《汽车电气系统检修》课程——第7章 数字电子技术基础

1、地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797397.1 认识数字电路认识数字电路 第七章第七章 数字电子电路数字电子电路 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.数字电路特点 数字电路处理的是输入、输出信号之间的逻辑关系，所谓逻辑是指事物的前因（条件）和后果（结果）之间所遵循的规律，因此数字电路又称为逻辑电路。由于数字信号只有两种状态（0和1），不易混淆，便于处理和储存，因此电路抗干扰能力强，有极高的可靠性和稳定性。

2、目前，数字电路被广泛应用与信息检测、处理、存储、过程控制等。模拟信号数字信号地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 数字信号 数字信号是脉冲信号，所谓脉冲信号是指那些在短促的时间内断续作用的跃变信号，其持续作用的时间可短至几个微秒，甚至几个纳秒。在工业检测与控制的数字电路中最常用的是矩形脉冲信号，它一般是电压波形，可用电位的高低来表示，分别称为高电平和低电平。常见数字信号波形地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 高、低电平是数字信号的两种状态，一般高电平是指高电位，低电平是指低电位。在逻辑

3、电路中，用逻辑0和逻辑1来表示高低电平，如果用0表示低电平，用1表示高电平，称为正逻辑关系；如果用1表示低电平，用0表示高电平，则称为负逻辑关系。2. 数字信号正逻辑关系负逻辑关系地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 脉冲有正、负之分，如果脉冲跃变后的电平比初始电平高，称为正脉冲，反之，称为负脉冲。2. 数字信号正脉冲负脉冲地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 实际上，矩形脉冲的前后沿不是垂直的，即脉冲的跃变需要一定的时间才能完成。下图是一个实际的矩形波，现以它为例来说明脉冲信号波形的一些参

4、数。2. 数字信号脉冲幅度脉冲幅度A 脉冲上升时间脉冲上升时间 脉冲下降时间脉冲下降时间 脉冲宽度脉冲宽度 脉冲周期脉冲周期 脉冲频率脉冲频率 占空比占空比D 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797397.2 组合逻辑电路组合逻辑电路第七章第七章 数字电子电路数字电子电路 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种。每种逻辑运算代表一种函数关系，这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述，也可用文字来描述，还可用表格或图形的方式来描述。 最基本的逻辑关系

5、有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。 实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。 例如例如：实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门；实现“与非” 运算的电路称为与非门。逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路1）与门与门FA B与逻辑关系“与”运算真值表AB000010100111地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路1）与门与门与门电路结构与门逻辑符号地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037

6、编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路1）与门与门集成与门 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路2）或门或门或逻辑关系FAB“或”运算真值表AB000011101111地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路2）或门或门或门电路结构或门逻辑符号地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路2）或门或门集成或门地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379

7、7392. 常用门电路3）非门非门非逻辑关系 “非”运算真值表A0110FA地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路3）非门非门非门电路结构非门逻辑符号地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路3）非门非门集成非门地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 常用门电路4）与非门与非门与非门逻辑符号“与非”门真值表AB001011101110FA B地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 8

8、83797392. 常用门电路5）或非门或非门或非门逻辑符号 “或非”门真值表AB001010100110FAB地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 数字集成门电路 目前，常见的门电路都是集成芯片，即集成电路。集成电路是将二极管、晶体管、电阻等分立元件集中到一个半导体芯片里，能够实现一种或多种电路功能。 按照集成在一个半导体芯片里的元件的数量（集成规模）进行划分，集成电路分为小规模集成电路（它的集成规模少于100个元件）、中规模集成电路（它的集成规模在1001000个元件）、大规模集成电路（它的集成规模在1000个元件以上）、超大规模集成

9、电路（它的集成规模在10个元件以上）。5地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 数字集成门电路 集成门电路的种类很多，按所使用的基本元件的不同，可分为双极型和双极型两大类，前者以TTL门电路为代表，后者指的是MOS集成门电路。TTL（Transistor-Transistor-Logic）是晶体管晶体管逻辑电路的简称，其输入级和输出级都是以晶体管为核心。MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）是金属-氧化物-半导体集成门电路的简称，它的核心元件是场效应管。目前比较流行的MOS集成电路是CMOS（Complementary

10、-Metal-Oxide-Semiconductor），一种互补对称型电路。5地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 数字集成门电路5系列子系列名 称国际型号部标型号TTLTTLHTTLSTTLLSTTLALSTTL基本型中速TTL高 速TTL超 高 速TTL低 功 耗TTL先进低功耗TTLCT5474CT5474HCT5474SCT5474LSCT5474ALST1000T2000T3000T4000MOSCMOSHCOMSHCMOST互补场效应管型高速CMOS与TTL兼容的高速CMOSCC4000CT5474HCCT5474HCTC00

11、0数字集成电路的主要产品系列地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 组合逻辑电路 在实际应用中，往往需要将一些门电路进一步组合起来，形成组合逻辑电路，以实现较复杂的逻辑运算，具有较强的逻辑功能。组合逻辑电路具有以下特点：它在任一时刻的输出状态只决定于该时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关。 逻辑变量用逻辑运算符号连接起来，就成为逻辑函数式。逻辑变量指的是数字电路的输入、输出变量，各种门电路输出与输入之间的逻辑关系表达式就是简单的逻辑函数式。逻辑函数式能够表现组合逻辑电路的基本功能，由组合逻辑电路写出逻辑函数式，进而分析出电路功能的过程，即

