项目九-数字电路应用

项目九数字电路基础汽车工程学院知识目标1、掌握数字电路的基本概念2、掌握数字器件的逻辑表达式、真值表、输入、输出波形图能力目标1、会分析数字电路2、能够查阅有关数字电路手册目录•9.1概述•9.2门电路•9.3触发器•9.4数字电路在汽车电子电路中的应用•9.5汽车常用集成电路9.1概述一．模拟电路与数字电路正弦波信号t三角波信号t模拟信号幅值随时间连续变化的信号9.1概述尖顶波:t矩形波:t数字信号与电平高、低变化有关，而与电平的大小关系不大用0、1数字表示两种离散状态。电流“无”，电压“低”“0”低电平“1”电流“有”，电压“高”高电平半导体元件工作在开关状态，分别时应“0、1”数码。二极管导通截止i=1、u=0i=0、u=1三极管饱和截止i=1、u=0i=0、u=1数字电路点9.1概述部分汽车传感器输出信号类型列表如下：输出模拟信号的传感器输出数字信号的传感器叶片式空气流量传感器卡门涡旋式空气流量传感器热丝式空气流量传感器曲轴位置传感器水温传感器光电式传感器压力传感器霍尔式传感器节气门位置传感器舌簧开关式传感器浮子可变电阻式液位传感器各种报警电路的传感器9.1概述模拟电路实现模拟信号的产生、放大和变换，主要单元电路是放大器。典型信号正弦波数字电路用来存储、传递和处理数字信号的电子电路。9.1概述二．数制数码：数制中允许使用的数值基数：数制的基值系数：每个位上的数码权：R进制数的第i位数对应的权为Ri加权系数＝系数×权举例：12345678909.1概述两种计数方法：1、位置记数法(N)R=an-1an-2…a1a0.a-1a-2…a-m2、多项式记数法mm1100111n1nR)(RaRaRaRaRaN1nmiiiRa2006.3122×103+0×102+0×101+6×100+3×10-1+1×10-2+2×10-39.1概述10进制(DecimalNumberSystem)计数数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8和9基数：R=10计数规则：逢10进1，借1当10。如：3+7=10数N的表示：(N)10=(N)D=∑ai×10i。例如：（125.68）10＝1×102＋2×101＋5×100＋6×10-1＋8×10-2各数位的权是10的幂9.1概述2进制(BinaryNumberSystem)计数数码：0和1基数：R=2计数规则：逢2进1，借1当2。如：11+111=1010。数N的表示：(N)2=(N)B=∑ai×2i例如：(101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2＝(5.25)10各数位的权是２的幂9.1概述运算规则加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10减法规则：0-0=0，10-1=1，1-0=1，1-1=0乘法规则：00=0，01=0，10=0，11=1二进制9.1概述8进制(OctalNumberSystem)计数数码：0、1、2、3、4、5、6和7基数：R=8计数规则：逢8进1，借1当8。如：3+7=12数N表示：(N)8=(N)O=∑ai×8i。∵8=23，∴一位8进制数要用3位2进制数来表示。例如：(207.04)8＝2×82＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4×8－2＝(135.0625)10各数位的权是8的幂9.1概述16进制(HexadecimalNumberSystem)计数数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(=10)、B(=11)、C(=12)、D(=13)、E(=14)、F(=15)基数：R=16计数规则：逢16进1，借1当16。如：3+7=A数N的表示：(N)16=(N)H=∑ai×16i∵16=24，∴一位16进制数要用4位2进制数表示例如：(D8.A)2＝13×161＋8×160＋10×16－1＝(216.625)10各数位的权是16的幂9.1概述数制转换1.非十进制十进制方法：将数码按权展开，得出其相加的结果便为对应的十进制数。例如：(1001.01)2=1×23+1×20+1×2-2=(9.25)10(32.7)8=3×81+2×80+7×8-1=(26.875)10(ED.3)16=14×161+13×160+3×16-1=(237.1875)109.1概述2.十进制二进制整数部分：除2取余，最后得到的余数为二进制最高位小数部分：乘2取整，最先得到的整数为二进制最高位。方法：9.1概述例：将(44.375)10化为二进制数。244余数低位222………0=K0211………0=K125………1=K222………1=K321………0=K40………　1=K5高位0.375×2整数高位0.750………0=K－10.750×21.500………1=K－20.500×21.000………1=K－3低位整数部分：小数部分：所以：(44.375)10＝(101100.011)2八进制、十六进制3.二进制将二进制整数从右向左3或4位分为一组整数将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换将二进制小数从左向右3或4位分为一组将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换小数注：整数左补零，小数右补零1101010.01000例1101010.01000＝(152.2)8＝(6A.4)169.1概述4.八进制、十六进制二进制方法：将每位八进制数(十六进制数)用3位(4位)二进制数表示。