最新版汽车电学基础电子教案第七章-数字电路课件.ppt
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- 最新版 汽车 电学 基础 电子 教案 第七 数字电路 课件
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1、 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第一节数字电路基础 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
2、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。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。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,
3、这叫位权。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。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”。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
4、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。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”。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。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
5、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)。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。常用的非门电路有六反相器74LS04和CD4069。引脚如图7-1-10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,真值表见表7-1-3。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,真值表见表7-1-3。常用的或
6、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。为了避免电机通电时间长引起发热,利用定时器限制通电时间。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
7、锁闭状态。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。第二节触发器第二节触发器 数字
8、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。表7-2-1是基本RS触发器的特性表。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
9、电路和符号。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。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。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-
10、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,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。第三节脉冲产生电路第三节脉冲产生电路 555时基电路 555时基电路的典型应用 555的原始产品是NE555,后来又出现了LM555、A555、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。555各功能的真值表,如表7-3-1所示,555时基电路引脚图如图7-3
11、-2所示。(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。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
12、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。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。如图7-3-6所示,为555构成的多谐振荡器。电路的工作波形见图7-3-7。如图7-3-8所示,如图7-3-9所示,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
13、身的电喇叭按钮开关,晶闸管的阳极应接在喇叭一端。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。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。下面以前照灯555自动变光器为例进行介绍。这种采用555电路的变光器能使汽车在夜间会车时于相距100150 m内把远光灯自动转换成近光灯,会车后又自动恢复到远光灯照明。从而避免或减少夜间会车时造成的交通事故,提高汽车行驶的安全性。电路如图7-3-13所示。变光器主要由光电检测电路、施密特触发电路及开关电路等组成。第四节第四节D/
14、AD/A和和A/DA/D转换电路转换电路 概述 D/A转换电路 A/D转换电路能把数字量转换为模拟量的电路,称为数模转换器,简称DAC(Digital to Analog Converter)。能把模拟量转换为数字量的电路,称为模数转换,简称ADC(Analog to Digital Converter)。图7-4-1所示是一个数字计算机工业控制系统框图。图7-4-2所示电路是四位倒置R-2R T型网络数一模转换器原理图,其中,UREF为基准电压,D3D2D1D0为四位二进制数码寄存器的输出,即被转换的数字量。由这些数字量分别去控制四个模拟开关K3、K2、K1、K0。当某位数字Di=1时,对应
15、的开关Ki打打向左边,该支路电流Ii流向I1;当某位数字Di=0时,对应的开关Ki打向右边,该支路电流Ii流向I2。运算放大器将电流输出转换为电压输出。由于运算放大器同相端接地,所以其反相端虚地,因此,不管数字Di是1还是0,T型网络中各2R支路的下端电位均为0V。A、B、C、D各点左端的等效电阻都是R,A、B、C、D各点右端的等效电阻都是2R,如图7-4-3所示。从对称结构可以求出:(1)功能与应用1)DAC0832主要特性及引脚说明DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位单片数一模转换器。主要由两个8位缓冲寄存器(输入寄存器和DAC寄存器)和一个8位数模转换器组成,是20引脚双列直插式封
16、装结构,能与MCS-51单片机直接接口。其内部结构及引脚分布如图7-4-4所示。1)8位分辨率。2)电流建立时间约为1/s。3)直接数字输入、单缓冲输入或双缓冲输入。4)单一电源供电(+5V+15V)。5)功耗200mW。模数转换器的种类有很多,如并行比较型,双积分型,逐次逼近型等。它们各有其优点和不足。并行比较型模数转换器的转换速度快,但用的器件较多,分辨率较低。双积分型模数转换器工作可靠,抗干扰能力强,转换精度高,但转换速度慢。多用在测量系统中。逐次逼近型模数转换器转换速度较快,精度较高,所用的器件较少,在集成电路中得到广泛应用。下面只对逐次逼近型模一数转换器作详尽的讨论。原理框图如图7-
17、4-5所示ADC0809模数转换器的内部电路结构及引脚分布如图7-4-6和图7-4-7所示。ADC0809模一数转换器的主要特性如下:1)分辨率为8位。2)最大不可调误差小于ULSB。3)可锁存三态输出,能与8位微处理器接口。4)输出与TTL兼容。5)不需要进行零点和满刻度调整。6)单电源供电,电源电压为5V。7)转换速率取决于芯片内部的时钟频率,时钟频率范围是101280kHz。当时钟频率选为500kHz时,对应的转换时间为128s,当工作时钟频率为640Hz时,转换时间为64s。第五节汽车常用集成电路第五节汽车常用集成电路 电子调压器电路 电子点火电路 闪光器电路 仪表显示专用集成电路 汽
18、车用音乐/语言芯片 汽车密码锁电路5G058L485是SGS-Thomson公司生产的汽车电子调压器专用集成电路。它和达林顿管等元件配合,控制发电机励磁线圈的电流通断,调节性能良好。L485内具有发电机电压检测比较电路,经过补偿后驱动承担开关任务的达林顿管。设有故障检测电路,主要检测充电电路开路或短路故障、蓄电池过压与不充电故障,并驱动故障指示灯发光。内部还设有过载保护电路,对瞬时的过压、过流、过热器起保护作用。实际调压电路如图7-5-1所示,可见该电路外围元件少,连接后不用调整就可投入使用。图中达林顿管BDX53C可用其他型号代替。MC3325是美国Motorola公司生产的汽车电子调压器专
19、用集成电路。MC3325集成电路采用双列直插14引脚封装,引脚如图7-5-2所示,1脚接地,11、12、13、14不用。MC3325集成电压调节器的典型应用电路如图7-5-3所示。R5连接在5、6、7脚中的一个,作为调节电压值。R1控制MC3325内部二极管串的电压,确定温度系数。R2确定输出电流。R3和R4均为限流电阻。R6确定过压动作值。R7、C1、C2作补偿用。L497为双列直插式点火集成块,它有16个管脚(如图7-5-4所示),其内部框图如图7-5-5所示。典型应用电路如图7-5-6所示。MC3334为标准双列直插式8引脚封装,其引脚功能如图7-5-7所示。该器件典型应用的外部元件连接
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