12、为组合逻辑电路的分析过程。根据电路功能写出逻辑函数式，再有逻辑函数式画出组合逻辑电路的过程，称为组合逻辑电路的设计过程。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 组合逻辑电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797394.组合逻辑电路在汽车电路中的应用1 1）某汽车报警喇叭电路 电路中VT1的通断决定喇叭是否发声，非门1、2的作用是放大信号，起到放大器的作用；非门3、4和 、 构成振荡电路，控制VT1的通断，使得喇叭发出断续报警的声音。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (0

13、10) 883797394.组合逻辑电路在汽车电路中的应用2 2）某汽车防盗报警器电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797394.组合逻辑电路在汽车电路中的应用3 3）某汽车门锁控制电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797397.3 时序逻辑电路时序逻辑电路第七章第七章 数字电子电路数字电子电路 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 时序逻辑电路 时序逻辑电路是一种与时序有关的逻辑电路，它以组合电路为基础，又与组合电路不同。时序逻辑电路的特点是，在

14、任何时刻电路产生的稳定输出信号不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且还与电路过去的状态有关。所以时序逻辑电路都是由组合电路和存储电路两部分组成，存储电路的基本构成单元是触发器。 触发器全称为双稳态触发器，它具有两个稳定的工作状态，即0态和1态。在没有外来信号时，它处于一个稳定状态并保持不变，直到有输入信号使它翻转到另一个稳定状态为止，因此它对输入信号具有记忆的功能。 触发器的种类很多，按逻辑功能分，有RS、JK、D等类型。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.基本基本RS触发器触发器基本RS触发器结构 基本RS触发器逻辑符号地址:北京百万庄大

15、街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 基本RS触发器逻辑状态表R SQ功 能0 00 11 01 1不 定01不 变不 允 许置0置1保 持1.基本基本RS触发器触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739基本RS触发器工作波形1.基本基本RS触发器触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. JK触发器触发器JK触发器逻辑符号JK触发器结构地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739主从JK触发器逻辑状态表J K

16、1nQ功能0 0nQ保持0 10置 01 01置 11 1nQ翻转2. JK触发器触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 JK触发器波形图2. JK触发器触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. D触发器触发器 维持阻塞D触发器D触发器逻辑符号地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739DQ说 明00复位11置位D触发器的逻辑功能表 D触发器波形图3. D触发器触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010)

17、883797394. 时序逻辑电路举例1）计数器计数器 计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。3位异步加法计数器 地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797394. 时序逻辑电路举例1）计数器计数器 集成4位二进制计数器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797394. 时序逻辑电路举例2）寄存器寄存器 寄存器能够实现二进制数据存储与传输方式的转换，可作为数据输入输出接口电路使用。4位双向移位寄存器地址:北京百

18、万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797397.4 555时基电路时基电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739555定时器 555时基电路又称为555定时器，它是一种多用途的数字模拟混合集成电路，广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.555定时器内部结构与

19、工作原理555定时器内部结构555定时器引脚图地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.555定时器内部结构与工作原理555定时器功能表地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 555定时器构成的三种电路1）555定时器构成单稳态触发器 稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比

20、较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 555定时器构成的三种电路1）555定时器构成单稳态触发器 暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。 Tw=1.1RC。通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编

21、辑热线: (010) 883797392. 555定时器构成的三种电路2）555定时器构成施密特触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 555定时器构成的三种电路2）555定时器构成施密特触发器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797392. 555定时器构成的三种电路3）555定时器构成多谐振荡器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739 由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于，故高电平触发 端与低电平触发端均为低

22、电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从 上升到这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态。其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间

23、来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图7-35（b）所示为工作波形。2. 555定时器构成的三种电路3）555定时器构成多谐振荡器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 555应用电路举例摩托车音乐喇叭电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 555应用电路举例转向灯控制电路地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797393. 555应用电路举例雨刮间歇控制器电路地址:北京百万庄大街22号

24、邮编:100037 编辑热线: (010) 883797397.5 模拟信号与数字信号的转换模拟信号与数字信号的转换第七章第七章 数字电子电路数字电子电路1.A/D转换器2.D/A转换器3.LED数码显示器地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 88379739模拟信号与数字信号的转换 能将模拟信号（ analog signal）转换为数字信号（digital signal）的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接

25、口。 多数传感器信号是电压和电流这样的电信号，是模拟量，而控制单元一般都是数字电路，这就需要在传感器与控制单元之间加入ADC，而在控制单元与执行器之间加入DAC，或是在控制单元内部集成ADC和DAC电路。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.A/D转换器 A/D转换器的输入信号是模拟电压，A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。ADC0809内部结构图ADC0809引脚图地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: (010) 883797391.A/D转换器 ADC0809是一种普遍使用且成本较低的

26、、由National半导体公司生产的CMOS材料A/D转换器。它具有8个模拟量输入通道，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，得到8位二进制数字量。 IN0IN7：8路模拟输入通道。D0D7： 8位数字量输出端。START：启动转换命令输入端，由10时启动A/D转换，要求信号宽度100ns。OE： 输出使能端，高电平有效。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路进入A/D转换。其中ADDA是LSB位，这三个引脚上所加电平的编码为000111，分别对应IN0IN7，例如，当ADDC=0，ADDB=1，ADDA=1时，选中IN3通道。ALE： 地址锁存允许信号。用于将ADDAADDC三条地址线送入地址锁存器中。EOC： 转换结束信号输出。转换完成时，EOC的正跳变可用于向CPU申请中断，其高电平也可供CPU查询。CLK： 时钟脉冲输入端，要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压，一般与微机接口时，REF（-）接0V或-5V，REF（+）接+5V或0V。地址:北京百万庄大街22号 邮编:100037 编辑热线: