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第七章 数字电路. 本章主要介绍的内容有： ● 数字电路基础 ● 触发器 ● 脉冲产生电路 ● D/A 和 A/D 转换电路 ● 汽车常用集成电路 ● 课题实验. 第一节 数字电路基础. 本节主要介绍的内容有： ● 什么是数字信号 ● 二进制 ● 常用逻辑门电路 ● 数字电路在汽车电子电路中的应用.
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第七章 数字电路 本章主要介绍的内容有： ● 数字电路基础 ● 触发器 ● 脉冲产生电路 ● D/A和A/D转换电路 ● 汽车常用集成电路 ● 课题实验
第一节 数字电路基础 本节主要介绍的内容有： ● 什么是数字信号 ● 二进制 ● 常用逻辑门电路 ● 数字电路在汽车电子电路中的应用
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大类：一类信号是连续变化的信号，如发动机的进气压力传感器，输出的信号是随着进气压力变化而连续变化的信号，这类信号被称为模拟信号，如图7-1-1（a）所示；另一类信号是电压“高”、“低”间隔变化的脉冲式信号，如光电式曲轴位置传感器，输出的信号是遮光盘不断通过光电耦合器而产生的“有”或“无”（透光或遮光）的规律变化的脉冲信号，这类信号被称为数字信号，如图7-1-1（b）所示。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大类：一类信号是连续变化的信号，如发动机的进气压力传感器，输出的信号是随着进气压力变化而连续变化的信号，这类信号被称为模拟信号，如图7-1-1（a）所示；另一类信号是电压“高”、“低”间隔变化的脉冲式信号，如光电式曲轴位置传感器，输出的信号是遮光盘不断通过光电耦合器而产生的“有”或“无”（透光或遮光）的规律变化的脉冲信号，这类信号被称为数字信号，如图7-1-1（b）所示。 一、什么是数字信号
数字信号与模拟信号不同，它的电压值本身没有什么意义，而我们关心的只是有无电压（脉冲）、间隔电压出现的次数（脉冲数量）、高电压或低电压维持的时间（脉冲宽度）等。数字信号与模拟信号的特性不同，在检测时一定要区分开，表7-1-1列出了部分汽车传感器输出信号的类型。数字信号与模拟信号不同，它的电压值本身没有什么意义，而我们关心的只是有无电压（脉冲）、间隔电压出现的次数（脉冲数量）、高电压或低电压维持的时间（脉冲宽度）等。数字信号与模拟信号的特性不同，在检测时一定要区分开，表7-1-1列出了部分汽车传感器输出信号的类型。
数字电路只处理1和0两种状态，所以在数字电路中广泛采用二进制。二进制包括二进制数和二进制数码。二进制数表示电路状态和数量大小，二进制数码不仅表示数量大小，还可以表示一定的信息，称为代码。数字电路只处理1和0两种状态，所以在数字电路中广泛采用二进制。二进制包括二进制数和二进制数码。二进制数表示电路状态和数量大小，二进制数码不仅表示数量大小，还可以表示一定的信息，称为代码。 二、二进制 概念：位权：6与8表示的数量不同是因为它们所处的位不同，不同的位具有不同的权重，这叫位权。 1．二进制数 2．二进制码 二进制数按照一定的规律组合在一起，表示一定的信息，这样的一组二进制数称为二进制码。最常用的二进制代码是8421BCD码。8421码的含义如表7-1-2所示。
逻辑电路中实现最基本逻辑关系的电路称为逻辑门电路，简称为门电路。最基本的门电路有与门、或门、非门、与非门和或非门。 逻辑电路中实现最基本逻辑关系的电路称为逻辑门电路，简称为门电路。最基本的门电路有与门、或门、非门、与非门和或非门。 三、常用逻辑门电路 只有决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才发生。这种因果关系叫逻辑与，或者叫逻辑相乘。表示的逻辑关系是Y=AB。如图7-1-2（a）所示。 当开关A与B均闭合时，灯Y才亮。用真值表表示为图7-1-2（b）。体现的逻辑关系是“全1为1，有0为0”。 1．与门
实现逻辑与关系的门电路称为与门，与门的符号如图7-1-3所示。实现逻辑与关系的门电路称为与门，与门的符号如图7-1-3所示。
常见的与门电路有四2输入与门74LS08和CD4081。引脚如图7-1-4所示。常见的与门电路有四2输入与门74LS08和CD4081。引脚如图7-1-4所示。
在决定事物结果的诸条件中只要有任何一个满足，结果就会发生。这种因果关系叫逻辑或，或者叫逻辑相加。表示的逻辑关系是Y=A+B。如图7-1-5（a）所示。在决定事物结果的诸条件中只要有任何一个满足，结果就会发生。这种因果关系叫逻辑或，或者叫逻辑相加。表示的逻辑关系是Y=A+B。如图7-1-5（a）所示。 当开关A与B只要有一个闭合，灯Y就亮。用真值表表示为图7-1-5（b），体现的逻辑关系是“有1为1，全0为0”。 2．或门
实现逻辑或关系的门电路称为或门，或门的符号如图7-1-6所示。实现逻辑或关系的门电路称为或门，或门的符号如图7-1-6所示。
常见的或门电路有四2输入或门74LS32和CD4071。引脚如图7-1-7所示。常见的或门电路有四2输入或门74LS32和CD4071。引脚如图7-1-7所示。
