汽车电工电子技术基础教学课件作者吕娜项目八

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1、项目八 数字电路及其在汽车中的应用,任务8.1概述 任务8. 2基本逻辑关系与门电路 任务8. 3逻辑代数 任务8. 4集成门电路 任务8. 5触发器 任务8. 6数字电路在汽车中的应用,返回,任务8.1概述,活动8.1.1数字信号 数字信号是脉冲信号，持续时间短暂。在数字电路中，最常见的数字信号是矩形波和尖顶波，如图8一1所示。实际的波形并不是那么理想，图8一2所示为实际的矩形波。以矩形波为例，数字信号即脉冲的基本参数如下。 1)脉冲幅度A:脉冲信号变化的最大值。 2)脉冲上升时间tr:从脉冲10%的幅度上升到90%所需的时间。 3)脉冲下降时间tf:从脉冲90%的幅度下降到10%所需的时间

2、。 4)脉冲宽度tp:从上升沿50%幅度到下降沿50%幅度所需时间。,下一页,返回,任务8.1概述,5)脉冲周期T:周期性脉冲信号前后两次出现的间隔时间。 6)脉冲频率f:单位时间内的脉冲数， 7)数字电路中没有脉冲信号时的状态称为静态，静态时的电压值可以为正、负或零(一般在0V左右)。脉冲出现时电压大于静态电压值的称为正脉冲，小于静态电压值的称为负脉冲，如图8一3所示。 活动8. 1. 2数字电路 处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。,上一页,下一页,返回,任务8.1概述,数字电路通常是根据脉

3、冲信号的有无、个数、频率、宽度来进行工作的，而与脉冲幅度无关，所以抗干扰能力强，准确度高。虽然数字信号的处理电路比较复杂，但因信号本身波形十分简单，它只有两种状态:有或无，在电路中具体表现为高电位和低电位(通常用1和0表示)，所以用于数字电路的晶体管不是工作在放大状态而是工作在开关状态，要么饱和导通，要么截止。因此制作时要求低、功耗小，易于集成化，随着数字集成电路制作技术的发展，数字电路获得了广泛的应用。,上一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,活动8. 2. 1与门 图8 -4(a)为与逻辑关系图，在电路中，两开关A,B串联后控制指示灯Y。只有A,B同时接通(为“1“)，灯Y就亮(为

4、“1“);而A断开(为“0“),B接通(为“1“)，或A接通(为“1”),B断开(为“0“)时，灯Y都不亮(为“0“)。 Y与A,B的这种关系为与逻辑。与逻辑关系又称逻辑乘，其表达式为 实现与逻辑关系的电路称为“与门”电路，简称“与门”。图8 -4(b)所示为由二极管组成的“与门”电路。,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,图8 -4(c)所示为“与门”的逻辑符号。“与门”的真值表如表8-1所示。 根据表8-1，可画出“与门”逻辑功能波形图，如图8 -5所示。 由与门真值表和逻辑表达式可以得出逻辑乘的运算规律为 逻辑功能总结为“有。出。，全1出1” 。 目前常用的与门集成电路有74

5、LS08，它的内部有四个二输入与门电路，图8 -6(a) ,(b)为其外引脚图和逻辑图。 “与门”电路应用举例:一般用来控制信号的传送。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,活动8.2.2“或门” 图8-7(a)为或逻辑关系图，在电路中，两开关A,B并联后控制指示灯Y，只要A或B有一个接通(为“1”)，灯Y就亮(为“1”)，而A,B全断开时(全为“0”),Y才不亮(为“0”),Y与A,B的这种关系称为或逻辑。或逻辑关系又称逻辑加，其表达式为 实现或逻辑关系的电路称为“或门”电路，简称“或门”。 图8 - 7 (b)所示为由二极管组成的“或门”电路。图8 -7(c)所示为“或

