VT的集電極7通過電阻R接Vcc,組成一反相器，并通過電容C接地。該電路中 R、C作為定時器件。單穩(wěn)觸發(fā)器輸出脈沖的寬度tw為暫穩(wěn)持續(xù)的實際，即電容 C的電壓由0V充2到2 Vcc所需時間。當沒有觸發(fā)信號時，電路工作在穩(wěn)態(tài)，即Ui為高平，u0=0,放電晶體管3VT飽和導(dǎo)通。當有輸入信號時，其工作波形如圖7-50所示。當UI下降沿到來時，電路被觸發(fā)，uo=1,放電晶體管VT截止，此時電容 C開始充電，2在到達一Vcc之前，電路保持暫穩(wěn)不變。32當電容的電壓達到

9、一Vcc時，觸發(fā)態(tài)翻轉(zhuǎn)，Uo=0,放電晶體管 VT飽和，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束;3電容C通過放電晶體管 VT放電，結(jié)束后，電路回到穩(wěn)態(tài)，等待下一次觸發(fā)脈沖的到來。延時和定時。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有如下電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)。在外加觸發(fā)脈沖信號的作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持的時間僅取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖無關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠 rc電路的充、放電過程來維持的。3.多諧振蕩器腳連接起來(uc)對地接電容 包含了基波和較多的諧振成分， 以又稱為無穩(wěn)態(tài)振蕩器。當接通電源一瞬間，電容圖7-48 (c)所示為由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。Ri、R

10、2、c是外接元件，2腳和6Co多諧振蕩器是用來產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，由于矩形波因此稱為多諧振蕩器。另外，這種電路不存在穩(wěn)定狀態(tài)，所C來不及充電，此時 Uc=0, UO=1 ,放電晶體管 VT截止；隨著電源的接通，電容 c開始充電，直到達到 2 Vcc時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Uo=0,放電晶體管VT3飽和導(dǎo)通；隨后電容c開始通過R2放電，uc不斷下降，直到下降到Vcc/3時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，7-55所示為多諧uo=1 ,放電晶體管 VT截止。依次類推，電容不斷充放電，進入循環(huán)。圖 振蕩器工作波形圖。多諧振蕩器在汽車中的應(yīng)用非常多，如汽車轉(zhuǎn)向閃光器電路、汽車刮水器間隙控制電555定時器的基本應(yīng)用電路在汽車上

11、的應(yīng)用.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用圖7-52是汽車前照燈555自動變光器電路圖。這種采用555電路的變光器能使汽車在夜間會車時于相距100150 m內(nèi)把遠光燈自動轉(zhuǎn)換成近光燈，會車后又自動恢復(fù)到遠光燈 照明。從而避免或減少夜間會車時造成的交通事故，提高汽車行駛的安全性。變光器主要由光電檢測電路、施密特觸發(fā)電路及開關(guān)電路等組成。其工作原理如下： 電路通過光敏元件 CDSMG43將環(huán)境亮度信號通過施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成電信號。環(huán)境亮度分 為強光、一般光、弱光、微光、無光、暗態(tài)五個區(qū)域，對不同的區(qū)域進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入不 同的基準電壓，施密特觸發(fā)器就能輸出不同的觸發(fā)信號和延遲時間，通過繼電器J、J1、J2觸點的斷

12、開和接通來控制遠光燈（強光）和近光燈（弱光） 。圖7-52汽車前照燈555自動變光器.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用如前所述，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能 夠從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)，維持一段時間后將自動返回穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時間的長短與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。圖7-53所示為發(fā)動機555轉(zhuǎn)速表電路。該汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速表電路由9V穩(wěn)壓電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路和電流指示電路組成。9V穩(wěn)壓電路由電阻器 R6、穩(wěn)壓二極管VZl和濾波電容器C3組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由時基集成電路555、電阻器RiR4、電容器C2、C4和穩(wěn)壓二極管VZ1組成。電流指示電路由二極管 VD、

