新能源汽车电工电子技术基础 课件 项目五 数字电路的认知及应用

数字电路的认知及应用学习目标情境描述知识解析任务实施课程思政contents目录学习目标01素养目标培养通过互联网、书籍等渠道获取信息分析问题的能力培养独立自学、讨论合作的学习能力，学生对比辨别的辩证思考能力树立7S标准规范意识培养学生安全生产、安全操作的安全意识树立7S标准规范意识知识目标熟悉理解数字电路的概念、特点，掌握各种进制互换。掌握逻辑电路概念及分析方法。了解集成逻辑门分类及特点。掌握“与”、“或”、“非”及其复合逻辑关系。技能目标学会查阅集成电路手册。学会用集成组合逻辑器件连接、调试电路。能简单分析、解决一些实际数字电路问题。情境描述02情境描述该事故发生在一家汽车维修店，涉及一辆新能源汽车的维修工作。一辆行驶里程约8.6万km的2019款北汽EC3轿车来店维修。用户反映：该车经常出现冷却液液位过低的报警现象。通过诊断检查、试车，测量冷却液液位开关，当故障出现时，测量冷却液液位开关电阻为无穷大，输出错误电气信号，导致报警。这是一个关于数字电路的案例，作为新能源汽车专业的学生，遇到数字电路的问题应如何处理？任务分析

在汽车电子电路中，电信号主要在传感器、ECU及执行器件之间进行传递。传感器输入ECU的信号大体上可以分两种：一种是连续变化的模拟信号；另一种是高电压、低电压间隔变化的脉冲式数字信号。数字电路具有精度高、易于集成、成本低廉和抗干扰能力强等特点。在汽车电路中数字电路被广泛应用，电控单元ECU就是一个典型的数字电路系统。了解汽车数字电路的基础知识对于维修、诊断和升级汽车电子系统至关重要。知识解析03一、逻辑电路数字电路也称为逻辑电路。逻辑电路包括基本逻辑门电路、组合逻辑门电路和时序逻辑电路03应用模拟信号在早期的电子设备和通信系统中得到广泛应用，如电话、电视等。01定义模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化。02特点模拟信号的处理和传输比较直观和容易实现，但容易受到噪声和失真的影响，且难以进行远距离传输和大规模集成。（一）模拟与数字1.模拟信号数字信号是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。定义数字信号具有抗干扰能力强、易于存储、处理和传输等优点，是现代电子设备和通信系统的主要信号形式。特点数字信号在计算机、通信、控制等领域得到广泛应用，如数字计算机、数字通信等。应用2.数字信号模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。它是电子电路的基础，主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路等。数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，或称为数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成，具有集成度高、速度快、功耗低等优点。模拟电路数字电路3.模拟电路与数字电路数字电路以二进制为基础，具有很强的逻辑性，易于实现各种复杂的逻辑功能。逻辑性强数字电路采用离散的数字信号进行传输和处理，因此抗干扰能力强，可靠性高。可靠性高数字电路采用半导体工艺制成，易于实现大规模集成，提高系统的性能和可靠性。易于集成数字电路可以通过编程实现不同的功能，因此灵活性好，适应性强。灵活性好4.数字电路的特点定义数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。分类数制可分为非进位计数制和进位计数制。非进位计数制有十进制、二进制等；进位计数制有八进制、十六进制等。（二）数制与码制1.数制十进制是我们日常生活中最为熟悉的计数制，每一位上的数码都是0~9之间的数字。定义逢十进一，即当某一位的数值达到10时，就会向高位进位。特点（1）十进制二进制是计算机内部采用的计数制，每一位上的数码只能是0或1。定义特点应用逢二进一，即当某一位的数值达到2时，就会向高位进位。二进制在数字电路、计算机、汽车传感器等领域有着广泛的应用。030201（2）二进制二进制转十进制将非十进制数按展开式展开，然后相加，可得出结果。即将二进制每位上的数乘以权（即该数位上的1表示2的多少次方），然后相加之和即是十进制数。