(374.26)8例：(AF4.76)16=(101011110100.01110110)2=(011111100.010110)2几种进制数之间的对应关系十进制数二进制数八进制数十六进制数012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF三．编码定义：数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程数字电路中一般采用二进制数，常用的编码方法为BCD码•BCD码：用四位二进制数中的前十个码(0000~1001)来表示十进制数(0~9)，去掉1010~1111。各位的权值依次为8、4、2、1。10.1概述表10-38421BCD码十进制数8421BCD码十进制数8421BCD码000005010110001601102001070111300118100040100910019.2门电路门电路是最基本的逻辑单元。基本的逻辑门电路有：与门或门非门门电路与门与逻辑关系：当决定一件事情的各个条件全部具备之后，这件事情才会发生的因果关系电路图L=ABEABZ功能表开关A开关B灯Z断开断开断开闭合闭合断开闭合闭合灭灭灭亮接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯灭记作0门电路与逻辑真值表ABZ000110110001真值表特点:任0则0,全1则110.2门电路函数式：Y=A·B=AB逻辑符号：波形图：运算规则：ABY&0•0=00•1=01•0=01•1=1ABY二极管与门电路+VCC(+5V)RYVD1AVD2BuAuBuYVD1VD20V0V0V5V5V0V5V5V0.7V0.7V0.7V5V导通导通导通截止截止导通截止截止高低电平值分别为0V,5VA,B输入端有四种输入组合门电路例：已知输入与门的输入信号VA、VB的波形如图所示，求输出F的信号波形解：当B=1V(VB为高电平)时，F=AB=A输出波形与A相同当B=0时，F=AB=A·B=0与门关闭，F恒为0门电路或门或逻辑关系：当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生的因果关系电路图L=ABEABZ功能表开关A开关B灯Z断开断开断开闭合闭合断开闭合闭合灭亮亮亮门电路ABZ000110110111真值表特点：有1出1,全0出0门电路•函数式：Y=A+B•逻辑符号：•波形图：•运算规则:ABY≥1ABY0+0=00+1=11+0=11+1=1门电路•二极管或门电路AVD1BVD2YRuAuBuYVD1VD20V0V0V5V5V0V5V5V0V4.3V4.3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通高低电平值分别为0V,5VA,B输入端有四种输入组合门电路例某厂生产设备的报警电路，将各种故障的报警信号汇集在一起，进行集中控制。只要有一路故障，即可发出声、光信号，使值班员能及时进行处理。试用逻辑电路实现。解：电路如下：门电路非门非逻辑关系：决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生的关系电路图EAZR开关A灯Z断开闭合亮灭门电路AZ0110真值表有1出0,有0出1门电路AY逻辑符号：波形图：函数式：Y1AAY运算规则：10,01门电路•三极管非门A(V)Y(V)0.8250.2利用二极管的压降为0.7V，保证输入电压在1V以下时，开关电路可靠地截止。门电路复合门将与门、或门和非门组合起来，可构成与非门、或非门、与或非门，常称为复合门电路1、与非门逻辑表达式为ABZ000110111110真值表ABZZAB与非门的逻辑符号L=A+B&特点：有0出1,全1出0门电路2、或非门逻辑表达式为：BAZABZ000110111000真值表ZAB或非门的逻辑符号L=A+B≥1有1出0,全0出1门电路3.与或非门逻辑表达式：CDABZZ≥1&ABCD与或非门的逻辑符号逻辑规律:各组均有0出1,某组全1出09.3触发器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；按照其功能可分为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。触发器一、RS触发器1.基本RS触发器两个与非门，两个输入输出端，两个输出状态复位端置位端与非门低电平触发触发器（1）SD=0、RD=1Q=0。触发器处于置位状态（1态）。（2）SD=1、RD=0Q=0。触发器处于复位状态（0态）。（3）SD=RD=l记忆状态（4）SD=RD=0不稳定状态触发器RDSDQ说明101置位010复位11不变记忆、复位00不定不允许触发器2.可控RS触发器为了能有效地控制触发器的翻转时刻，在基本RS触发器的基础上增加由两个与非门C和D构成的引导电路，就组成了可控RS触发器触发器RDSDQ说明00不变记忆复位100复位011置位11不定不允许其缺点是在时钟脉冲CP=1的期间，R、S输入端状态的变化都将引起触发器状态的相应改变，甚至发生多次翻转。这时如果有干扰信号出现在输入端，也可能作出反应，使触发器出现不正常的逻辑状态。此外当R=S=1时，仍存在不定状态，应避免出现。触发器二、JK触发器1）结构上：两个可控RS触发器构成。接受信号输出信号2）工作过程CP=1时,CP=0。主触发器工作，接受信号，从触发器被封锁CP=0，CP=1时，主触发器被封锁10.3触发器JKQn+1说明00Qn不变记忆010置0101置111Qn翻转、计数触发器三、D触发器D触发器只有一个信息输入端D，故只需要一个控制信号用一只非门将J、K两个输入端连接起来，并从J端引出作为D输入端触发器DnQn+100119.4数字电路应用•汽车水箱水位过低报警器9.4数字电路应用•汽车中央门锁控制电路