第七章 數(shù)字電路基礎(chǔ)

第七章數(shù)字電路基礎(chǔ)第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、什么是數(shù)字信號在汽車電子電路中，電信號主要在傳感器、ECU及執(zhí)行器件之間進(jìn)行傳遞。傳感器輸入ECU的信號大體上可以分兩大類：一類信號是連續(xù)變化的信號，如熱敏電阻式水溫傳感器，輸出的信號是隨著冷卻水溫度變化而連續(xù)變化的信號，這類信號被稱為模擬信號，如圖7-l(a)所示；另一類信號是電壓“高”、“低”間隔變化的脈沖式信號，如光電式曲軸位置傳感器，輸出的信號是遮光盤不斷通過光電耦合器而產(chǎn)生的“有”或“無”(透光或遮光)的規(guī)律變化的脈沖信號，這類信號被稱為數(shù)字信號，如圖7-1(b)所示。第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日在汽車電路中數(shù)字集成電路隨處可見，電控單元ECU就是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)。

表7-1按輸出信號類型劃分傳感器第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日二、二進(jìn)制數(shù)字電路只處理1和0兩種狀態(tài)，所以在數(shù)字電路中廣泛采用二進(jìn)制。二進(jìn)制包括二進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)碼。二進(jìn)制數(shù)表示電路狀態(tài)和數(shù)量大小，二進(jìn)制數(shù)碼不僅表示數(shù)量大小，還可以表示一定的信息，稱為代碼。

1、二進(jìn)制數(shù)概念：位權(quán)：6與8表示的數(shù)量不同是因為它們所處的位不同，不同的位具有不同的權(quán)重，這叫位權(quán)。

二進(jìn)制顧名思義就是“逢二進(jìn)一”，位權(quán)的表示方法是2(i=l，2，3……)。數(shù)字也是從右向左依次排列，如11(讀作“一一”)，右邊的l表示1個1，左邊的1表示1個2。依此類推，數(shù)值2用10表示；4用100表示；5用101表示等。

第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日表7-28421BCD碼代碼表第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

2、二進(jìn)制碼二進(jìn)制數(shù)按照一定的規(guī)律組合在一起，表示一定的信息，這樣的一組二進(jìn)制數(shù)稱為二進(jìn)制碼。最常用的二進(jìn)制代碼是8421BCD碼。8421碼的含義如表7-2所示。邏輯電路中實現(xiàn)最基本邏輯關(guān)系的電路稱為邏輯門電路，簡稱為門電路?；镜拈T電路有與門、或門、非門、與非門和或非門。

1、與門只有決定事物結(jié)果的全部條件同時具備時，結(jié)果才發(fā)生。這種因果關(guān)系叫邏輯與，或者叫邏輯相乘。表示的邏輯關(guān)系是Y=AB。如圖7-2(a)所示。第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日當(dāng)開關(guān)A與B均閉合時，燈Y才亮。用真值表表示為圖7-2(b)。體現(xiàn)的邏輯關(guān)系是“全1為1，有0為0”。實現(xiàn)邏輯與關(guān)系的門電路稱為與門，與門的符號如圖7-3所示。第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日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。第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日操作：圖7-5所示為與門實驗電路。利用74LS08連接圖7-5所示電路。撥動開關(guān)A和B，記錄開關(guān)位置、與門輸入端電平高低和LED亮滅之間的關(guān)系。第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日

2、或門在決定事物結(jié)果的諸條件中只要有任何一個滿足，結(jié)果就會發(fā)生。這種因果關(guān)系叫邏輯或，或者叫邏輯相加。表示的邏輯關(guān)系是Y=A+B。如圖7-6(a)所示。第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

當(dāng)開關(guān)A與B只要有一個閉合，燈Y就亮。用真值表表示為圖7-6(b)，體現(xiàn)的邏輯關(guān)系是“有1為1，全0為0”。實現(xiàn)邏輯或關(guān)系的門電路稱為或門，或門的符號如圖7-7所示。第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日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。第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日操作：圖7-9所示為或門實驗電路。利用74LS32連接圖7-9所示電路。撥動開關(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。第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日

3、非門只要條件具備了，結(jié)果便不會發(fā)生；而條件不具備時，結(jié)果一定發(fā)生。這種邏輯關(guān)系叫做邏輯非，也叫做邏輯求反。表示的邏輯關(guān)系是Y=A。如圖7-10(a)所示。第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日當(dāng)開關(guān)A閉合，Y就不亮。用真值表表示為圖7-10(b)。體現(xiàn)的邏輯關(guān)系是“是0則1，是1則0”。實現(xiàn)邏輯非關(guān)系的門電路稱為非門，非門的符號如圖7-11所示。第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日常用的非門電路有六反相器74LS04和CD4069。引腳如圖7-12所示。第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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)上加了一個非門，與非門的符號如圖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。第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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)上加了一個非門，或非門的符號如圖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。第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日四、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信號存在，觸發(fā)器輸出狀態(tài)就會隨之變化，導(dǎo)致電路抗干擾能力下降；R、S不能同時為1。第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

(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。第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

(3)RS型時鐘觸發(fā)器在CP時鐘脈沖作用下，輸入信號R堯S取值不同時，凡具有置0、置1和保持功能的電路，都叫做RS型時鐘觸發(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時鐘脈沖作用下，兩個輸入信號J堯K取值不同時，具有保持、置0、置l、翻轉(zhuǎn)功能的電路，都叫做JK型時鐘觸發(fā)器。如圖7-20所示為JK觸發(fā)器的符號和特性表。第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日

