第七章数字电路基础

第七章第七章第七章第七章 数字电路基础数字电路基础数字电路基础数字电路基础学习目标1、了解数字电路基本概念2、掌握基本门电路的结构和功能3、了解门电路在汽车上的应用学习要求应知：数字电路基本概念，门电路基本知识。应会：分析汽车电子电路中的数字电路工作原理和功能。一、什么是数字信号一、什么是数字信号 在汽车电子电路中，电信号主要在传感器、在汽车电子电路中，电信号主要在传感器、ECUECU及执行器件之间及执行器件之间进行传递。传感器输入进行传递。传感器输入ECUECU的信号大体上可以分两大类：一类信号是的信号大体上可以分两大类：一类信号是连续变化的信号，如热敏电阻式水温传感器，输出的信号是随着冷连续变化的信号，如热敏电阻式水温传感器，输出的信号是随着冷却水温度变化而连续变化的信号，这类信号被称为模拟信号，如却水温度变化而连续变化的信号，这类信号被称为模拟信号，如图图 7-l(a)7-l(a)所示；另一类信号是电压所示；另一类信号是电压“高高”、“低低”间隔变化的脉冲式间隔变化的脉冲式信号，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器而产生的“有有”或或“无无”(透光或遮光透光或遮光)的规律变化的脉冲信号，的规律变化的脉冲信号，这类信这类信号被称为数字信号，如号被称为数字信号，如图图7-1(b)7-1(b)所示。所示。在汽车电路中数字集成电路随处可见，电控单元在汽车电路中数字集成电路随处可见，电控单元ECUECU就是一个典就是一个典型的数字系统。型的数字系统。表表7-17-1按输出信号类型划分传感器按输出信号类型划分传感器二、二进制二、二进制 数字电路只处理数字电路只处理1 1和和0 0两种状态，所以在数字电路中广泛采用二两种状态，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。息，称为代码。1 1、二进制数、二进制数 概念：位权：概念：位权：6 6与与8 8表示的数量不同是因为它们所处的位不同，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。不同的位具有不同的权重，这叫位权。二进制顾名思义就是二进制顾名思义就是“逢二进一逢二进一”，位权的表示方法是，位权的表示方法是2(i=l2(i=l，2 2，3 3)。数字也是从右向左依次排列，如。数字也是从右向左依次排列，如11(11(读作读作“一一一一”)，右，右边边的的l l表示表示1 1个个1 1，左边的，左边的1 1表示表示1 1个个2 2。依此类推，数值。依此类推，数值2 2用用1010表示；表示；4 4用用100100表示；表示；5 5用用101101表示等。表示等。表表7-28421BCD7-28421BCD码代码表码代码表 2 2、二进制码、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的一组二进制数称为二进制码。最常用的二进制代码是8421BCD8421BCD码。码。84218421码的含义如表码的含义如表7-27-2所示。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。基本的门电路有与门、或门、非门、与非门和或非门。为门电路。基本的门电路有与门、或门、非门、与非门和或非门。1 1、与门、与门 只有决定事物结果只有决定事物结果的全部条件同时具备时，的全部条件同时具备时，结果才发生。这种因果结果才发生。这种因果关系叫逻辑与，或者叫关系叫逻辑与，或者叫逻辑相乘。表示的逻辑逻辑相乘。表示的逻辑关系是关系是Y=ABY=AB。如如图图7-2(a)7-2(a)所示。所示。当开关当开关A A与与B B均闭合时，灯均闭合时，灯Y Y才亮。用真值表表示为才亮。用真值表表示为图图7-2(b)7-2(b)。体。体现的逻辑关系是现的逻辑关系是“全全1 1为为1 1，有，有0 0为为0 0”。实现逻辑与关系的门电路称。实现逻辑与关系的门电路称为与为与门，与门的符号如门，与门的符号如图图7-37-3所示。所示。常见的与门电路有四常见的与门电路有四2 2输入与门输入与门74LS08 74LS08 和和CD408lCD408l。引脚如。引脚如图图7-47-4所示。所示。操作：操作：图图7-57-5所示为与门实验电路。所示为与门实验电路。利用利用74LS08 74LS08 连接连接图图7-57-5所示电路。拨动开关所示电路。拨动开关A A和和B B，记录开关位，记录开关位置、与门输入端电平高低和置、与门输入端电平高低和 LEDLED亮灭之间的关系。亮灭之间的关系。2 2、或门、或门 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+BY=A+B。如。如图图7-6(a)7-6(a)所示。所示。当开关当开关A A 与与B B只要有一个闭合，灯只要有一个闭合，灯 Y Y就亮。用真值表表示为图就亮。用真值表表示为图 7-6(b)7-6(b)，体现的逻辑关系是，体现的逻辑关系是“有有1 1为为1 1，全，全0 0为为0 0”。实现逻辑或关系。实现逻辑或关系的门的门电路称为或门，或门的符号如电路称为或门，或门的符号如图图7-77-7所示。所示。常见的或门电路有四常见的或门电路有四2 2输入或门输入或门74LS32 74LS32 和和CD4071CD4071。引脚如。引脚如图图7-87-8所示。所示。操作：操作：图图7-97-9所示为或门实验电路。