數(shù)字電路在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用

汽車電工電子基礎(chǔ)項目五數(shù)字電路在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用項目描述本項目借助科魯茲汽車的門控控制系統(tǒng)把數(shù)字電路中的模擬和數(shù)字信號、數(shù)制與碼、基本邏輯門、邏輯符號、邏輯表達式、真值表等各種抽象且不易理解的知識點，用形象、實用的方式進行介紹。

一直以來，汽車都在不斷地向信息化與智能化方向發(fā)展，而汽車的信息化與智能化離不開各種數(shù)字電路的應(yīng)用。目前汽車的車輛上已出現(xiàn)越來越多的數(shù)字化元件，除了各系統(tǒng)所使用的電子控制模塊（ECM），其內(nèi)部全以數(shù)字方式處理信號之外，許多傳感器也制成能產(chǎn)生數(shù)字輸出信號。各種電子線路和微處理技術(shù)在汽車的控制中發(fā)揮著重要的作用。本項目主要介紹數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識及基本數(shù)字電路的簡單應(yīng)用。圖5-1所示數(shù)字電路在科魯茲汽車上的應(yīng)用。圖1-1數(shù)字電路在汽車的應(yīng)用

(a)電子制動控制模塊正面（b）電子制動控制模塊反面

（c）發(fā)動機控制模塊（d）車身控制模塊（K9）想一想：要讓圖5-1中科魯茲的電子制動控制模塊、發(fā)動機控制模塊和車身控制模塊這些設(shè)備工作起來，需要哪些條件？知識目標1）認識TTL與非門、或門和非門的外形和引出腳；2）掌握TTL與非門、或門和非門輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系。技能目標熟悉數(shù)字電路實驗的有關(guān)設(shè)施（電平開關(guān)、電平顯示等）的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法；2）熟悉TTL器件的使用規(guī)則；測試與非門、或門、非門功能。素養(yǎng)目標1）培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識；2）讓學(xué)生學(xué)會感恩，勇于接受工作任務(wù)的工作態(tài)度。任務(wù)一基本邏輯門電路的簡單應(yīng)用任務(wù)目標集成電路在汽車中的應(yīng)用越來越多，對汽車專業(yè)的學(xué)生來說，了解基本邏輯門的邏輯關(guān)系，并能對集成塊簡單測試是非常必要的。本任務(wù)主要通過對74LS00、74LS32和74LS04三個集成塊的功能測試，建立數(shù)字邏輯思維。任務(wù)描述圖5-2數(shù)字電路實驗箱任務(wù)準備1.數(shù)字電路實驗箱，如圖5-2所示:如圖5-3所示；74LS32，如圖5-4所示；74LS04，如圖5-5所示。圖5-374LS00圖5-474LS32圖5-574LS04任務(wù)實施2.74LS00做一做：對照圖5-6，各個小組觀察分配到的集成塊74LS00，將你觀察到的引腳排列情況記錄下來，與其他小組分享，并按下列操作完成接線要求。任務(wù)實施二、74LS00電路功能的測試（四個2輸入“與非”門）

圖5-674LS00引出端排列圖任務(wù)實施

1.認識74LS00引出端排列圖，如圖5-6所示。任務(wù)實施圖5-7連接地線

2.檢查實驗箱電源為關(guān)閉狀態(tài)，電平開關(guān)為低電平。將器件的引腳7與試驗箱的“地”連接，如圖5-7黑色連接線所示任務(wù)實施圖5-8連接邏輯電平顯示

3.將器件的第3端接八位邏輯電平顯示中任意一個，如圖5-8黃色連接線所示。任務(wù)實施4.將器件的第1端、第2端接八位電平開關(guān)中任意兩個，如圖5-9綠色連接線所示，用試驗臺的電平開關(guān)輸出作為被測器件的輸入，撥動開關(guān)，則改變器件的輸入電平。

圖5-9連接邏輯電平輸入5.將器件的引腳14與試驗箱的+5V連接，如圖5-10紅色連接線所示。任務(wù)實施圖5-10連接+5V電源9/22/20236.按真值表要求操作電平開關(guān)（做四次，即四個與非門功能都要測到），由教師示范1端、2端輸入與非門功能測試，學(xué)生測試其余三個與非門功能，將測試結(jié)果Y的狀態(tài)填入表5-2、5-3、5-4中。規(guī)定：開關(guān)撥上為“1”，開關(guān)撥下為“0”；發(fā)光二極管（LED燈）亮為“1”，暗為“0”。任務(wù)實施表5-11端、2端輸入測試結(jié)果任務(wù)實施9/22/2023任務(wù)實施當輸入端什么情況使輸出Y燈滅想一想：表5-24端、5端輸入測試結(jié)果2A輸入4腳2B輸入5腳2Y輸出（LED燈）6腳0下0下0下1上1上0下1上1上任務(wù)實施表5-39端、10端輸入測試結(jié)果3A9腳3B10腳3Y（LED燈）8腳0下0下0下1上1上0下1上1上任務(wù)實施表5-412端、13端輸入測試結(jié)果4A12腳4B13腳4Y（LED燈）11腳0下0下0下1上1上0下1上1上任務(wù)實施圖5-1174LS32引出端排列圖試一試：參照如下步驟方法，連接好線路，并做好記錄。1.認識74LS32引出端排列圖，如圖5-11所示。