6、门”的逻辑符号。“或门”的真值表如表8 -2所示。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,根据表8 -2，可画出“或门”逻辑功能波形图，如图8一8所示。 由“或门”真值表和逻辑表达式，可得出逻辑加的运算规律为 “或门”电路应用举例:常用于两路防盗报警电路。如图8-9所示。 目前常用“或门”集成电路有74 LS32，它的内部有四个二输入的“或门”电路，图8一10所示为其内部结构及引脚和逻辑符号。 活动8.2.3“非门” 图8-11(a)为非逻辑关系图，开关A与电灯Y并联。当开关A接通(为“1”)时，灯Y不亮(为“0”);当A断开(为“0”)时，灯Y亮(为“1”),Y与A的状态相

7、反。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,这种关系称为非逻辑，非逻辑关系又称逻辑非，其表达式 图8-11 (b)所示为由晶体管组成的“非门”电路。 图8-11(c)所示为“非门”逻辑符号。“非门”逻辑状态真值表见表8-3。 由式(8一3)，可得出逻辑非的运算规律，即 “非门”电路常用于对信号波形的整形和倒相的电路中。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,常用的“非门”电路有74 LS04，如图8一12所示为其内部结构及引脚和逻辑符号。 活动8.2.4复合门电路 常用的复合逻辑门有“与非门”“或非门”“异或门”等。 1.与非门 在一个“与门”的输出端接一个

8、“非门”，就可完成“与”和“非”的复合运算(先求“与”，再求“非”)，称为“与非”运算。实现与非复合运算的电路称“与非门”。“与非门”的逻辑符号如图8-13所示。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,“与非门”的逻辑表达式为 “与非门”电路的特点是:“有0出1，全1出“0”。常用的集成“与非门”电路有74LS00，它内部有四个二输入“与非门”电路。它的内部结构及引脚和逻辑符号，如图8一14(a),(b)所示。 2.或非门 在一个“或门”的输出端接一个“非门”，则可构成实现“或非”复合运算的电路，称为“或非门”。“或非门”逻辑符号如图8-15所示。“或非门”的逻辑运算表达式为

9、,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,“或非门”电路的特点是:“有1出0，全0出1”。 常用的集成“或非门”电路有74 LS02，它内部有四个二输入“或非门”电路。它的内部结构及引脚和逻辑符号，如图8-16(a),(b)所示。 3.异或门 式 的逻辑运算称“异或”运算，记作 逻辑符号如图8-17所示。图8-17(a)所示为“异或门”电路。图8-17(b)所示为其逻辑符号。 “异或门”电路的特点是:“同则出0，不同出1“ .,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,4.同或门 “同或”与“异或”运算相反，其运算符号为 ，“同或”运算的逻辑表达式为 “同或门”电

10、路的特点是:“同则出1，异则出0”，可见同或逻辑与异或逻辑互补。 同或逻辑是异或非。因此，它的逻辑功能一般采用“异或门”和“非门”来实现，其逻辑符号如图8一18所示。,上一页,下一页,返回,任务8. 2基本逻辑关系与门电路,5.与或非门 “与或非门”逻辑运算逻辑表达式为 实现“与或非”复合运算的电路是“与或非门”。“与或非门”逻辑符号如图8一19所示。 “与或非门”电路的特点是:“同1出0，否则出1”。,上一页,返回,任务8. 3逻辑代数,逻辑代数又称布尔代数，它是分析和设计数字电路的基本数学工具。 逻辑代数与普通代数一样，也是用字母表示变量。但是变量的取值只有“1”和“0”两个值。这时的1和

11、0已不再表示具体的数量大小，而只是表示两种不同的逻辑状态:“开”与“关”、“是”与“非”、“高”与“低”等。 活动8. 3. 1逻辑代数运算法则 在数字系统中，逻辑电路种类繁多，功能各异，但是它们的逻辑关系只进行逻辑乘(与)、逻辑加(或)和求反(非)三种基本运算。逻辑代数的运算法则及定律见表8一4。,下一页,返回,任务8. 3逻辑代数,活动8. 3. 2逻辑代数的基本定律 1.基本运算规则 2.基本代数规律 交换律 结合律 分配律 3.吸收规则,上一页,下一页,返回,任务8. 3逻辑代数,(1)原变量的吸收 (2)反变量的吸收 (3)混合变量的吸收 4.反演定理,上一页,返回,任务8. 4集成

