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任务五 汽车水箱水位过低报警器的制作任务五任务五 汽车水箱水位过低报汽车水箱水位过低报警器的制作警器的制作一、一、 数字电路基本知识数字电路基本知识 （一）数字信号（一）数字信号（a）矩形波 （b）尖顶波图5-1数字信号图图5-2 实际的矩形波实际的矩形波图图5-3 正脉冲和负脉冲正脉冲和负脉冲（二）数制（二）数制 数值可以表示长度、质量、表示数值大小的各种计数方法，最常用的是十进制，它有1，2，39十个数码，用来组成不同的数，称为计数体制，简称数制。在数字电路中采用二进制，还有八进制和十六进制。1二进制二进制 （1）有两个数码：1和0。它们与电路的两个状态（开和关、电平高和低）直接对应。 （2）进位规则：逢二进一。1+1=102二进制转换为十进制二进制转换为十进制 按权展开，再求各位数值之和。 例：（11011）2=124+123+022+121+120=（27）103十进制转换为二进制十进制转换为二进制 除二取余法。 将十进制数连续除以2，并依次记下余数，一直除到商为0为止。 以最后所得的余数为最高位，依次从后向前排即为转换后对应的二进制数。（28）10=（11100）2（三）（三）编码码 数字系统中的信息，除数据外还包括文字、符号和各种对象、信号等。用数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程就称为编码。 1二二十进制编码（十进制编码（BCD码）码） 在数字电路中一般采用二进制数。用二进制数表示十进制数的编码方式，称为二十进制编码，即BCD码。用一组（4位）二十进制码表示一位十进制数。 表表5-1 几种常用的二十进制码几种常用的二十进制码2字符码字符码 目前广泛应用的表示字母、符号的二进制代码是ASCII码。 ASCII码采用7位二进制数编码，可以表示128个字符。 3其他代码其他代码 在数字系统中，任何信息包括各种特定的对象、信号等都要转化为二进制代码来代理。二、门电路二、门电路 （一）基本逻辑关系（一）基本逻辑关系 在数字逻辑电路中，只有两种相反的工作状态在数字逻辑电路中，只有两种相反的工作状态高电平、高电平、低电平，分别用低电平，分别用“1”和和“0”表示。当用表示。当用“1”表示高电平、表示高电平、“0”表示低电平时，称正逻辑关系，反之称为负逻辑关系表示低电平时，称正逻辑关系，反之称为负逻辑关系 数字电路中的基本逻辑关系有三种：数字电路中的基本逻辑关系有三种：“与与”、“或或”、“非非”。相应的，基本门电路有。相应的，基本门电路有“与门与门”、“或门或门”、“非门非门”。 （二）基本门电路（二）基本门电路1 1与门电路与门电路（a a）电路）电路 （b b）逻辑符号）逻辑符号图图5-4 5-4 二极管与门二极管与门表5-2与门输入输出电压的关系表5-3与逻辑真值表常用与门电路有四2输入与门74LS08和CD4081 2或门电路或门电路（a）电路 （b）逻辑符号图5-6 二极管或门图5-7 常用或门电路3非门电路非门电路 非门电路又称反相器，图5-8是由三极管组成的非门电路。设输入信号为+5V或0V。此电路只有以下两种工作情况。（a）电路 （b）逻辑符号图5-8 三极管非门 表5-6 非逻辑真值表 常用的非门电路有74LS04和CD4069。如图5-9所示图5-9 常用非门电路（三）复合门电路（三）复合门电路 由与门、或门、非门经过简单的组合，可构成另一些常用的复合逻辑门，如“与非门”、“或非门”、“异或门”等。1与非门与非门 “与”和“非”的复合运算（先求“与”，再求“非”）称“与非”运算。实现与非复合运算的电路称为与非门。 图5-10 与非门逻辑符号表5-7 与非门逻辑状态表 与非门的逻辑表达式为：_BAL 74LS00是一种典型的与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚，引脚排列图如图5-11所示。 图5-11 74LS00 引脚排列图2或非门或非门 实现“或非”复合运算的电路称为或非门。 （a）电路 （b）逻辑符号图5-12 三极管非门 表5-8 或非门逻辑状态表 或非门的逻辑表达式为：_BAL3异或门异或门 式 的逻辑运算称异或运算。 记作BABAL_BAL图5-13 异或门逻辑符号 表5-9异或门逻辑状态表三、三、 组合逻辑电路组合逻辑电路 逻辑电路按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。将基本逻辑门电路组合起来，就构成组合逻辑电路，简称组合电路。 它的特点是：任意时刻输出状态仅取决于该时刻输入信号的状态，而与前一时刻电路的状态无关。也就是说，组合逻辑电路不具有记忆功能。 （一）逻辑代数（一）逻辑代数 逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，又叫布尔代数。逻辑代数中只有“1”、“0”两个值，只进行逻辑乘（与）、逻辑加（或）和求反（非）三种基本运算。1逻辑代数运算法则逻辑代数运算法则表5-10 逻辑代数的基本公式 例5-1 证明吸收律 证明： 表中的公式还可以用真值表来证明，即检验等式两边函数的真值表是否一致。 BABAABAAABBBABABAABABBABAABBABBABAA)()()(例5-2用真值表证明反演律 和 分析：分别列出两公式等号两边函数的真值表即可得证，见表5-11和表5-12 证明： BAABBABABAAB表5-11 真值表 证明： BABA 表5-12 真值表反演律又称摩根定律，是非常重要又非常有用的公式，它经常用于逻辑函数的变换，以下是它的两个变形公式，也是常用的。BAABBABA（二）逻辑函数的化简（二）逻辑函数的化简 1逻辑函数式的常见形式逻辑函数式的常见形式2最简与最简与或表达式的标准或表达式的标准 （1）与项最少，即表达式中“+”号最少。 （2）每个与项中的变量数最少，即表达式中“ ”号最少。3用代数法化简逻辑函数用代数法化简逻辑函数 用代数法化简逻辑函数，就是直接利用逻辑代数的基本公式和基本规则进行化简。代数法化简没有固定的步骤，常用的化简方法有以下几种。（1）并项法）并项法 运用公式，将两项合并为一项，消去一个变量。如（2）吸收法）吸收法 运用吸收律消去多余的与项。如（3）消去法）消去法 运用吸收律消去多余的因子。如（4）配项法）配项法 先通过乘以或加上，增加必要的乘积项，再用以上方法化简。如：(三三)组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 组合逻辑电路的分析是指分析实际构成的逻辑电路的作用，判断其逻辑功能。组合逻辑电路用基本逻辑符号表示，称为逻辑电路图。 分析组合逻辑电路其一般步骤为： 已知逻辑图逐级写出逻辑表达式写出总逻辑表达式并化简或变换转化列出逻辑状态表分析确定逻辑功能。 例例5-3组合电路如图5-16所示，分析该电路的逻辑功能。图5-16 例5-3电路图 解：（1）由逻辑图逐级写出逻辑表达式。为了写表达式方便，借助中间变量P （2）化简与变换。因为下一步要列真值表，所以要通过化简与变换，使表达式有利于列真值表，一般应变换成与或式或最小项表达式。 表5-13真值表 （3）由表达式列出真值表，见表5-13。经过化简与变换的表达式为两个最小项之和的非，所以很容易列出真值表。 （4）分析逻辑功能 由真值表可知，当A、B、C三个变量不一致时，电路输出为“1”，所以这个电路称为“不一致电路”。 上例中输出变量只有一个，对于多输出变量的组合逻辑电路，分析方法完全相同。四、典型组合逻辑电路四、典型组合逻辑电路 （一）加法器（一）加法器 加法器是用以实现二进制数加法运算的组合电路。 1半加器半加器 所谓半加，就是不考虑低位运算的进位数，只求本位的和。 设A、B两数相加，和数为S，进位数为C，则其逻辑状态表为表5-14。表5-14 半加器逻辑状态表（a）半加器逻辑图 （b）半加器逻辑符号图5-17 半加器逻辑图及逻辑符号2全加器全加器 当多位数相加时，半加器可以用于最低位数求和，高位相加须用全加器。“全加”是指被加数、加数的本位数Ai、Bi和低位加法运算的进位数Ci-13个数的相加运算。 （a）逻辑图 （b）逻辑符号图5-18 全加器逻辑图及逻辑符号表5-15 全加器逻辑状态表（二）编码器（二）编码器 用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码，如邮政编码、身份证号码、汽车牌号等。1二进制编码器二进制编码器 用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路称为二进制编码器。n位二进制数可对N2n个信号进行编码。表5-16 编码器真值表输入输出I0 I1 I2 S3 S4 S5 S6 S7 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 00 0 10 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 1 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 0 1 0 01 0 1 0 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 用门电路实现逻辑电路 图5-19 3位二进制编码器2二二十进制编码器十进制编码器 二十进制码由四位数组成。 表5-17 8421BCD码编码器真值表逻辑图 图5-20 8421BCD码编码器逻辑图3优先编码器优先编码器 表5-18 74LS148优先编码器真值表（三）译码器（三）译码器 译码是编码的逆过程，即将二进制码按编码时的原意，转换为相应的信息状态。 实现译码功能的电路称为译码器。1二进制译码器二进制译码器表5-19 两位二进制译码真值表 将二进制代码译成对应输出信号的数字电路，称为二进制译码器。（1）列出译码器的状态表。输入、输出与编码器相反。（2）由状态表写出逻辑表达式 （3）由逻辑式画出逻辑图，如图5-21所示图5-21 2线-4线译码器逻辑图2二二十进制译码器十进制译码器 二十进制译码器是将4位BCD代码译成10个高、低电平输出信号，又称4线10线（4/10）译码器。图5-22 74LS42二十进制译码器3显示译码器显示译码器 数字译码显示电路一般由译码器、驱动器和显示器等组成。 最常用的显示译码器是直接驱动数码管的七段显示译码器。（a）显示器 （b）段组合图图5-23 七段数字显示器及发光段组合图按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两种。 （a）共阳极接法 （b）共阴极接法图5-24 半导体数字显示器的内部接法表5-20 8421 七段译码器译码表（共阳极LED）五、时序逻辑电路五、时序逻辑电路 输出状态不仅取决于当时的输入状态，还与电路的原来状态有关，也就是说，时序逻辑电路具有记忆功能。 组合电路的基本单元是门电路，时序电路的基本单元是触发器。（一）双稳态触发器（一）双稳态触发器 1基本基本RS触发器触发器 （1）电路结构（a）逻辑图 （b）逻辑符号图5-25 与非门组成的基本RS触发器（2）逻辑功能表 表5-21 基本触发器的工作状态表 触发器的新状态Qn+1（也称次态）不仅与输入状态有关，也与触发器原来的状态Qn（也称现态或初态）有关。 触发器的特点： 有两个互补的输出端，有两个稳态。 有复位（Q=0）、置位（=1）、保持原状态三种功能。 R为复位输入端，S为置位输入端，该电路为低电平有效。 由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只须作用很短的一段时间。即“一触即发”。（二）可控（二）可控RS触发器触发器 具有时钟脉冲控制的触发器状态的改变与时钟脉冲同步，所以称为可控触发器。 1可控RS触发器的电路结构 （a）逻辑图 （b）逻辑符号图5-26 可控RS触发器2逻辑功能 当CP0时，控制门G3、G4关闭，都输出1。这时，不管R端和S端的信号如何变化，触发器的状态保持不变。 当CP1时，G3、G4打开，R、S端的输入信号才能通过这两个门，使基本RS触发器的状态翻转，其输出状态由R、S端的输入信号决定。