第八章、数字电路

第八章数字电路基础18.1.1数字电路的基础知识一、数字信号和模拟信号模拟信号时间连续的信号数字信号时间和幅度都是离散的模拟信号：tu正弦波信号锯齿波信号u电子电路中的信号研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。

在模拟电路中，处理的是模拟信号，主要作用是放大。因此，晶体管一般工作在放大状态。t数字信号应用产品数量的统计数字表盘的读数数字电路信号数字信号——脉冲信号矩形波尖顶波脉冲种类正脉冲负脉冲0.9A0.1A0.5AAtPtrtfT

（1）脉冲幅度A（2）脉冲上升时间tr（3）脉冲下降时间tf

（4）脉冲宽度tp

（5）脉冲周期T（6）脉冲频率f

矩形波脉冲信号的基本参数正脉冲负脉冲0+3V-3V0+3V0-3V0

研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。

在数字电路中，处理的是数字信号，主要作用是实现一定的逻辑功能，因此，三极管工作在开关状态，即工作在饱和与截止状态。2二、数制与码1.数制2.BCD码（1）十进制：以十为基数的记数体制表示数的十个数码：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循逢十进一的规律157=（2）二进制：以二为基数的记数体制表示数的两个数码：0、1遵循逢二进一的规律（1001）B==(9)D用电路的两个状态---开关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时要将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。在数字系统中，常用0与1组成的二进制数码来表示数值的大小或特定的信息。这种具有特定含义的数码叫做二进制代码。将十进制数的0~9十个数字用二进制数表示的代码，叫做二—十进制码，也叫做BCD码。常用的二一十进制码有8421码、余3码、格雷码等，其二进制数与十进制数码的对应关系见表7-2。此外，还有字符码和其他代码。（1011.11）B==8+0+2+1+0.5+0.25=(11.75)D优缺点目前广泛应用的表示字母、符号的二进制代码是ASCII码，见表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基本逻辑门电路数字电路又称逻辑电路，相应的研究工具是逻辑代数（布尔代数）。门电路是数字电路的基础,也是构成组合逻辑电路的基本单元.门电路是一种开关电路,它利用开关不同的连接形式,实现一定的逻辑关系。门电路中的“开关”是利用二极管、三极管或场效应管的导通和截止的开关状态来实现。在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（二值变量），即0和1，中间值没有意义，这里的0和1只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高（0表示低电位，1表示高电位）、开关的开合等。一、“与”逻辑A、B、C都具备时，事件F才发生。EABC&ABCFF=A•B•C逻辑乘法逻辑与AFBC00001000010011000010101001101111真值表与门电路ABCF+UR与逻辑关系图逻辑符号逻辑式4常见的与门电路有四2输入与门74LS08和CD408l。引脚如图7-4所示。5二、“或”逻辑A、B、C只有一个具备时，事件F就发生。1ABCFAEFBCAB-URCF或门电路F=A+B+C逻辑加法逻辑或AFBC00001001010111010011101101111111真值表或逻辑关系图逻辑符号逻辑式6常见的或门电路有四2输入或门74LS32和CD4071。引脚如图7-8所示。7操作：图7-9所示为或门实验电路。利用74LS32连接图7-9所示电路。拨动开关A和B，记录开关位置、或门输入端电平高低和LED的亮灭之间的关系。8三、“非”逻辑A具备时，事件F不发生；A不具备时，事件F发生。AEFR非逻辑关系图A1FVTRCRA+UF非门电路逻辑非逻辑反AF0110真值表逻辑符号逻辑式9常用的非门电路有六反相器74LS04和CD4069。引脚如图7-12所示。10四、复合门电路“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。与或非门：条件A、B或C、D都具备，则F不发生。与非门：条件A、B、C都具备，则F不发生。&ABCF或非门：条件A、B、C任一具备，则F发生。1ABCF异或门：条件A、B只要有一个具备，则F发生。=1ABFABCDF&1有0则1，全1则0。有1则0，全0则1。同则为0，不同为1。同1则为0,不同为1。11

4、与非门与非门表示逻辑关系是Y=AB，相当于在与门的基础上加了一个非门，与非门的符号如图7-14所示，真值表见表7-3。常用的与非门集成电路有四2输入与非门74LS00和CD4011，如图7-15所示。1213

5、或非门或非门表示逻辑关系是Y=A+B，相当于在或门的基础上加了一个非门，或非门的符号如图7-16所示，真值表见表7-3。常用的或非门集成电路有四2输入或非门74LS02和CD4001，如图7-17所示。14四、触发器

1、RS触发器(1)基本RS触发器基本RS触发器由两个与非门G1、G2交叉连接组成，如图7-18(a)所示。基本RS触发器的主要优点是：结构简单，具有置0、置1和保持功能。存在的问题主要是：RS直接控制触发器的输出，即只要RS信号存在，触发器输出状态就会随之变化，导致电路抗干扰能力下降；R、S不能同时为1。158.2.1.1基本RS触发器RSQn+1注00Qn保持011置1100置011不允许不使用有两个稳定状态：0态（复位状态）：1态（置位状态）：复位端（置0端）：R置位端（置1端）：s168.2.1.2同步RS触发器CPRSQn+1注

