汽车电工电子数字电路2.pptx

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1、11.1.什么是数字信号和数字电路？什么是数字信号和数字电路？2.2.了解什么是数制和码制。了解什么是数制和码制。3.3.掌握逻辑门电路的逻辑关系和分析方法。掌握逻辑门电路的逻辑关系和分析方法。4.4.触发器分类与功能。触发器分类与功能。5.5.寄存器的分类和功能。寄存器的分类和功能。8.1数字电路第1页/共37页28.1模拟与数字电电子子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号数字信号数字信号时间和幅度都是离散的时间和幅度都是离散的第2页/共37页3模拟信号：模拟信号：ttU Utti i正弦波信号正弦波信号锯齿波信号锯齿波信号第3页/共37页41.2

2、.1.2.数字信号tti ittU U方波脉冲方波脉冲尖峰脉冲尖峰脉冲数字信号数字信号脉冲脉冲信号：信号：有矩形脉冲、有矩形脉冲、方波脉冲、尖峰脉冲、方波脉冲、尖峰脉冲、三角波等无数种。三角波等无数种。矩形矩形脉冲为理想的数字信号。脉冲为理想的数字信号。第4页/共37页想一想我们身边有没有数字我们身边有没有数字信号？信号？举实例（计程车计价举实例（计程车计价器、电机转速测速器）器、电机转速测速器）说明数字信号的应用。说明数字信号的应用。第5页/共37页61.3.1.3.矩形脉冲信号矩形脉冲信号周期周期幅幅度度宽度宽度前前沿沿后后沿沿0V0V-3V-3V+3V+3V0V0V正脉冲正脉冲负脉冲负脉

3、冲矩形脉冲为理想的数字信号。正脉冲负脉冲第6页/共37页数字电路的特点：7一、数字电路中的数字信号采用一、数字电路中的数字信号采用二进制，取得二进制，取得1 1和和0 0。二、数字电路中二、数字电路中结构简单结构简单、对元件的、对元件的精度要求不高精度要求不高，允许有一定误差，且易制造，允许有一定误差，且易制造，成本低成本低。三、数字信号具有三、数字信号具有抗干扰能力强、能耗低、便于集成抗干扰能力强、能耗低、便于集成等优点等优点。四、电路的输入和输出状态符合一定的四、电路的输入和输出状态符合一定的逻辑关系逻辑关系。五、数字电路有五、数字电路有“记忆记忆”功能功能。六、主要的分析工具是六、主要的

4、分析工具是逻辑代数逻辑代数，电路的功能用，电路的功能用真值真值表、逻辑表达式或波形图及卡诺图表示表、逻辑表达式或波形图及卡诺图表示。第7页/共37页8.2.8.2.二进制数2.1.2.1.十进制：十进制：以十为基数的记数体制表示数的十个数码：以十为基数的记数体制表示数的十个数码：1,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,03,4,5,6,7,8,9,0遵循逢十进一的规律遵循逢十进一的规律若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。困难，而且很

5、不经济。第8页/共37页9二进制数以二为基数的记数体制表示数的两个数码：以二为基数的记数体制表示数的两个数码：0,10,1遵循逢二进一的规律。遵循逢二进一的规律。用电路的两个状态用电路的两个状态-“开与关开与关”来表示二进制数，来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。数码的存储和传输简单、可靠。位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。成十进制数。第9页/共37页二进制数的转换10十进制与二进制之间的转换，可以用二除十进制数，余数十进制与二进制之间的转换

6、，可以用二除十进制数，余数是二进制数的第是二进制数的第0 0位，然后依次用二除所得的商，余数依次是位，然后依次用二除所得的商，余数依次是K K1 1、K K2 2、。二转十二转十过程过程2 4202 4202 2112 2112 1002 1002 5 12 5 12 2 02 2 0 1 1自自下下而而上上取取余余数数十转二十转二过程过程除除2 2取余取余数法数法第10页/共37页布尔代数11布尔代数是1847年英国数学家乔治布尔（George.Bool）首先创立的，故而命名。布尔代数与普通代数有着不同的概念，它表示的不是数量大小之间的关系，而是一种逻辑关系。故布尔代数亦称逻辑代数。布尔代数