所示为或门实验电路。利用利用74LS3274LS32连接连接图图7-97-9所示电路。拨动开关所示电路。拨动开关A A和和B B，记录开关位，记录开关位置、或门输入端电平高低和置、或门输入端电平高低和LEDLED的亮灭之间的关系。的亮灭之间的关系。3 3、非门、非门 只要条件具备了，结果便不会发生；而条件不具备时，结果一只要条件具备了，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。表示的逻辑关系是关系是Y=AY=A。如。如图图7-10(a)7-10(a)所示。所示。当开关当开关A A闭合，闭合，Y Y就不亮。用真值表表示为就不亮。用真值表表示为图图7-10(b)7-10(b)。体现的逻。体现的逻辑关系是辑关系是“是是0 0则则1 1，是，是1 1则则0 0”。实现逻辑非关系的门电路称为非门，。实现逻辑非关系的门电路称为非门，非非门的符号如门的符号如图图7-117-11所示。所示。常用的非门电路有六反相器常用的非门电路有六反相器74LS0474LS04和和CD4069CD4069。引脚如。引脚如图图7-127-12所所示。示。4 4、与非门、与非门 与非门表示逻辑关系是与非门表示逻辑关系是Y=ABY=AB，相当于在与门的基础上加了一个，相当于在与门的基础上加了一个非门，与非门的符号如非门，与非门的符号如图图7-147-14所示，真值表见所示，真值表见表表7-37-3。常用的与非。常用的与非门集成电路有四门集成电路有四2 2输入与非门输入与非门74LS0074LS00和和CD4011CD4011，如，如图图7-157-15所示。所示。5 5、或非门、或非门 或非门表示逻辑关系是或非门表示逻辑关系是Y=A+BY=A+B，相当于在或门的基础上加了一，相当于在或门的基础上加了一个非门，或非门的符号如个非门，或非门的符号如图图7-167-16所示，真值表见所示，真值表见表表7-37-3。常用的或。常用的或非门集成电路有四非门集成电路有四2 2输入或非门输入或非门74LS0274LS02和和CD4001CD4001，如，如图图7-177-17所示。所示。四、触发器四、触发器 1 1、RSRS触发器触发器 (1)(1)基本基本RSRS触发器触发器 基本基本RSRS触发器由两个与非门触发器由两个与非门G1G1、G2G2交叉连接组成，如交叉连接组成，如图图7-18(a)7-18(a)所示。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。(2)(2)同步同步RSRS触发器触发器 为了提高基本为了提高基本RSRS触发器的抗干扰能力，设计制作了一种工作状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态不仅受输入端(R(R、S)S)控制，而且还受时钟脉冲控制，而且还受时钟脉冲(CP)(CP)控制的同步触控制的同步触发器，简称同步触发器。发器，简称同步触发器。图图7-197-19为同步触发器的逻辑电路和符号。为同步触发器的逻辑电路和符号。(3)RS(3)RS型时钟触发器型时钟触发器 在在 CPCP时钟脉冲作用下，输入信号时钟脉冲作用下，输入信号R R尧尧S S取值不同时，凡具有置取值不同时，凡具有置0 0、置、置1 1和保持功能的电路，都叫做和保持功能的电路，都叫做RSRS型时钟触发器。它的特性表与型时钟触发器。它的特性表与基本基本RSRS触发器相同。触发器相同。2 2、JK JK 触发器触发器 在在 CPCP时钟脉冲作用下，时钟脉冲作用下，两个输入信号两个输入信号J J尧尧K K取值不同取值不同时，具有保持、置时，具有保持、置0 0、置、置l l、翻转功能的电路，都叫做翻转功能的电路，都叫做JKJK型时钟触发器。如型时钟触发器。如图图7-207-20所所示为示为JKJK触发器的符号和特性触发器的符号和特性表。表。3 3、D D 触发器触发器 在在CPCP时钟脉冲作用下，单一输入信号时钟脉冲作用下，单一输入信号D D在不同取值时，凡具有置在不同取值时，凡具有置0 0、置、置l l功能的电路，都叫做功能的电路，都叫做D D型时钟触发器。型时钟触发器。图图7-217-21所示为所示为D D触发器触发器的符号和特性表。的符号和特性表。五、数字电路在汽车电子电路中的应用五、数字电路在汽车电子电路中的应用 1 1、非门在汽车电子电路中的应用、非门在汽车电子电路中的应用 (1)(1)非门构成的多谐振荡器非门构成的多谐振荡器 由非门由非门(反相器反相器)构成的多谐振荡器电路在电子电路中应用很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。广，在汽车电路中经常被用来产生振荡信号。如图如图7-227-22所示为多谐振荡器的电路图。电路由所示为多谐振荡器的电路图。电路由CMOSCMOS反相器和电反相器和电阻、电容构成。阻、电容构成。(2)(2)汽车水箱水位过低报警器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。电路如警，提醒驾驶员加水。电路如图图7-247-24所示。所示。2 2、或非门在汽车电子电路中的应用、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。如成汽车防盗报警电路。如图图7-257-25所示为福特牌汽车防盗报警器电路所示为福特牌汽车防盗报警器电路原理图。原理图。3 3、门电路在汽