第八章、數(shù)字電路

第八章數(shù)字電路基礎(chǔ)18.1.1數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)一、數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)模擬信號(hào)時(shí)間連續(xù)的信號(hào)數(shù)字信號(hào)時(shí)間和幅度都是離散的模擬信號(hào)：tu正弦波信號(hào)鋸齒波信號(hào)u電子電路中的信號(hào)研究模擬信號(hào)時(shí)，我們注重電路輸入、輸出信號(hào)間的大小、相位關(guān)系。相應(yīng)的電子電路就是模擬電路，包括交直流放大器、濾波器、信號(hào)發(fā)生器等。

在模擬電路中，處理的是模擬信號(hào)，主要作用是放大。因此，晶體管一般工作在放大狀態(tài)。t數(shù)字信號(hào)應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表盤的讀數(shù)數(shù)字電路信號(hào)數(shù)字信號(hào)——脈沖信號(hào)矩形波尖頂波脈沖種類正脈沖負(fù)脈沖0.9A0.1A0.5AAtPtrtfT

（1）脈沖幅度A（2）脈沖上升時(shí)間tr（3）脈沖下降時(shí)間tf

（4）脈沖寬度tp

（5）脈沖周期T（6）脈沖頻率f

矩形波脈沖信號(hào)的基本參數(shù)正脈沖負(fù)脈沖0+3V-3V0+3V0-3V0

研究數(shù)字電路時(shí)注重電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)系。主要的工具是邏輯代數(shù)，電路的功能用真值表、邏輯表達(dá)式及波形圖表示。

在數(shù)字電路中，處理的是數(shù)字信號(hào)，主要作用是實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能，因此，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和與截止?fàn)顟B(tài)。2二、數(shù)制與碼1.數(shù)制2.BCD碼（1）十進(jìn)制：以十為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的十個(gè)數(shù)碼：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循逢十進(jìn)一的規(guī)律157=（2）二進(jìn)制：以二為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼：0、1遵循逢二進(jìn)一的規(guī)律（1001）B==(9)D用電路的兩個(gè)狀態(tài)---開關(guān)來表示二進(jìn)制數(shù)，數(shù)碼的存儲(chǔ)和傳輸簡單、可靠。位數(shù)較多，使用不便；不合人們的習(xí)慣，輸入時(shí)要將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。在數(shù)字系統(tǒng)中，常用0與1組成的二進(jìn)制數(shù)碼來表示數(shù)值的大小或特定的信息。這種具有特定含義的數(shù)碼叫做二進(jìn)制代碼。將十進(jìn)制數(shù)的0~9十個(gè)數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)表示的代碼，叫做二—十進(jìn)制碼，也叫做BCD碼。常用的二一十進(jìn)制碼有8421碼、余3碼、格雷碼等，其二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表7-2。此外，還有字符碼和其他代碼。（1011.11）B==8+0+2+1+0.5+0.25=(11.75)D優(yōu)缺點(diǎn)目前廣泛應(yīng)用的表示字母、符號(hào)的二進(jìn)制代碼是ASCII碼，見表7-3。（0.75）D=（0.11）B（218）D=（11011010）B0.75×20.5×2整1=a1

高位0.0×2整1=a2低位采用乘基取整法38.1.2基本邏輯門電路數(shù)字電路又稱邏輯電路，相應(yīng)的研究工具是邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）。門電路是數(shù)字電路的基礎(chǔ),也是構(gòu)成組合邏輯電路的基本單元.門電路是一種開關(guān)電路,它利用開關(guān)不同的連接形式,實(shí)現(xiàn)一定的邏輯關(guān)系。門電路中的“開關(guān)”是利用二極管、三極管或場效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止的開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。在邏輯代數(shù)中，邏輯函數(shù)的變量只能取兩個(gè)值（二值變量），即0和1，中間值沒有意義，這里的0和1只表示兩個(gè)對(duì)立的邏輯狀態(tài)，如電位的低高（0表示低電位，1表示高電位）、開關(guān)的開合等。一、“與”邏輯A、B、C都具備時(shí)，事件F才發(fā)生。EABC&ABCFF=A?B?C邏輯乘法邏輯與AFBC00001000010011000010101001101111真值表與門電路ABCF+UR與邏輯關(guān)系圖邏輯符號(hào)邏輯式4常見的與門電路有四2輸入與門74LS08和CD408l。引腳如圖7-4所示。5二、“或”邏輯A、B、C只有一個(gè)具備時(shí)，事件F就發(fā)生。1ABCFAEFBCAB-URCF或門電路F=A+B+C邏輯加法邏輯或AFBC00001001010111010011101101111111真值表或邏輯關(guān)系圖邏輯符號(hào)邏輯式6常見的或門電路有四2輸入或門74LS32和CD4071。引腳如圖7-8所示。7操作：圖7-9所示為或門實(shí)驗(yàn)電路。利用74LS32連接圖7-9所示電路。撥動(dòng)開關(guān)A和B，記錄開關(guān)位置、或門輸入端電平高低和LED的亮滅之間的關(guān)系。8三、“非”邏輯A具備時(shí)，事件F不發(fā)生；A不具備時(shí)，事件F發(fā)生。AEFR非邏輯關(guān)系圖A1FVTRCRA+UF非門電路邏輯非邏輯反AF0110真值表邏輯符號(hào)邏輯式9常用的非門電路有六反相器74LS04和CD4069。引腳如圖7-12所示。10四、復(fù)合門電路“與”、“或”、“非”是三種基本的邏輯關(guān)系，任何其它的邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)榛A(chǔ)表示。與或非門：條件A、B或C、D都具備，則F不發(fā)生。與非門：條件A、B、C都具備，則F不發(fā)生。&ABCF或非門：條件A、B、C任一具備，則F發(fā)生。1ABCF異或門：條件A、B只要有一個(gè)具備，則F發(fā)生。=1ABFABCDF&1有0則1，全1則0。有1則0，全0則1。同則為0，不同為1。同1則為0,不同為1。11

4、與非門與非門表示邏輯關(guān)系是Y=AB，相當(dāng)于在與門的基礎(chǔ)上加了一個(gè)非門，與非門的符號(hào)如圖7-14所示，真值表見表7-3。常用的與非門集成電路有四2輸入與非門74LS00和CD4011，如圖7-15所示。1213

5、或非門或非門表示邏輯關(guān)系是Y=A+B，相當(dāng)于在或門的基礎(chǔ)上加了一個(gè)非門，或非門的符號(hào)如圖7-16所示，真值表見表7-3。常用的或非門集成電路有四2輸入或非門74LS02和CD4001，如圖7-17所示。14四、觸發(fā)器

1、RS觸發(fā)器(1)基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門G1、G2交叉連接組成，如圖7-18(a)所示?；綬S觸發(fā)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，具有置0、置1和保持功能。存在的問題主要是：RS直接控制觸發(fā)器的輸出，即只要RS信號(hào)存在，觸發(fā)器輸出狀態(tài)就會(huì)隨之變化，導(dǎo)致電路抗干擾能力下降；R、S不能同時(shí)為1。158.2.1.1基本RS觸發(fā)器RSQn+1注00Qn保持011置1100置011不允許不使用有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：0態(tài)（復(fù)位狀態(tài)）：1態(tài)（置位狀態(tài)）：復(fù)位端（置0端）：R置位端（置1端）：s168.2.1.2同步RS觸發(fā)器CPRSQn+1注

0XXX不工作100Qn保持1011置11100置0111不允許不使用加入時(shí)鐘脈沖控制：CP=0不工作CP=1工作178.2.2JK觸發(fā)器CPRSQn+1注

0XXX不工作100Qn保持1011置11100置0111翻轉(zhuǎn)加入時(shí)鐘脈沖控制：CP=0不工作CP=1工作18

(2)同步RS觸發(fā)器為了提高基本RS觸發(fā)器的抗干擾能力，設(shè)計(jì)制作了一種工作狀態(tài)不僅受輸入端(R、S)控制，而且還受時(shí)鐘脈沖(CP)控制的同步觸發(fā)器，簡稱同步觸發(fā)器。圖7-19為同步觸發(fā)器的邏輯電路和符號(hào)。19