任務(wù)實施三、74LS32電路功能的測試2.檢查實驗箱電源為關(guān)閉狀態(tài)，電平開關(guān)為低電平。將器件的引腳7與試驗箱的“地”連接，如圖5-12黑色連接線所示。圖5-12連接地線任務(wù)實施3.將器件的第3端接八位邏輯電平顯示中任意一個，如圖5-13黃色連接線所示。

圖5-13連接邏輯電平顯示任務(wù)實施4.將器件的第1端、2端接十六位電平開關(guān)中任意兩個，如圖5-14，用試驗臺的電平開關(guān)輸出作為被測器件的輸入，撥動開關(guān)，則改變器件的輸入電平。任務(wù)實施圖5-14連接邏輯電平輸入5.將器件的引腳14與試驗箱的+5V連接，如圖5-15紅色連接線所示。任務(wù)實施圖5-15連接+5V電源6.按真值表要求操作電平開關(guān)（做四次，即四個或門功能都要測到）任務(wù)實施由教師示范1端、2端輸入或門功能測試，學(xué)生測試其余三個或門功能，并將測試結(jié)果Y的狀態(tài)填入表格5-6、5-7、5-8中。表5-51端、2端輸入測試結(jié)果任務(wù)實施2A4腳2B5腳2Y（LED燈）6腳0下0下0下1上1上0下1上1上任務(wù)實施3A9腳3B10腳3Y（LED燈）8腳0下0下0下1上1上0下1上1上表5-774LS329腳、10腳輸入測試結(jié)果任務(wù)實施4A12腳4B13腳4Y（LED燈）11腳0下0下0下1上1上0下1上1上任務(wù)實施表5-874LS3212腳、13腳輸入測試結(jié)果四、74LS04電路功能的測試試一試：參照如下步驟方法，連接好線路，并做好記錄。1.認識74LS04引出端排列圖，如圖5-16所示。任務(wù)實施圖5-1674LS04引出端排列圖2.檢查實驗箱電源為關(guān)閉狀態(tài)，電平開關(guān)為低電平。將器件的引腳5-17與試驗箱的“地”連接，如圖13黑色連接線所示。圖5-17連接地線任務(wù)實施3.將器件的第2端接邏輯電平顯示，如圖5-18黃色連接線所示。圖5-18連接邏輯電平顯示任務(wù)實施4.將器件的第1端接十六位電平開關(guān)中任意一個，如圖5-19綠色連接線所示，用試驗臺的電平開關(guān)輸出作為被測器件的輸入，撥動開關(guān)，則改變器件的輸入電平。圖5-19連接邏輯電平輸入任務(wù)實施5.將器件的引腳14與試驗箱的+5V連接，如圖5-20紅色連接線所示。圖5-20連接+5V電源任務(wù)實施6.按真值表要求操作電平開關(guān)（做六次，即六個非門功能都要測到），由教師示范1端輸入非門功能測試，學(xué)生測試其余五個非門功能，并將測試結(jié)果Y的狀態(tài)填入表格中。任務(wù)實施任務(wù)實施2A輸入3腳2Y輸出（LED燈）4腳0下1上任務(wù)實施3A輸入5腳3Y輸出（LED燈）6腳0下1上4A輸入9腳4Y輸出（LED燈）8腳0下1上5A輸入11腳5Y輸出（LED燈）10腳0下1上6A輸入13腳6Y輸出（LED燈）12腳0下1上任務(wù)實施檢測評價如表5-15所示；表5-15檢測評價檢測評價檢測評價如表5-15所示；表5-15檢測評價檢測評價電子電路所傳遞和處理的電信號有兩類：一類是模擬信號；另一類是數(shù)字信號。處理模擬信號的電路是模擬電路；處理數(shù)字信號的電路是數(shù)字電路。數(shù)字電路具有抗干擾能力強、能耗低、便于集成等優(yōu)點，因此發(fā)展迅猛，在汽車電子電路中，電信號主要在傳感器、ECU及執(zhí)行器之間傳遞。知識鏈接一、模擬信號和數(shù)字信號模擬顯示數(shù)據(jù)是指通過直接與數(shù)據(jù)成比例的連續(xù)變化物理量進行表示。例如：指針式測量儀器，水銀溫度計，指針式時鐘。如圖5-21所示。2.數(shù)字信號“數(shù)字”就是指可以用幾個手指就算清的所有事務(wù)，更確切的說，就是分為各個獨立階段的所有事務(wù)。如圖5-22所示。知識鏈接1.模擬信號知識鏈接（一）數(shù)制數(shù)制是數(shù)的表示方法，計算機技術(shù)采用了三種重要的數(shù)字系統(tǒng)：十進制、二進制和十六進制數(shù)字系統(tǒng)，最常用的數(shù)制是十進制，在計算機和數(shù)字通信中二進制更加適用。知識鏈接二、數(shù)制和碼制十進制是一種常用的阿拉伯數(shù)字系統(tǒng)。這種數(shù)字系統(tǒng)以10為基數(shù)。十進制數(shù)采用0、1、2、……、9十個基本數(shù)碼，按照一定規(guī)律排列來表示數(shù)值大小，數(shù)碼的個數(shù)稱為數(shù)基，所以十進制運算規(guī)則是“逢十進一，借一當十”，故稱十進制。知識鏈接1.十進制數(shù)例如：十進制數(shù)56知識鏈接以汽車電腦為例，任何傳感器所傳送來的信號，不論是模擬或數(shù)字信號，都經(jīng)過電腦內(nèi)部轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)后，例如10010110，再做處理。二進制數(shù)僅有0和1兩個不同的數(shù)碼。運算規(guī)則為“逢二進一，借一當二”。知識鏈接