表5-22 可控RS触了器的功能表（三）（三）JK触发器触发器 表5-23 JK触发器的功能表 图5-27JK触发器的逻辑符号 例例5-4设主JK触发器的初始状态为0，已知输入J、K的波形图如图5-28，画出输出Q的波形图。 解：如图5-28所示。图5-28 例5-4波形图（四）（四）D触发器触发器图5-29 D触发器的逻辑符号表524 D触发器的功能表 六、寄存器六、寄存器 （一）数码寄存器（一）数码寄存器图5-30 数码寄存器（二）移位寄存器（二）移位寄存器 移位寄存器不仅具有存放数码的功能，而且还有移位的功能。所谓移位就是每当一个时钟脉冲到来时触发器的状态向左或向右移一位。 表5-25 移位寄存器状态表七、计数器七、计数器 （一）二进制计数器（一）二进制计数器图5-32 4位异步二进制加法计数器的逻辑图 图5-33 图5-31电路的时序图图5-34 图5-31所示电路的状态图（二）十进制计数器（二）十进制计数器 表5-26 十进制计数器状态表图5-35 8421BCD码同步十进制加法计数器的逻辑图八、八、555定时器定时器 1555定时器的电路结构与工作原理定时器的电路结构与工作原理 （1）555定时器的电路结构（a）原理图 （b）电路符号图5-37 555定时器的电气原理图和电路符号2555定时器的功能表定时器的功能表 表5-27 555定时器功能表3555定时器的应用定时器的应用（a）多谐振荡器 （b）单稳态触发器 （c）施密特触发器图5-38 555定时器的应用（二）由（二）由555组成的汽车电路组成的汽车电路图5-39 555组成的汽车前大灯自动闪烁控制电路任务实施:汽车水箱水位过低报警器的制作汽车水箱水位过低报警器的制作 一、电路原理与分析一、电路原理与分析 （一）电平控制蜂鸣器电路（一）电平控制蜂鸣器电路图5-40 电平控制蜂鸣器电路（二）汽车水箱水位过低报警器电路（二）汽车水箱水位过低报警器电路及工作原理及工作原理 该报警器由铜棒探测器、六非门CO33（IC）、发光二极管LED、压电陶瓷片HTD、电源等组成。 图5-41汽车水箱水位报警器电路三、元件清单、设备与测试仪表三、元件清单、设备与测试仪表 1元件清单： CD4069六反相器，压电陶瓷蜂鸣器(型号为HTD-27A-1)，一根铜线（直径2mm的漆包线），82K电阻1个，47K电阻1个，1K电阻1个，0.01mF电容1个、发光二极管红/绿各1只，导线若干。 2测试仪表：万用表、示波器。四、操作步骤四、操作步骤 1各个组长领取产品材料，并分配下发组内成员任务。 2识别元件并利用万用表检测其质量好坏； 3选用工具、正确安装各个元件，注意合理摆放元件及工具； 4各小组讨论电路的元件布局是否合理及制作流程； 5进行电路连接，训练识读电路图、组装报警器电路，并填写工作记录。 6总结、测试电路功能并查找故障、评价产品性能与质量。拓展知识拓展知识 门锁控制电路门锁控制电路图5-42门锁控制电路习习 题题 一、填空 1在计算机内部，只处理二进制数；二制数的数码为_、_两个；写出从（000）2依次加1的所有3位二进制数：_。 213=（_）2 ；（5A）16 = （_）2；（1000 1100）2=（_）16。 3完成二进制加法（1011）2 +1 =（_）2 4503用8421BCD码表示为（_）8421BCD。 5计算机中字符也用二进制表示，写出一种字符的编码标准名称_。 6逻辑变量只有_、_两种取值；在正逻辑规定中分别用_、_电平表示。 7基本的逻辑运算是_、_、_三种； 8功能为有0出0.全1出1的门电路称为与门；_功能的门电路是或非门。 二、判断： 1数字电路中，“1”一定表示高电平，“0”一定表示低电平。 （ ） 2编码是将二进制代码按编码时的原意转换为相应的信息状态。 （ ） 3译码是将二进制代码按编码时的原意转换为相应的信息状态。 （ ） 三、选择： 1.对于十进制的数97转换为二进制的数为多少_。 A 1100001 B 1000011 C 1100101 D 1100011 2用A和B表示或非门的两个输入端，那么或非门的输出逻辑表达式为_。 A B C D 3下列哪个符号为与门的逻辑符号_ABFAABFBABFCABFD 4计算题2转化为八进制数、十六进制数？