12、门电路,活动8. 4. 1 TTL集成门电路 TTL集成与非门电路在实际中应用非常广泛。电路输入输出之间逻辑关系如表8 -5所示，逻辑电路图如图8-21所示。 1.电路组成 如图8 - 22所示，TTL集成与非门由输入级、中间级和输出级三部分组成。 (1)输入级 输入级由多发射极管V1和电阻R1组成。其作用是对输入变量A,B,C实现逻辑与，它相当于一个与门。从逻辑功能上看，图8 -23(a)所示的多发射极晶体管可以等效为图8 -23(b)所示的形式。,下一页,返回,任务8. 4集成门电路,(2)中间级 中间级由V2,R2和R3组成。V2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为V3和V5的驱

13、动信号。 (3)输出级 输出级由V3,V4,V5和R4,R5组成，这种电路形式称为推拉式电路。 2.工作原理 (1)输入全部为高电平 当输入A,B,C均为高电平，即UIH =3.6 V时，V1的基极电位足以使V1的集电结和V2, V5的发射结导通。而V2的集电极压降可以使V3导通，但它不能使V4导通。,上一页,下一页,返回,任务8. 4集成门电路,V5由V2提供足够的基极电流而处于饱和状态。因此输出为低电平: (2)输入至少有一个为低电平 当输入至少有一个(A端)为低电平，即UIL=0.3 V时， V1与A端连接的发射结正向导通，从图8 -22(a)中可知，V1集电极电位队1使V2, V5均截

14、止，而V2的集电极电压足以使V3,V4导通。因此输出为高电平:,上一页,下一页,返回,任务8. 4集成门电路,总结:当输入全为高电平时，输出为低电平，这时V5饱和，电路处于开门状态;当输入端至少有一个为低电平时，输出为高电平，这时V5截止，电路处于关门状态。即输入全为1时，输出为0;输入有0时，输出为1。由此可见，电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即 活动8. 4. 2 CMOS集成门电路 MOS集成逻辑门是采用MOS管作为开关元件的数字集成电路。 1.与非门 图8 - 24是一个二输入的CMOS与非门电路。,上一页,下一页,返回,任务8. 4集成门电路,当A,B两个输入端均为高电平时，V

15、1,V2导通，V3,V4截止，输出为低电平。 当A,B两个输入端中只要有一个为低电平时， V1,V2中必有一个截止， V3,V4中必有一个导通，输出为高电平。电路的逻辑关系为: 2.或非门 CMOS或非门电路如图8 - 25所示。当A,B两个输入端均为低电平时， V1,V2截止， V3,V4导通，输出Y为高电平;当A,B两个输入中有一个为高电平时， V1,V2中必有一个导通， V3,V4中必有一个截止，输出为低电平。电路的逻辑关系为,上一页,下一页,返回,任务8. 4集成门电路,3. CMOS传输门 传输门是数字电路用来传输信号的一种基本单元电路。其电路和符号如图8一26所示。 当控制信号 时

16、，输入信号U1接近于UDD，则 ，故V1截止，V2导通;如输入信号U1接近0，则V1导通， V2截止;如果U1接近U DD/ 2，则V1,V2同时导通。所以，传输门相当于接通的开关，通过不同的管子连续向输出端传送信号。 反之，当 时，只要认在0 UDD之间，则V1,V2都截止，传输门相当于断开的开关。 因为MOS管的结构是对称的，源极和漏极可以互换使用，所以CMOS传输门具有双向性，又称双向开关，用TG表示。,上一页,返回,任务8. 5触发器,触发器是时序电路中的基本单元。触发器又称双稳态电路，因为它的输出状态能够保持两种不同的稳定工作状态。 触发器的输出状态在输入端控制信号作用下可以发生变化，但是与组合逻辑电路不同，在输入信号去除后，触发器能够保持信号作用时所具有的输出状态，这种特性称为具有保持或具有记忆的功能。因此时序逻辑电路又称为具有记忆功能的电路。 时序逻辑电路在某个时刻的输出状态不仅和该时刻输入信号情况有关还与这个电路在信号作用之前电路所具有的状态有关，这种特性又称时序电路具有存储的逻辑功能。