例如：

110101（2）=1+1×22+1×24+1×25=53故答案为：53．十进制转二进制十进制数转化为二进制数时，整数部分和小数部分要用不同的方法来处理；（1）整数部分：将十进制数除以2，然后将商继续除以2，直到商为0，然后将依次所得的余数倒序排列即可；（2）小数部分：采用乘2取整法：将小数乘以2，所得积的整数部分即为二进制数十分位上的数码，再将此积的小数部分乘以2，所得积的整数部分为二进制数百分位上的数码，如此反复…直到积是0为止．（3）二进制与十进制的转换十进制转二进制举例：解：（1）107÷2=53…153÷2=26…126÷2=13…013÷2=6…16÷2=3…03÷2=1…11÷2=0…1故107（10）=1101011（2）（2）0.625×2=1.25，所以二进制十分位上的数为1；0.25×2=0.5，所以二进制百分位上的数为0；0.5×2=1，所以二进制千分位上的数为1；即（0.625）10=（0.101）2由此可得十进制数107.625对应的二进制数为（107.625）10=（1101011.101）2例：将十进制数107.625转换成二进制数2.码制定义码制是指用二进制代码来表示特定信息的方法。分类常见的码制有原码、反码、补码等。它们在数字电路和计算机中有着广泛的应用，用于表示数值、字符等信息。与门电路实现逻辑与操作，即所有输入为高电平时输出才为高电平。或门电路实现逻辑或操作，即任一输入为高电平时输出就为高电平。非门电路实现逻辑非操作，即输入为高电平时输出为低电平，输入为低电平时输出为高电平。（三）基本逻辑门电路

当决定某一事件的所有条件都具备时该事件才会发生，这种因果关系称为“与”逻辑关系，即只有当所有输入都为1时，输出才为1；否则输出为0。1.“与”逻辑和“与”门电路（1）“与”逻辑

如图所示电路，用两个开关A、B串联控制照明灯，只有当A、B都闭合时，照明灯才会亮，若有一个开关不闭合，灯都不会亮。

实现“与”逻辑功能的电路称为“与”门电路。它有两个或两个以上的输入端和一个输出端。1.“与”逻辑和“与”门电路（2）“与”门电路

如图为二极管组成的“与”门电路及逻辑符号，它有两个输入端A、B，一个输出端L。假定输人信号的高电平为+5V，低电平为0V，则按输入信号的不同可分为不同的情况。只要有一个输入为1，输出就为1；只有当所有输入都为0时，输出才为0。“或”逻辑实现“或”逻辑功能的电路称为“或”门电路。它也有两个或两个以上的输入端和一个输出端。“或”门电路2.“或”逻辑和“或”门电路“非”逻辑输出与输入相反，即输入为1时输出为0，输入为0时输出为1。“非”门电路实现“非”逻辑功能的电路称为“非”门电路。它有一个输入端和一个输出端。3.“非”逻辑和“非”门电路（四）组合逻辑门电路汽车上的各种控制电路，往往将上述的基本门电路组合起来，构成常用的组合逻辑电路，以实现各种控制功能。如将与门、或门、非门经过简单组合，可构成另一些复合逻辑门。