0XXX不工作100Qn保持1011置11100置0111不允许不使用加入时钟脉冲控制：CP=0不工作CP=1工作178.2.2JK触发器CPRSQn+1注

0XXX不工作100Qn保持1011置11100置0111翻转加入时钟脉冲控制：CP=0不工作CP=1工作18

(2)同步RS触发器为了提高基本RS触发器的抗干扰能力，设计制作了一种工作状态不仅受输入端(R、S)控制，而且还受时钟脉冲(CP)控制的同步触发器，简称同步触发器。图7-19为同步触发器的逻辑电路和符号。19

(3)RS型时钟触发器在CP时钟脉冲作用下，输入信号R尧S取值不同时，凡具有置0、置1和保持功能的电路，都叫做RS型时钟触发器。它的特性表与基本RS触发器相同。

2、JK触发器在CP时钟脉冲作用下，两个输入信号J尧K取值不同时，具有保持、置0、置l、翻转功能的电路，都叫做JK型时钟触发器。如图7-20所示为JK触发器的符号和特性表。20

3、D触发器在CP时钟脉冲作用下，单一输入信号D在不同取值时，凡具有置0、置l功能的电路，都叫做D型时钟触发器。图7-21所示为D触发器的符号和特性表。21五、数字电路在汽车电子电路中的应用1、非门在汽车电子电路中的应用(1)非门构成的多谐振荡器由非门(反相器)构成的多谐振荡器电路在电子电路中应用很广，在汽车电路中经常被用来产生振荡信号。如图7-22所示为多谐振荡器的电路图。电路由CMOS反相器和电阻、电容构成。228.3.1非门在汽车电子电路中的应用1.多谐振荡器RCuO2uI2uO1uI1AOUthuI1uO1uO2ttt232.水位报警器红绿C喇叭24

(2)汽车水箱水位过低报警器汽车水箱中水量的减少，不仅直接影响发动机的冷却，也影响汽车正常行驶。本报警器能在水箱水位低于最低水位时发出声光报警，提醒驾驶员加水。电路如图7-24所示。25

2、或非门在汽车电子电路中的应用利用集成门电路构成的数字电路具有很强的逻辑性，多用来构成汽车防盗报警电路。如图7-25所示为福特牌汽车防盗报警器电路原理图。26

3、门电路在汽车电子电路中的综合应用现代轿车都装有门锁装置，为了防止驾驶员将钥匙忘在点火开关内而下车关门，专门设计了门锁控制电路。图7-26所示为门锁控制电路。27第二节汽车常用集成电路学习目标1、了解汽车专用集成电路的类型和型号2、掌握一些常用汽车集成电路在汽车电子电路中的具体应用实例3、掌握555集成电路的结构、原理和应用教材标准应知：汽车专用集成电路的类型和型号应会：分析汽车专用集成电路的典型应用电路。掌握555集成电路的结构、原理和应用。28一、电子调压器电路1、线性集成调压器L485L485是SGS-Thomson公司生产的汽车电子调压器专用集成电路。它和达林顿管等元件配合，控制发电机励磁线圈的电流通断，调节性能良好。如图7-27所示为L485线性集成调压器原理框图。29

图7-28为L485线性集成调压器组成的实际调压电路。可见该电路外围元件少，连接后不用调整就可投入使用。图中达林顿管BDX53C可用其他型号代替。30

2、汽车电子调压器专用集成电路MC3325MC3325是美国Motorola公司生产的汽车电子调压器专用集成电路。图7-29为MC3325的内部原理图。31

图7-30为MC3325集成电路引脚图。采用双列直插14引脚封装，1脚接地，11、12、13、14不用。32

图7-31为MC3325集成电压调节器的典型应用电路。33

二、电子点火电路

1、电子点火控制器L482L482集成电路是SGS-Thomson公司生产的，是NPN达林顿管在采用霍尔传感器和高能点火线圈的电子点火系统中的专用集成电路。该器件可控制点火线圈中储存的能量和外部达林顿管的去饱和时间，限制功率耗散。图7-32为L482的典型应用电路。34L482采用16引脚DIP或SO封装。1脚为导通时间信号输出端。2脚是霍尔效应输入端。3脚是驻留控制引脚。4脚为驻留控制定位器。5脚是霍尔传感器电源。6脚为去饱和时间信号输出。7脚是基准电压端。8脚为永久导通保护定时器。9脚是永久导通重置输出。10脚为电流传感器输入引脚。1l脚是放空保护。12脚为电源引入端。13脚为公共接地端。14脚是激励器集电极连接引脚。15脚为过压限制。16脚是激励级输出。35

2、MC3334高能电子点火电路MC3334是美国Motorola公司生产的一种汽车用无触点高能电子点火专用集成电路。该电路具有工作电压范围宽(4～24V)，输入、输出及电源电压过压脉冲保护，点火电流外部调节，可低压低温起动，高效节能等特点。该器件的内部结构如图7-33所示。基本原理是通过使用由点火传感器传来的点火信号同引脚3外接电容上的电压相叠加作用，产生一个输出信号直接驱动控制点火线圈的功率管，实现在不同转速下点火静态角的自动调节，使汽车发动机在最小电能消耗下产生最佳最大点火能量，节省电能。36