3、D觸發(fā)器在CP時鐘脈沖作用下，單一輸入信號D在不同取值時，凡具有置0、置l功能的電路，都叫做D型時鐘觸發(fā)器。圖7-21所示為D觸發(fā)器的符號和特性表。第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日五、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。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。第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日

(2)汽車水箱水位過低報警器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7-24所示。第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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)字電路具有很強的邏輯性，多用來構(gòu)成汽車防盜報警電路。如圖7-25所示為福特牌汽車防盜報警器電路原理圖。第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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火開關(guān)內(nèi)而下車關(guān)門，專門設(shè)計了門鎖控制電路。圖7-26所示為門鎖控制電路。第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日第二節(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應(yīng)會：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。第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、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)電機勵磁線圈的電流通斷，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。第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日

圖7-28為L485線性集成調(diào)壓器組成的實際調(diào)壓電路。可見該電路外圍元件少，連接后不用調(diào)整就可投入使用。圖中達(dá)林頓管BDX53C可用其他型號代替。第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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。第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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。第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日

圖7-31為MC3325集成電壓調(diào)節(jié)器的典型應(yīng)用電路。第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日

二、電子點火電路

1、電子點火控制器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火線圈的電子點火系統(tǒng)中的專用集成電路。該器件可控制點火線圈中儲存的能量和外部達(dá)林頓管的去飽和時間，限制功率耗散。圖7-32為L482的典型應(yīng)用電路。第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日L482采用16引腳DIP或SO封裝。1腳為導(dǎo)通時間信號輸出端。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腳為去飽和時間信號輸出。7腳是基準(zhǔn)電壓端。8腳為永久導(dǎo)通保護(hù)定時器。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腳是激勵器集電極連接引腳。15腳為過壓限制。16腳是激勵級輸出。第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

2、MC3334高能電子點火電路MC3334是美國Motorola公司生產(chǎn)的一種汽車用無觸點高能電子點火專用集成電路。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)，點火電流外部調(diào)節(jié)，可低壓低溫起動，高效節(jié)能等特點。該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-33所示?；驹硎峭ㄟ^使用由點火傳感器傳來的點火信號同引腳3外接電容上的電壓相疊加作用，產(chǎn)生一個輸出信號直接驅(qū)動控制點火線圈的功率管，實現(xiàn)在不同轉(zhuǎn)速下點火靜態(tài)角的自動調(diào)節(jié)，使汽車發(fā)動機在最小電能消耗下產(chǎn)生最佳最大點火能量，節(jié)省電能。第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日

三、閃光器電路

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

(1)LD7208的功能和特點由LD7208組成的閃光器電路在汽車轉(zhuǎn)彎時作閃光和報警之用。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，實際工作電壓為9～18V)和無需調(diào)整等特點。

(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)動輸出電路四個部分組成，其電路方框圖和典型應(yīng)用電路如圖7-35所示。第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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。第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日四、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級分壓器浮動可以連接很寬的電壓范圍，使用者可根據(jù)需要使用柱狀或點狀顯示選線接通或斷開。還可以設(shè)計成扇形排列模擬指針式顯示。這些優(yōu)點應(yīng)用于車用模擬儀表將能發(fā)揮良好作用。第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

(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。第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

(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，輸出電流大等優(yōu)點，而且可以為單片機供電，為將來儀表功能的擴(kuò)展打下良好的基礎(chǔ)。第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日

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，芯片中包含了一個高增益的運算放大器／比較器，當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時，輸出可用于驅(qū)動開關(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：第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日1腳和11腳為運算放大器／比較器的輸入端。2腳接充電泵的定時電容。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。第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日

圖7-40所示為發(fā)動機轉(zhuǎn)速表電路。LM2917將分電器送來的轉(zhuǎn)速脈沖信號，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。第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

五、汽車用音樂／語言芯片用集成電路來實現(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)，使用時只需外接一個電阻、一個電容及喇叭驅(qū)動電路即可。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。第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日

操作：按照圖7-42

所示電路組裝倒車報警電路，組裝完畢后，按下按鍵S，喇叭發(fā)出警報聲。將按鍵S分別連接在SS8808的8、6、2腳上，注意聲音有何不同。第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日

2、WWS-888語音倒車警報器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，送至功率放大電路LM386，推動揚聲器發(fā)出“嘟嘟，請注意倒車！請注意倒車！”的警告聲。電路如圖7-43所示。第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日

3、CW9561音樂報警電路CW9561內(nèi)部固化了救護(hù)車、消防車和警車等車輛報警聲音，根據(jù)外部觸點的不同觸點發(fā)組合可以選取其中一種聲音作為車輛報警音，所以它適用于多種特殊車輛。圖7-44為CW9561語音報警電路。第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日六、555時基電路

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。第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日555時基電路引腳各功能的真值表，如表7-6所示，555時基電路引腳圖如7-46所示。第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

555時基電路的典型應(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。第五十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日

①汽車轉(zhuǎn)向燈閃光器如圖7-49所示，利用555定時器的輸出端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。第五十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日

②汽車雨刮間隙控制器如圖7-50

所示，用作雨刮間隙控制器時，由于雨刮電動機起動電流較大，因此在線路上增加電容C1與J1并聯(lián)，以保護(hù)觸點。第五十四頁