13、電阻器R5、電位器Rp和電流表（最大讀數(shù)為 50pA）組成。Lig為汽車點火線圈的一次繞組。P為分電器的斷電器觸頭。斷電器觸頭P每斷開一次即會產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，該脈沖信號經(jīng)Ri和VZ1鉗位限幅后，通過Ci加至555的2腳，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器受觸發(fā)而翻轉(zhuǎn)，當555的3腳輸出高電平時，VD截止，9V電壓經(jīng)R5和電流表產(chǎn)生電流回路；當 555的3腳輸出低電平時，VD導(dǎo)通， 將R5提供的電流旁路，Rp和電流表無電流流過。因此，電流表通過的電流平均值與斷電器 觸頭P所產(chǎn)生的脈沖頻率成正比，即可反映出汽車發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。3.多諧振蕩器的應(yīng)用圖7-54是555定時器構(gòu)成的汽車轉(zhuǎn)向閃光器電路圖，利用555定時器

14、的輸出端3接繼電器J的線圈，使繼電器按多諧振蕩頻率進行工作，繼電器的觸點接到轉(zhuǎn)向燈的電源回路中，控制電源的通斷，使轉(zhuǎn)向燈按一定頻率閃爍。3HOOltiF76 2圖7-54 由555定時器構(gòu)成的汽車轉(zhuǎn)向閃光器電路其工作原理如下：如果駕駛員撥下左轉(zhuǎn)向指示燈開關(guān)電路，此時左轉(zhuǎn)向指示燈與蓄電池以及搭鐵便構(gòu)成一回路。但由于繼電器的常開觸點與之串聯(lián)，所以只有當555定時器的引腳3顯示高電位時繼電器才得電吸合，這樣左轉(zhuǎn)向燈就被點亮。當Ci充電結(jié)束時引腳 3便顯低電平，繼電器斷電使觸點斷開，這樣左轉(zhuǎn)向燈由于不能 形成一閉合回路而熄滅。 如此重復(fù)進行，由于繼電器的斷電的頻率比較大，所以就能夠感覺燈在閃爍。圖中與

15、轉(zhuǎn)向燈串聯(lián)的電阻起到降低轉(zhuǎn)向燈兩端的電壓，防止因電流過高而燒壞轉(zhuǎn)向燈。閃光器的燈亮?xí)r間由 Ci的充電時間決定。閃光器的燈滅時間由 Ci的放電時間決定。閃光器 的燈亮燈滅周期即多諧振蕩器的振蕩周期 To信號燈的閃爍頻率為 f=1/TX60 （次/分鐘）。 通過調(diào)節(jié)Ra的阻值，就可以改變閃爍頻率。同理可分析右轉(zhuǎn)向燈閃爍。汽車水箱水位過低報警器電路由非門（反相器）構(gòu)成的多諧振蕩器電路在電子電路中應(yīng)用很廣，在汽車電路中經(jīng)常被用來產(chǎn)生振蕩信號。如圖7-55所示為多諧振蕩器的電路圖和波形。電路由非門（反相器）和電阻、電容構(gòu)成。n-l 常 n-!一 才.p I11,A曰| =L 0 L 鼻=Lt-1_1_1

16、_1_1_1_“ Ltltlt ,(a)由非門構(gòu)成的多諧振蕩器原理圖(b)多諧振蕩器波形圖7-55由非門構(gòu)成的多諧振蕩器由非門構(gòu)成的多諧振蕩器典型應(yīng)用是構(gòu)成汽車水箱水位報警器電路。汽車水箱中水量的減少， 不僅直接影響發(fā)動機的冷卻，也影響汽車的正常行駛。 本報警器能在水箱水位低于最低水位時發(fā)出聲光報警，提醒駕駛員加水。電路如圖7-56所示。電路中IC為六反相器，HTD為壓電陶瓷蜂鳴器，型號為 HTD-27-1。水箱中放置一根銅線作 為傳感器，一般選用 。2mm的漆包線。銅線的下端置于最低水位處，但不與水箱體接觸， 水箱體搭鐵。由 G5、G6、R3和電容C構(gòu)成的多諧振蕩器。當水箱水位符合要求時，

17、銅線浸在水中。由于水箱體搭鐵和水的導(dǎo)電作用， 使得CD4069 的1腳為低電平，2腳為高電平，4、5腳為低電平，6、9腳為高電平，使得綠光 LED發(fā)光， 指示水位正常。8腳為低電平，由于二極管的鉗位作用， 11腳被固定在低電平，所以由 G5、 G6構(gòu)成的多諧振蕩器不工作，蜂鳴器 HTD不鳴叫。當水箱體水位低于最低水位時，銅線離開冷卻水懸空，使得 CD4069的1腳為高電平， 2腳為低電平，4、5腳為高電平，6、9腳為低電平，使得紅色 LED發(fā)光，指示水位低于最 低限水位。8腳為高電平，由于二極管的單向?qū)щ娦裕?1腳被懸空，所以多諧振蕩器開始振蕩，蜂鳴器HTD發(fā)出鳴叫音，提醒駕駛員加水。想一想施