只要条件具备了，结果便不会发生；而条件不具备时，结果一定发生。这种逻辑关系叫做逻辑非，也叫做逻辑求反。表示的逻辑关系是Y=A。如图7-1-8（a）所示。只要条件具备了，结果便不会发生；而条件不具备时，结果一定发生。这种逻辑关系叫做逻辑非，也叫做逻辑求反。表示的逻辑关系是Y=A。如图7-1-8（a）所示。 当开关A闭合，灯Y就不亮。用真值表表示为图7-1-8（b）。 3．非门
体现的逻辑关系是“是0则1，是1则0”。实现逻辑非关系的门电路称为非门，非门的符号如图7-1-9所示。体现的逻辑关系是“是0则1，是1则0”。实现逻辑非关系的门电路称为非门，非门的符号如图7-1-9所示。
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7-1-11所示，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7-1-11所示， 4．与非门
常用的与非门集成电路有四2输入与非门74LS00和CD4011，如图7-1-12所示。常用的与非门集成电路有四2输入与非门74LS00和CD4011，如图7-1-12所示。
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7-1-13所示，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7-1-13所示， 5． 或非门
常用的或非门集成电路有四2输入或非门74LS02和CD4001，如图7-1-14所示。常用的或非门集成电路有四2输入或非门74LS02和CD4001，如图7-1-14所示。
由门电路组成的门锁控制系统的控制电路如图7-1-15所示。为了由门电路组成的门锁控制系统的控制电路如图7-1-15所示。为了 避免电机通电时间长引起发热，利用定时器限制通电时间。 四、数字电路在汽车电子电路中的应用
利用门钥匙开关或门控制开关使触点位于开锁侧，则向“或”门A输出“Hi”，开锁定时器进行工作，约0.2s晶体管V1处于接通状态，所有门锁电机电流向下流动，开锁（处于脱开状态）。“与”门E的输出，只要不把钥匙插入发动机锁孔中，则处于“Lo”位置，所以与“或”门的输出无关。 利用门钥匙开关或门控制开关使触点位于开锁侧，则向“或”门A输出“Hi”，开锁定时器进行工作，约0.2s晶体管V1处于接通状态，所有门锁电机电流向下流动，开锁（处于脱开状态）。“与”门E的输出，只要不把钥匙插入发动机锁孔中，则处于“Lo”位置，所以与“或”门的输出无关。 利用门钥匙开关或门控制开关进行上锁操作，则向“或”门B输出“Hi”，闭锁定时器工作，约0.2s晶体管V2接通，所有门锁电机电流向上流动，处于锁闭状态。 （1）闭锁/开锁动作
防正键锁闭是指若已执行了锁门操纵，而一侧前门打开并且点火开关钥匙仍插在锁心内，则所有的车门会自动打开，以防止点火开关钥匙遗忘在汽车内。防正键锁闭是指若已执行了锁门操纵，而一侧前门打开并且点火开关钥匙仍插在锁心内，则所有的车门会自动打开，以防止点火开关钥匙遗忘在汽车内。 图7-1-15中的虚线部分是钥匙插入防止电路。当钥匙插入发动机锁孔没有拔出时，驾驶座或副驾驶座的门开着，“与”门C输出“Hi”，这时，操作门锁按钮，使门锁机构处于上锁状态，则位置开关处于断开，与非门D输出“Hi”。此外，利用门控制开关即使操作上锁，开关的“Lo”信号向与非门输入，门D成为“Hi”。所以，从E门输出“Hi”，使解锁定时器工作，电机向解锁一侧驱动，不使形成闭锁状态。这时，驾驶员必须注意把钥匙从发动机锁孔中拔出。 （2）防止键锁闭
第二节 触发器 数字电路中除了门电路之外，还有触发器电路。触发器起到 信息的接收、存储、传输的作用。触发器按其稳定工作状态可分 为双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器（多谐振荡器） 等；按其功能可分为RS触发器、JK触发器和D触发器等。在汽车 电路中应用较多的主要有RS触发器、D触发器等。
基本RS触发器由两个与非门G1、G2交叉连接组成，如图7-2-1（a）所示。图7-2-1（b）为基本RS触发器的符号。 基本RS触发器由两个与非门G1、G2交叉连接组成，如图7-2-1（a）所示。图7-2-1（b）为基本RS触发器的符号。 1．RS触发器 （1）基本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7-2-2所示为同步触发器的逻辑电路和符号。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7-2-2所示为同步触发器的逻辑电路和符号。 （2） 同步RS触发器
时钟脉冲（CP）是等周期、等幅的脉冲串，由外部电路产生，用来控制同步触发器的工作。当脉冲为高电平即CP=1期间，触发器接收输入信号，开始工作；当脉冲为低电平即CP=0期间，触发器不工作。表7-2-2为同步RS触发器的特性表。时钟脉冲（CP）是等周期、等幅的脉冲串，由外部电路产生，用来控制同步触发器的工作。当脉冲为高电平即CP=1期间，触发器接收输入信号，开始工作；当脉冲为低电平即CP=0期间，触发器不工作。表7-2-2为同步RS触发器的特性表。