这些复合门电路具有带负载能力，工作速度和可靠性方面都得到了很大提高，因此成为逻辑电路中最常用的基本电路。与非门定义与非门真值表与非门应用与非门电路实现1.与非门与非门是与门和非门的结合，即先进行与运算，再进行非运算，具有多个输入和一个输出。与非门在计算机内部有着广泛的应用，例如用于实现算术和逻辑运算、数据存储和传输等。当输入端中有1个或1个以上是低电平时，输出为高电平；只有所有输入是高电平时，输出才是低电平。与非门电路可以由多个晶体管、电阻、电容等元件组成，也可以使用集成电路实现。或非门定义或非门是数字逻辑电路中的基本元件，实现逻辑或非功能，即当输入端中有一个或一个是高电平时，输出就是低电平；只有当所有的输入端都为低电平时，输出才是高电平。或非门应用或非门在数字电路中也有广泛的应用，例如用于实现信号的反相、多路选择等。或非门电路实现或非门电路同样可以由多个晶体管、电阻、电容等元件组成，也可以使用集成电路实现。此外，或非门还可以通过其他逻辑门电路的组合来实现。或非门真值表或非门的真值表反映了输入与输出之间的逻辑关系，当任意输入为高电平时，输出为低电平；只有当所有输入为低电平时，输出才为高电平。2.或非门触发器时序逻辑电路一般都是由触发器组成的，如计数器、寄存器等。它具有记忆功能的逻辑单元，可以存储和传递信息。寄存器由多个触发器组成，可以存储多位二进制数。计数器具有计数功能的时序逻辑电路，可以实现加法、减法、分频等操作。（五）时序逻辑电路基本R-S触发器由两个与非门交叉连接构成，具有置0、置1和保持功能。同步R-S触发器在时钟脉冲控制下，根据输入信号R、S的状态改变输出状态。主从R-S触发器由两个同步R-S触发器级联而成，具有主触发器和从触发器，可消除空翻现象。1.R-S触发器123具有两个输入端J和K，以及一个时钟输入端CP，可实现翻转、置0、置1和保持四种功能。J-K触发器的特点当时钟脉冲CP为1时，根据J、K输入端的状态改变输出状态；当时钟脉冲CP为0时，输出状态保持不变。J-K触发器的逻辑功能广泛应用于数字系统中的计数器、分频器、寄存器等电路。J-K触发器的应用2.J-K触发器具有一个数据输入端D、一个时钟输入端CP和一个输出端Q，可实现数据的存储和传输。D触发器的特点当时钟脉冲CP上升沿到来时，将输入端D的状态存入触发器，并输出到输出端Q；当时钟脉冲CP为低电平时，输出状态保持不变。D触发器的逻辑功能常用于数字系统中的寄存器、移位器等电路，以实现数据的存储和传输。D触发器的应用3.D触发器T触发器的特点01具有一个输入端T和一个时钟输入端CP，可实现翻转和保持两种功能。T触发器的逻辑功能02当时钟脉冲CP为1时，若输入端T为1，则触发器翻转；若输入端T为0，则触发器保持原状态不变。当时钟脉冲CP为0时，输出状态保持不变。T触发器的应用03常用于数字系统中的计数器、分频器等电路，以实现翻转计数或分频功能。4.T触发器03集成电路分类根据功能和用途的不同，集成电路可分为数字电路、模拟电路和数模混合电路等类型。按其晶体管的性质可分为双极型晶体管（TTL系列）和单极型集成电路（CMOS系列）01集成电路定义集成电路是一种微型电子器件或部件，由多个元件集成在一块半导体晶片或介质基片上，具有特定的电路功能。与分立电路相比，数字集成电路成本低、可靠性高且便于安装调试02集成电路发展历程集成电路的发明标志着电子技术的重大突破，经历了从小规模到大规模、超大规模的发展过程。二、集成电路（一）认识集成电路基本的逻辑门电路之一，实现逻辑非的功能。TTL与非门电路另一种基本的逻辑门电路，实现逻辑或的功能。TTL或非门电路1.TTL集成逻辑门电路其他TTL门电路包括与门、或门、异或门、同或门等。1.TTL集成逻辑门电路（2）结构特点TTL电路内部采用多发射极三极管，输出电阻低，驱动能力强。TTL电路采用双极型工艺制造，具有高速度、低功耗和品种多等特点。TTL电路电源电压范围较窄，抗干扰能力较弱。1.TTL集成逻辑门电路

2.CMOS逻辑门电路CMOS电路特点CMOS电路采用互补金属氧化物半导体工艺制造，具有低功耗、高噪声容限和宽电源电压范围等优点。CMOS门电路类别包括CMOS与非门、CMOS或非门、CMOS传输门等。CMOS电路应用CMOS电路广泛应用于各种数字系统和微处理器中。汽车常用的集成电路有水箱水位过低报警电路。发动机控制单元集成电路用于控制车身的灯光、门锁和车窗等功能。车身控制模块集成电路用于显示仪表信息和控制音响、导航等娱乐系统。仪表和娱乐系统集成电路用于控制安全气囊、ABS防抱死刹车系统等安全装置。安全系统（二）集成电路在汽车上的应用任务实施04深入了解汽车水箱水位过低报警电路的工作原理和组成部分。了解集成门电路模拟信号在汽车上的应用。学会分析电路图，理解电路信号传输和处理过程。任务一：汽车水箱水位过低报警电路安装调试汽车水箱水位传感器通常采用浮子式、电极式或压力式等类型，根据水位高低变化输出相应电信号进行传输。水位传感器种类水位传感器的信号线与控制器相应端口连接，确保信号稳定传输且不受干扰。传感器与控制器连接控制器接收水位传感器传来的电信号后，进行信号转换与处理，将模拟信号转换为数字信号，便于后续处理与判断。信号转换与处理资讯1：水位传感器工作原理

报警指示方式汽车水箱水位过低报警电路通常采用声光报警方式，通过蜂鸣器发出声音报警，同时点亮报警指示灯进行视觉提示。输出电路类型报警输出电路可采用继电器输出、晶体管输出或集成电路输出等类型，根据实际需求选择合适的输出电路类型。输出电路连接方式将报警输出电路与汽车仪表盘或中控台上的报警指示灯和蜂鸣器连接，确保报警信号能够及时、准确地传递给驾驶员。资讯2：水位传感器工