7、是分析和设计数字逻辑电路的基本数布尔代数是分析和设计数字逻辑电路的基本数学工具学工具。第11页/共37页编码12二进制数二进制数自然码自然码84218421码码24212421码码54215421码码余三码余三码000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111101234567891011121314150123456789012345678901234567890123456789第12页/共37页8.38.3基本逻辑门13逻辑代数与基本逻辑关系逻辑代数与基本逻辑关系在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之在数

8、字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研究工具是逻辑代数（布尔代数）。究工具是逻辑代数（布尔代数）。在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（二值变量），即（二值变量），即0 0和和1 1，中间值没有意义，这里的，中间值没有意义，这里的0 0和和1 1只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高（只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高（0 0表示低表示低电位，电位，1 1表示高电位）、开关的开合等。表示高电位）、开关的开合等。第13页/共37页基本逻辑关系：143.

9、13.1“与与”逻辑逻辑与门（与门（ANDAND）A A、B B、C C 条件都具备时，事件条件都具备时，事件F F才发生。才发生。A AB B逻辑符号F FE EA AB BY YC CC C逻辑关系图第14页/共37页15逻辑式：逻辑式：逻辑乘法（逻辑与）逻辑乘法（逻辑与）F=ABnF=ABn逻辑关系为：逻辑关系为：“有有0 0出出0 0，全，全1 1出出1”1”BA AD1D2R RY Y+Ucc+Ucc与门电路与门电路与表达式第15页/共37页16输入输入输出输出A AB BF F0 00 01 11 10 01 10 01 10 00 00 01 1真值表：真值表：门电路波形图：门电

10、路波形图：BA AY Y0 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 01 11 11 10 00 0 0 00 00 00 01 1与表达式第16页/共37页3.2.3.2.“或”逻辑或门（OROR）或门：或门：A A、B B、C C 只有一个条件具备时，事只有一个条件具备时，事件件F F就发生。就发生。A AB B逻辑符号F FE E1A AB BY YC CC C逻辑关系图第17页/共37页18F=A+B+nF=A+B+n逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或逻辑关系逻辑关系为：为：“有有1 1出出1 1，全，全0 0出出0”0”BA AD1D2R RY Y-Ucc-Ucc或门电

11、路逻辑式：或门电路与表达式第18页/共37页19输入输入输出输出A AB BF F0 01 10 01 10 00 01 11 10 01 11 11 1真值表：真值表：BA AY Y门电路波形图：门电路波形图：0 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 1 1 1 1 11 1 1 1或门表达式第19页/共37页3.5.3.5.“非”逻辑非门（NOTNOT）2020 A A条件具备时，事件条件具备时，事件F F不不发生；发生；A A不具备时，事件不具备时，事件F F发生。发生。逻辑关系为：逻辑关系为：“有有0 0出出1 1，有，有1 1

12、出出0”0”A AR R逻辑符号F FE EA AY Y1 1A AY Y波形图非门电路0 00 01 11 11 11 11 11 11 10 00 00 00 00 0第20页/共37页21A AF F0 01 11 10 0逻辑式：逻辑式：逻辑非逻辑非逻辑反逻辑反真值表：真值表：A AVR RY YR R+Ucc+Ucc非门电路与表达式第21页/共37页与或非门特定外形符号22A AB BY YA AB BY YA AY Y非逻辑符号或逻辑符号与逻辑符号第22页/共37页组合逻辑门电路233.4.3.4.与非逻辑与非逻辑与非门与非门（NANDNAND）逻辑符号A AB BY YC CY

13、YA AB BY YC C 与非：与非：条件条件A A、B B、C C 都具都具备，则备，则F F 不发生。不发生。逻辑关系逻辑关系为：为：“见见0 0出出1 1，全，全1 1得得0”0”Y Y=ABn ABn1 1逻辑表达式：逻辑表达式：第23页/共37页24A BA BY YY Y0 00 00 01 10 10 10 01 11 1 0 00 01 11 11 11 10 0真值表：真值表：门电路波形图：门电路波形图：B BA AYYY Y0 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 0 0 00 00 0 0 0 0 00 01 11 1 1 11 1 1