三、闪光器电路

1、汽车闪光器专用集成电路LD7208集成电路LD7208是用来取代机电式汽车闪光器的新型专用集成电路。

(1)LD7208的功能和特点由LD7208组成的闪光器电路在汽车转弯时作闪光和报警之用。LD7208集成电路具有功能齐全、功耗低、精度高、外围元件简单、工作电压范围大(标称工作电压为12V，实际工作电压为9～18V)和无需调整等特点。

(2)电路工作原理LD7208集成电路采用双列8引脚塑封结构，其内部主要由输入检测器、电压检测器、振荡器和驱动输出电路四个部分组成，其电路方框图和典型应用电路如图7-35所示。3738

2、闪光控制集成电路LM3909在汽车闪光器中的应用LM3909是美国国家半导体公司生产的，专用于使发光二极管或白炽灯发光的集成电路，经常被用作LED闪光器。连接一定的外围元件后，可以作为汽车闪光器使用。它由汽车蓄电池供电，使额定电流为600mA的转向信号灯以1Hz的频率闪光。图7-36所示为LM3909集成电路的内部结构示意图及其构成的闪光器电路。39四、仪表显示专用集成电路

1、LM3914LM3914集成电路是美国国家半导体公司生产的能检测模拟电平、驱动10位发光二极管LED进行线性模拟显示的单片集成电路，10级分压器浮动可以连接很宽的电压范围，使用者可根据需要使用柱状或点状显示选线接通或断开。还可以设计成扇形排列模拟指针式显示。这些优点应用于车用模拟仪表将能发挥良好作用。40

(1)LM3914的内部电路原理LM3914的内部电路原理图如图7-37所示。41

(2)由LM3914构成的模拟显示仪表

图7-38所示为模拟油压表的电路原理图，图中选用MC33063A集成电路制作稳压电源，具有调压范围宽，抗冲击能力强，输出电流大等优点，而且可以为单片机供电，为将来仪表功能的扩展打下良好的基础。42

2、LM2907／2917

LM2907／2917为美国国家半导体公司生产的单片集成频率／电压转换器，芯片中包含了一个高增益的运算放大器／比较器，当输入频率达到或超过某一给定值时，输出可用于驱动开关、指示灯或其他负载。

图7-39所示为LM2917的原理框图，各引脚功能如下：431脚和11脚为运算放大器／比较器的输入端。2脚接充电泵的定时电容。3脚连接充电泵的输出电阻和积分电容。4脚和10脚为运算放大器的输入端。5脚为输出，取自输出三极管的发射极。6、7、13、14脚未用。8脚为输出三极管的集电极，一般接电源。9脚为正电源端。12脚为负电源端，一般接地。44

图7-40所示为发动机转速表电路。LM2917将分电器送来的转速脉冲信号，经过频率／电压线性变换后，由电压表表头直观地指示出来。45

五、汽车用音乐／语言芯片用集成电路来实现语音录放的技术统称为固态录放音技术。该集成电路是一种根据需要将人的语音固化在电路内部，在需要的场合由电平触发而发出人类语言声音的集成电路。

1、SR8808SR8808是一种三秒钟语言电路。集成电路生产厂家将语音固化在电路内，使用时只需外接一个电阻、一个电容及喇叭驱动电路即可。图7-41为SR8808的内部电路框图，图7-42为典型应用电路图。46

操作：按照图7-42

所示电路组装倒车报警电路，组装完毕后，按下按键S，喇叭发出警报声。将按键S分别连接在SS8808的8、6、2脚上，注意声音有何不同。47

2、WWS-888语音倒车警报器WWS-888专用语音集成电路的放音触发端为高电平触发，语言输出端输出信号，送至功率放大电路LM386，推动扬声器发出“嘟嘟，请注意倒车！请注意倒车！”的警告声。电路如图7-43所示。48

3、CW9561音乐报警电路CW9561内部固化了救护车、消防车和警车等车辆报警声音，根据外部触点的不同触点发组合可以选取其中一种声音作为车辆报警音，所以它适用于多种特殊车辆。图7-44为CW9561语音报警电路。49六、555时基电路

1、555的基本结构555的原始产品是NE555，后来竞相仿制的有LM555、滋A555、XR555、CA555、RM555、FX555、5G1555等等，统称为“555”，它们的等效电路、形式和内电阻值虽然略有不同，但基本结构并无根本差别，按其内部电路、功能结构都可简化为图7-45的形式。50555时基电路引脚各功能的真值表，如表7-6所示，555时基电路引脚图如7-46所示。51

555时基电路的典型应用(1)555构成的多谐振荡器及其在汽车上的应用如图7-47所示，为555构成的多谐振荡器。52

①汽车转向灯闪光器如图7-49所示，利用555定时器的输出端3接继电器J的线圈，使继电器按多谐振荡频率进行工作，继电器