同步触发器的特点是：时钟电平控制，只有CP=1期间工作，抗干扰能力有所增强；R、S之间还是不能同时为1。 同步触发器的特点是：时钟电平控制，只有CP=1期间工作，抗干扰能力有所增强；R、S之间还是不能同时为1。 在CP时钟脉冲作用下，输入信号R、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。 （3）RS型时钟触发器
在CP时钟脉冲作用下，两个输入信号J、K取值不同时，具有保持、置0、置1、翻转功能的电路，都叫做JK型时钟触发器。如图7-2-3所示为JK触发器的符号和特性表。 在CP时钟脉冲作用下，两个输入信号J、K取值不同时，具有保持、置0、置1、翻转功能的电路，都叫做JK型时钟触发器。如图7-2-3所示为JK触发器的符号和特性表。 2．JK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1功能的电路，都叫做D型时钟触发器。图7-2-4所示为D触发器的符号和特性表。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1功能的电路，都叫做D型时钟触发器。图7-2-4所示为D触发器的符号和特性表。 3．D触发器
第三节 脉冲产生电路 本节主要介绍的内容有： ● 555时基电路 ● 555时基电路的典型应用
一、555时基电路 555的原始产品是NE555，后来又出现了LM555、μA555、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、功能结构者可简化为图7-3-1的形式。 1．555的基本结构
（1）555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能合为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡，拓宽了模拟集成电路的应用范围。（1）555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能合为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡，拓宽了模拟集成电路的应用范围。 （2）该电路采用单电源供电，电源范围宽，可以和模拟运放及TTL或CMOS数字电路共用一个电源。 （3）555可独立构成一个定时电路，且定时精度高。 （4）555的最大输出电流达200mA，带负载能力强，可直接驱动小电动机、喇叭、继电器等负载。 2．555时基电路特点
二、555时基电路的典型应用 单稳态触发器具有下列特点： 第一：它有一个稳定状态和一个暂稳状态； 第二：在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态； 第三：暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳状态时间的长短与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器一般用于定时、整形以及延时电路。 图7-3-3是用555电路构成的单稳态触发器。R、C是定时元件；uI是输入触发信号，下降沿有效，接到555的2脚；3脚uO是输出信号。 1．555构成的单稳态触发器
图7-3-4是555电路构成的单稳态触发器工作波形图。图7-3-4是555电路构成的单稳态触发器工作波形图。
下面以发动机555转速表为例进行介绍。本转速表实际是一个单稳态触发器，其中，LIG是点火线圈一次绕组，P是继电器触点。电路如图7-3-5所示。下面以发动机555转速表为例进行介绍。本转速表实际是一个单稳态触发器，其中，LIG是点火线圈一次绕组，P是继电器触点。电路如图7-3-5所示。
如图7-3-6所示，为555构成的多谐振荡器。 2．555构成的多谐振荡器及其在汽车上的应用
如图7-3-8所示， （1）汽车转向灯闪光器
如图7-3-9所示， （2）汽车刮水器间隙控制器
如想控制双门，可按图7-3-10将S2a、S2b两只磁控开关串联。如想控制双门，可按图7-3-10将S2a、S2b两只磁控开关串联。 S2是汽车本身的电喇叭按钮开关，晶闸管的阳极应接在喇叭一端。 （3）汽车防盗报警器
施密特触发器一个最重要的特点，就是能够把变化非常缓慢的输入脉冲波形，整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲。如图7-3-11所示为555构成的施密特触发器。 施密特触发器一个最重要的特点，就是能够把变化非常缓慢的输入脉冲波形，整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲。如图7-3-11所示为555构成的施密特触发器。 3．555构成的施密特触发器及其在汽车上的应用
如图7-3-12所示为输入信号uI为三角波时施密特触发器的工作波形。如图7-3-12所示为输入信号uI为三角波时施密特触发器的工作波形。