18、密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各自的特點是什么？探究查閱相關(guān)資料或上網(wǎng)搜索 555定時器有哪些應(yīng)用，就你熟悉的應(yīng)用根據(jù)電路圖來理解 其工作過程，或根據(jù)某一個簡單的電路圖動手做做?！卷椖繉嵤?55電路汽車轉(zhuǎn)向燈閃光電路 一、實訓(xùn)內(nèi)容.了解555定時器的結(jié)構(gòu)和工作原理；.了解555定時器的外部接線引腳的功能;.掌握轉(zhuǎn)向燈控制電路的工作原理；二、實訓(xùn)目的及要求.學(xué)生了解555 定時器的結(jié)構(gòu)和工作原理；.學(xué)生具備看圖接線的能力；學(xué)生掌握分析電路的能力；.學(xué)生能夠具有調(diào)節(jié)阻值改變效果的能力。三、實訓(xùn)工具及設(shè)備萬用表、 繼電器、 導(dǎo)線、 555 定時器和相關(guān)電阻電容、 二極管、 閃爍燈、 轉(zhuǎn)向開

19、關(guān)、蓄電池和 THDL 1 型數(shù)字邏輯實驗箱。四、實訓(xùn)原理見圖 7-58 由 555 定時器構(gòu)成的汽車轉(zhuǎn)向閃光器電路五、實訓(xùn)步驟.在 THDL 1 型數(shù)字邏輯實驗箱中插入 555 芯片。.根據(jù)圖7-58 接線。.把數(shù)字萬用表撥到直流電壓檔20V 。.把穩(wěn)壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)到12V ，使其代替蓄電池.接通開關(guān)把轉(zhuǎn)向開關(guān)撥到左邊，觀察紅色的燈是否閃爍。并用數(shù)字萬用表測量引腳 2 、 3 、 4、 6 和 7 的電壓數(shù)值。.接通開關(guān)把轉(zhuǎn)向開關(guān)撥到右邊，觀察綠色的燈是否閃爍。并用數(shù)字萬用表測量引腳 2 、 3 、 4、 6 和 7 的電壓數(shù)值。.調(diào)節(jié)RA 的阻值，觀察轉(zhuǎn)向燈閃爍的時間有什么變化。六、思

20、考討論題.簡要說明555 定時器的工作原理和各引腳的作用？.簡要說明如何實現(xiàn)右轉(zhuǎn)向燈閃爍？.簡要說明如何改變轉(zhuǎn)向燈的閃爍時間？本章小結(jié).模擬電路與數(shù)字電路電子電路按其功能、性質(zhì)的不同，可分為模擬電路和數(shù)字電路兩大類。.數(shù)字電路的功用是用來存貯、傳遞和處理數(shù)字信號的電子電路。所謂數(shù)字信號是指隨時間不連續(xù)變化的脈沖信號。汽車電控單元ECU 就是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)。脈沖信號是多種多樣的，常見的有方波、三角波、矩形波、尖峰波等。脈沖有正負脈沖之分。. 門電路在數(shù)字電路中，門電路是最基本的邏輯單元。它是一個開關(guān)電路，當它的輸入信號滿足某種條件，門就打開，有信號輸出，否則，門就關(guān)閉，沒有信號輸出。在門電路的輸入和輸出信號之間存在一定的邏輯關(guān)系， 故稱為邏輯門電路。 最基本的邏輯門電路只有三種， 即與門、或門和非門。用這些基本門電路可以組成各種復(fù)合門電路。. 時序邏輯電路的特點是它們在某一時刻的輸出不僅與當時的輸入狀態(tài)有關(guān)， 還與電路原來的輸出狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本單元。觸發(fā)器分為 RS 觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和 D 觸發(fā)器等.微處理器和微型計算機在各種檢測、 控制和信號處理系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用， 促進了 A/D 、D/A 轉(zhuǎn)換技術(shù)的迅速發(fā)展。在 D/A 轉(zhuǎn)換器中主要通過T 型（或倒 T 型）電阻網(wǎng)絡(luò)