(3)RS型時(shí)鐘觸發(fā)器在CP時(shí)鐘脈沖作用下，輸入信號(hào)R堯S取值不同時(shí)，凡具有置0、置1和保持功能的電路，都叫做RS型時(shí)鐘觸發(fā)器。它的特性表與基本RS觸發(fā)器相同。

2、JK觸發(fā)器在CP時(shí)鐘脈沖作用下，兩個(gè)輸入信號(hào)J堯K取值不同時(shí)，具有保持、置0、置l、翻轉(zhuǎn)功能的電路，都叫做JK型時(shí)鐘觸發(fā)器。如圖7-20所示為JK觸發(fā)器的符號(hào)和特性表。20

3、D觸發(fā)器在CP時(shí)鐘脈沖作用下，單一輸入信號(hào)D在不同取值時(shí)，凡具有置0、置l功能的電路，都叫做D型時(shí)鐘觸發(fā)器。圖7-21所示為D觸發(fā)器的符號(hào)和特性表。21五、數(shù)字電路在汽車電子電路中的應(yīng)用1、非門在汽車電子電路中的應(yīng)用(1)非門構(gòu)成的多諧振蕩器由非門(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(hào)。如圖7-22所示為多諧振蕩器的電路圖。電路由CMOS反相器和電阻、電容構(gòu)成。228.3.1非門在汽車電子電路中的應(yīng)用1.多諧振蕩器RCuO2uI2uO1uI1AOUthuI1uO1uO2ttt232.水位報(bào)警器紅綠C喇叭24

(2)汽車水箱水位過低報(bào)警器汽車水箱中水量的減少，不僅直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻，也影響汽車正常行駛。本報(bào)警器能在水箱水位低于最低水位時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒駕駛員加水。電路如圖7-24所示。25

2、或非門在汽車電子電路中的應(yīng)用利用集成門電路構(gòu)成的數(shù)字電路具有很強(qiáng)的邏輯性，多用來構(gòu)成汽車防盜報(bào)警電路。如圖7-25所示為福特牌汽車防盜報(bào)警器電路原理圖。26

3、門電路在汽車電子電路中的綜合應(yīng)用現(xiàn)代轎車都裝有門鎖裝置，為了防止駕駛員將鑰匙忘在點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)而下車關(guān)門，專門設(shè)計(jì)了門鎖控制電路。圖7-26所示為門鎖控制電路。27第二節(jié)汽車常用集成電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解汽車專用集成電路的類型和型號(hào)2、掌握一些常用汽車集成電路在汽車電子電路中的具體應(yīng)用實(shí)例3、掌握555集成電路的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用教材標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)知：汽車專用集成電路的類型和型號(hào)應(yīng)會(huì)：分析汽車專用集成電路的典型應(yīng)用電路。掌握555集成電路的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。28一、電子調(diào)壓器電路1、線性集成調(diào)壓器L485L485是SGS-Thomson公司生產(chǎn)的汽車電子調(diào)壓器專用集成電路。它和達(dá)林頓管等元件配合，控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈的電流通斷，調(diào)節(jié)性能良好。如圖7-27所示為L485線性集成調(diào)壓器原理框圖。29

圖7-28為L485線性集成調(diào)壓器組成的實(shí)際調(diào)壓電路?？梢娫撾娐吠鈬?，連接后不用調(diào)整就可投入使用。圖中達(dá)林頓管BDX53C可用其他型號(hào)代替。30

2、汽車電子調(diào)壓器專用集成電路MC3325MC3325是美國Motorola公司生產(chǎn)的汽車電子調(diào)壓器專用集成電路。圖7-29為MC3325的內(nèi)部原理圖。31