14、 11 11 1 1 11 11 1与非门表达式第24页/共37页3.5.3.5.或非逻辑或非门（NORNOR）25 或非或非：条件A A、B B、C C 任一具备，则F F不发生。逻辑关系为：“有1 1出0 0，全0 0出1”1”。逻辑符号A AB BY YC CY Y1 1A AB BY YC C1 111逻辑表达式：逻辑表达式：第25页/共37页26A BA BY YY Y0 00 00 01 10 10 11 10 01 1 0 01 10 01 11 11 10 0真值表：真值表：门电路波形门电路波形图：图：BA AYYY Y0 00 01 11 11 10 00 0或非门表达式第2

15、6页/共37页3.6.3.6.与或非门（AND-NORAND-NOR）271 1）逻辑关系为：输入端分别先与，然后再或，最后是非。“一组全1 1出0 0，各组有0 0出1”1”2 2）逻辑表达式：逻辑符号A AB BY Y3 3）真值表：略）真值表：略C CD D1 14 4）门电路波形图：略第27页/共37页3.7.3.7.异或门（EXCLUSIVE NOREXCLUSIVE NOR）28逻辑关系为：“同出0 0，异出1”1”逻辑表达式：逻辑符号A AB BY Y=1=1真值表：真值表：输入输入输出输出A AB BF F0 01 10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 0

16、第28页/共37页8.48.4集成门电路简介291.集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)集成电路就是把电路中的半导体器件、电阻、电容及导线制作在一块半导体基片(芯片)上，并封装在一个壳体内所构成的完整电路。数字集成电路就是用来处理数字信号的集成电路。2.集成电路的特点 与分立元件电路相比，集成电路具有重量轻、体积小、功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等优点。第29页/共37页集成门电路 目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。4.1TTL和CMOS集成电路的特点：(a)TTL集成电路工作速度

17、高、驱动能力强，但功耗大、集成度低；(b)MOS集成电路集成度高、功耗低，但工作速度略低，超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路。第30页/共37页TTL集成电路组成314.2.电路组成如图所示，它由输入级、中间级和输出级三部分组成。TTL集成与非门电路图及逻辑符号第31页/共37页TTL集成电路组成(1)输入级：输入级由多发射极管T1和电阻R1组成。其作用是对输入变量A、B、C实现逻辑与，从逻辑功能上看。(2)中间级：中间级由T2、R2和R3组成。T2的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为T3和T5的驱动信号。(3)输出级：输出级由T3、T4、T5和R4、R5组成，这种电路形式称为推

18、拉式电路。32第32页/共37页、TTL集成电路工作原理(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，T1的基极电位足以使T1的集电结和T2、T5的发射结导通。而T2的集电极压降可以使T3导通，但它不能使T4导通。T5由T2提供足够的基极电流而处于饱和状态。因此输出为低电平:UO=UOL=UCE50.3 V(2)输入至少有一个为低电平。当输入至少有一（A端）为低电平，即UIL=0.3V时，T1与A端连接的发射结正向导通，从图中可知，T1集电极电位UC1使T2、T5均截止，而T2的集电极电压足以使T3，T4导通。因此输出为高电平：UO=UOHUCC-UBE3-UBE

19、4=5-0.7-0.7=3.6 V33由此可见：输入全为时，输出为；输入有时，输出为。电路的输出与输入之间满足与非逻辑关系，即Y=ABC第33页/共37页集成门电路的主要参数34（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL。电压传输特性曲线截止区的输出电压为UOH，饱和区的输出电压为UOL。一般产品规定UOH2.4V，UOL0.4 V。（2）阈值电压Uth。电压传输特性曲线转折区中点所对应的输入电压为Uth，也称门槛电压。一般TTL与非门的Uth 1.4V。（3）关门电平UOFF和开门电平UON。保证输出电平为额定高电平（2.7V左右）时，允许输入低电平的最大值，称为关门电平UOFF。通常UOFF1V,一般产品要求UOFF0.8 V。保证输出电平达到额定低电平（0.3V）时，允许输入高电平的最小值，称为开门电平UON。通常UON1.4V，一般产品要求UON1.8 V第34页/共37页值得关注的汽车数字技术35防撞雷达系统全景监控影像HUD显示技术汽车检测第35页/共37页结束36电话：第36页/共37页37感谢您的观看。第37页/共37页