2.二進制數(shù)二進制的每一位數(shù)字只有“0”或“1”兩種可能，容易用電路狀態(tài)來表達。例如三極管截止時，其輸出為“0”；飽和導(dǎo)通時，其輸出為“1”；輸入脈沖的低電平為“0”；高電平為“1”；車燈亮起為“1”；繼電器已斷開為“0”；供電為“1”等等。若用0表示高電平，用1表示低電平，則成為負邏輯，本書均采用正邏輯，圖5-23所示二進制的高電平和低電平。知識鏈接十六進制用于縮短二進制字符。兩個十六進制數(shù)字可表示八位二進制數(shù)字。知識鏈接

3.十六進制在數(shù)字電路中的二進制數(shù)碼不僅用來表示數(shù)量的大小，還可表示各種文字、符號、圖形等非數(shù)值信息，通常把表示文字、符號等信息的多位二進制數(shù)碼叫代碼，如運動場上運動員的編號，它僅表示和運動員之間的對應(yīng)關(guān)系，而無數(shù)值大小的含義。建立這種代碼與文字、符號或其它特定對象之間一一對應(yīng)關(guān)系的過程，稱為編碼。知識鏈接（二）碼制人們習(xí)慣使用十進制數(shù)碼，所以就產(chǎn)生了用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)的計數(shù)方法，這種用于表示十進制數(shù)的二進制代碼稱為二-十進制編碼（簡稱BCD碼）。其中8421BCD碼使用最多，其含義如表5-1所示，從表中5-16可以看出，十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為4位二進制數(shù)時，其位權(quán)從高到低，依次是8、4、2、1，因此稱其為8421BCD碼。知識鏈接知識鏈接知識鏈接汽車電路圖中的高電平和低電平，輸出電壓=VCC就是高電平，輸出電壓=GND（一般是0V）就是低電平，分別用“1”和“0”來表示，這是理想值，但實際上它有一個范圍，2.4V以上為“1”，而0.3V一下為“0”。想一想：數(shù)字電路也稱為邏輯電路。門電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯門，它指的是能實現(xiàn)一定因果關(guān)系的單元電路。在數(shù)字電路中，有三種最基本的邏輯關(guān)系：與邏輯、或邏輯和非邏輯。對應(yīng)的邏輯門為與門、或門和非門，這三種邏輯門是構(gòu)成各種復(fù)合邏輯門及復(fù)雜邏輯電路的基礎(chǔ)。知識鏈接三、基本邏輯門實現(xiàn)與邏輯關(guān)系的電路稱為與門。用A和B代表兩個開關(guān)，假設(shè)閉合為1，不閉合為0；表征邏輯事件輸入和輸出之間全部可能狀態(tài)的表格，稱為真值表。知識鏈接1.與門邏輯表達式：Y=A·B=AB上式讀作Y等于A與B。與邏輯關(guān)系可總結(jié)為：全1出1，有0出0。知識鏈接1.與門實現(xiàn)或邏輯關(guān)系的電路稱為或門。用2個并聯(lián)開關(guān)控制一盞燈，或邏輯控制電路如圖5-26所示，或邏輯功能表如表5-19所示。知識鏈接2.或門邏輯表達式：Y=A+B上式讀作Y等于A或B?；蜻壿嬯P(guān)系可總結(jié)為：全0出0，有1出1。知識鏈接2.或門實現(xiàn)非邏輯關(guān)系的電路稱為非門。用1個開關(guān)控制一盞燈，非邏輯控制電路如圖5-28所示，非邏輯功能表如表5-21所示。知識鏈接3.非門邏輯表達式：上式讀作Y等于A非（或A反）非邏輯關(guān)系可總結(jié)為：輸入為1，輸出為0；輸入為0，輸出為1。知識鏈接3.非門集成T