圖7-30為MC3325集成電路引腳圖。采用雙列直插14引腳封裝，1腳接地，11、12、13、14不用。32

圖7-31為MC3325集成電壓調(diào)節(jié)器的典型應(yīng)用電路。33

二、電子點(diǎn)火電路

1、電子點(diǎn)火控制器L482L482集成電路是SGS-Thomson公司生產(chǎn)的，是NPN達(dá)林頓管在采用霍爾傳感器和高能點(diǎn)火線圈的電子點(diǎn)火系統(tǒng)中的專用集成電路。該器件可控制點(diǎn)火線圈中儲(chǔ)存的能量和外部達(dá)林頓管的去飽和時(shí)間，限制功率耗散。圖7-32為L482的典型應(yīng)用電路。34L482采用16引腳DIP或SO封裝。1腳為導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)輸出端。2腳是霍爾效應(yīng)輸入端。3腳是駐留控制引腳。4腳為駐留控制定位器。5腳是霍爾傳感器電源。6腳為去飽和時(shí)間信號(hào)輸出。7腳是基準(zhǔn)電壓端。8腳為永久導(dǎo)通保護(hù)定時(shí)器。9腳是永久導(dǎo)通重置輸出。10腳為電流傳感器輸入引腳。1l腳是放空保護(hù)。12腳為電源引入端。13腳為公共接地端。14腳是激勵(lì)器集電極連接引腳。15腳為過壓限制。16腳是激勵(lì)級(jí)輸出。35

2、MC3334高能電子點(diǎn)火電路MC3334是美國Motorola公司生產(chǎn)的一種汽車用無觸點(diǎn)高能電子點(diǎn)火專用集成電路。該電路具有工作電壓范圍寬(4～24V)，輸入、輸出及電源電壓過壓脈沖保護(hù)，點(diǎn)火電流外部調(diào)節(jié)，可低壓低溫起動(dòng)，高效節(jié)能等特點(diǎn)。該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-33所示。基本原理是通過使用由點(diǎn)火傳感器傳來的點(diǎn)火信號(hào)同引腳3外接電容上的電壓相疊加作用，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)控制點(diǎn)火線圈的功率管，實(shí)現(xiàn)在不同轉(zhuǎn)速下點(diǎn)火靜態(tài)角的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在最小電能消耗下產(chǎn)生最佳最大點(diǎn)火能量，節(jié)省電能。36

三、閃光器電路

1、汽車閃光器專用集成電路LD7208集成電路LD7208是用來取代機(jī)電式汽車閃光器的新型專用集成電路。

(1)LD7208的功能和特點(diǎn)由LD7208組成的閃光器電路在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)作閃光和報(bào)警之用。LD7208集成電路具有功能齊全、功耗低、精度高、外圍元件簡單、工作電壓范圍大(標(biāo)稱工作電壓為12V，實(shí)際工作電壓為9～18V)和無需調(diào)整等特點(diǎn)。

(2)電路工作原理LD7208集成電路采用雙列8引腳塑封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部主要由輸入檢測器、電壓檢測器、振蕩器和驅(qū)動(dòng)輸出電路四個(gè)部分組成，其電路方框圖和典型應(yīng)用電路如圖7-35所示。3738

2、閃光控制集成電路LM3909在汽車閃光器中的應(yīng)用LM3909是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，專用于使發(fā)光二極管或白熾燈發(fā)光的集成電路，經(jīng)常被用作LED閃光器。連接一定的外圍元件后，可以作為汽車閃光器使用。它由汽車蓄電池供電，使額定電流為600mA的轉(zhuǎn)向信號(hào)燈以1Hz的頻率閃光。圖7-36所示為LM3909集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖及其構(gòu)成的閃光器電路。39四、儀表顯示專用集成電路

1、LM3914LM3914集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的能檢測模擬電平、驅(qū)動(dòng)10位發(fā)光二極管LED進(jìn)行線性模擬顯示的單片集成電路，10級(jí)分壓器浮動(dòng)可以連接很寬的電壓范圍，使用者可根據(jù)需要使用柱狀或點(diǎn)狀顯示選線接通或斷開。還可以設(shè)計(jì)成扇形排列模擬指針式顯示。這些優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于車用模擬儀表將能發(fā)揮良好作用。40

(1)LM3914的內(nèi)部電路原理LM3914的內(nèi)部電路原理圖如圖7-37所示。41

(2)由LM3914構(gòu)成的模擬顯示儀表

圖7-38所示為模擬油壓表的電路原理圖，圖中選用MC33063A集成電路制作穩(wěn)壓電源，具有調(diào)壓范圍寬，抗沖擊能力強(qiáng)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以為單片機(jī)供電，為將來儀表功能的擴(kuò)展打下良好的基礎(chǔ)。42

2、LM2907／2917

LM2907／2917為美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單片集成頻率／電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了一個(gè)高增益的運(yùn)算放大器／比較器，當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時(shí)，輸出可用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)、指示燈或其他負(fù)載。

圖7-39所示為LM2917的原理框圖，各引腳功能如下：431腳和11腳為運(yùn)算放大器／比較器的輸入端。2腳接充電泵的定時(shí)電容。3腳連接充電泵的輸出電阻和積分電容。4腳和10腳為運(yùn)算放大器的輸入端。5腳為輸出，取自輸出三極管的發(fā)射極。6、7、13、14腳未用。8腳為輸出三極管的集電極，一般接電源。9腳為正電源端。12腳為負(fù)電源端，一般接地。44

圖7-40所示為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表電路。LM2917將分電器送來的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，經(jīng)過頻率／電壓線性變換后，由電壓表表頭直觀地指示出來。45

五、汽車用音樂／語言芯片用集成電路來實(shí)現(xiàn)語音錄放的技術(shù)統(tǒng)稱為固態(tài)錄放音技術(shù)。該集成電路是一種根據(jù)需要將人的語音固化在電路內(nèi)部，在需要的場合由電平觸發(fā)而發(fā)出人類語言聲音的集成電路。

1、SR8808SR8808是一種三秒鐘語言電路。集成電路生產(chǎn)廠家將語音固化在電路內(nèi)，使用時(shí)只需外接一個(gè)電阻、一個(gè)電容及喇叭驅(qū)動(dòng)電路即可。圖7-41為SR8808的內(nèi)部電路框圖，圖7-42為典型應(yīng)用電路圖。46

操作：按照?qǐng)D7-42

所示電路組裝倒車報(bào)警電路，組裝完畢后，按下按鍵S，喇叭發(fā)出警報(bào)聲。將按鍵S分別連接在SS8808的8、6、2腳上，注意聲音有何不同。47

2、WWS-888語音倒車警報(bào)器WWS-888專用語音集成電路的放音觸發(fā)端為高電平觸發(fā)，語言輸出端輸出信號(hào)，送至功率放大電路LM386，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟嘟，請(qǐng)注意倒車！請(qǐng)注意倒車！”的警告聲。電路如圖7-43所示。48

3、CW9561音樂報(bào)警電路CW9561內(nèi)部固化了救護(hù)車、消防車和警車等車輛報(bào)警聲音，根據(jù)外部觸點(diǎn)的不同觸點(diǎn)發(fā)組合可以選取其中一種聲音作為車輛報(bào)警音，所以它適用于多種特殊車輛。圖7-44為CW9561語音報(bào)警電路。49六、555時(shí)基電路

1、555的基本結(jié)構(gòu)555的原始產(chǎn)品是NE555，后來競相仿制的有LM555、滋A555、XR555、CA555、RM555、FX555、5G1555等等，統(tǒng)稱為“555”，它們的等效電路、形式和內(nèi)電阻值雖然略有不同，但基本結(jié)構(gòu)并無根本差別，按其內(nèi)部電路、功能結(jié)構(gòu)都可簡化為圖7-45的形式。50555時(shí)基電路引腳各功能的真值表，如表7-6所示，555時(shí)基電路引腳圖如7-46所示。51

555時(shí)基電路的典型應(yīng)用(1)555構(gòu)成的多諧振蕩器及其在汽車上的應(yīng)用如圖7-47所示，為555構(gòu)成的多諧振蕩器。52

①汽車轉(zhuǎn)向燈閃光器如圖7-49所示，利用555定時(shí)器的輸出端3接繼電器J的線圈，使繼電器按多諧振蕩頻率進(jìn)行工作，繼電器