任務(wù)五 汽車水箱水位過低報警器的制作

1、任務(wù)五任務(wù)五 汽車水箱水位過低報汽車水箱水位過低報警器的制作警器的制作一、一、 數(shù)字電路基本知識數(shù)字電路基本知識 （一）數(shù)字信號（一）數(shù)字信號（a）矩形波 （b）尖頂波圖5-1數(shù)字信號圖圖5-2 實際的矩形波實際的矩形波圖圖5-3 正脈沖和負脈沖正脈沖和負脈沖（二）數(shù)制（二）數(shù)制 數(shù)值可以表示長度、質(zhì)量、表示數(shù)值大小的各種計數(shù)方法，最常用的是十進制，它有1，2，39十個數(shù)碼，用來組成不同的數(shù)，稱為計數(shù)體制，簡稱數(shù)制。在數(shù)字電路中采用二進制，還有八進制和十六進制。1二進制二進制 （1）有兩個數(shù)碼：1和0。它們與電路的兩個狀態(tài)（開和關(guān)、電平高和低）直接對應(yīng)。 （2）進位規(guī)則：逢二進一。1+1=10

2、2二進制轉(zhuǎn)換為十進制二進制轉(zhuǎn)換為十進制 按權(quán)展開，再求各位數(shù)值之和。 例：（11011）2=124+123+022+121+120=（27）103十進制轉(zhuǎn)換為二進制十進制轉(zhuǎn)換為二進制 除二取余法。 將十進制數(shù)連續(xù)除以2，并依次記下余數(shù)，一直除到商為0為止。 以最后所得的余數(shù)為最高位，依次從后向前排即為轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的二進制數(shù)。（28）10=（11100）2（三）（三）編碼碼 數(shù)字系統(tǒng)中的信息，除數(shù)據(jù)外還包括文字、符號和各種對象、信號等。用數(shù)字或某種文字和符號來表示某一對象或信號的過程就稱為編碼。 1二二十進制編碼（十進制編碼（BCD碼）碼） 在數(shù)字電路中一般采用二進制數(shù)。用二進制數(shù)表示十進制數(shù)的編

3、碼方式，稱為二十進制編碼，即BCD碼。用一組（4位）二十進制碼表示一位十進制數(shù)。 表表5-1 幾種常用的二十進制碼幾種常用的二十進制碼2字符碼字符碼 目前廣泛應(yīng)用的表示字母、符號的二進制代碼是ASCII碼。 ASCII碼采用7位二進制數(shù)編碼，可以表示128個字符。 3其他代碼其他代碼 在數(shù)字系統(tǒng)中，任何信息包括各種特定的對象、信號等都要轉(zhuǎn)化為二進制代碼來代理。二、門電路二、門電路 （一）基本邏輯關(guān)系（一）基本邏輯關(guān)系 在數(shù)字邏輯電路中，只有兩種相反的工作狀態(tài)在數(shù)字邏輯電路中，只有兩種相反的工作狀態(tài)高電平、高電平、低電平，分別用低電平，分別用“1”和和“0”表示。當用表示。當用“1”表示高電平、

4、表示高電平、“0”表示低電平時，稱正邏輯關(guān)系，反之稱為負邏輯關(guān)系表示低電平時，稱正邏輯關(guān)系，反之稱為負邏輯關(guān)系 數(shù)字電路中的基本邏輯關(guān)系有三種：數(shù)字電路中的基本邏輯關(guān)系有三種：“與與”、“或或”、“非非”。相應(yīng)的，基本門電路有。相應(yīng)的，基本門電路有“與門與門”、“或門或門”、“非門非門”。 （二）基本門電路（二）基本門電路1 1與門電路與門電路（a a）電路）電路 （b b）邏輯符號）邏輯符號圖圖5-4 5-4 二極管與門二極管與門表5-2與門輸入輸出電壓的關(guān)系表5-3與邏輯真值表常用與門電路有四2輸入與門74LS08和CD4081 2或門電路或門電路（a）電路 （b）邏輯符號圖5-6 二極管

5、或門圖5-7 常用或門電路3非門電路非門電路 非門電路又稱反相器，圖5-8是由三極管組成的非門電路。設(shè)輸入信號為+5V或0V。此電路只有以下兩種工作情況。（a）電路 （b）邏輯符號圖5-8 三極管非門 表5-6 非邏輯真值表 常用的非門電路有74LS04和CD4069。如圖5-9所示圖5-9 常用非門電路（三）復(fù)合門電路（三）復(fù)合門電路 由與門、或門、非門經(jīng)過簡單的組合，可構(gòu)成另一些常用的復(fù)合邏輯門，如“與非門”、“或非門”、“異或門”等。1與非門與非門 “與”和“非”的復(fù)合運算（先求“與”，再求“非”）稱“與非”運算。實現(xiàn)與非復(fù)合運算的電路稱為與非門。 圖5-10 與非門邏輯符號表5-7 與

6、非門邏輯狀態(tài)表 與非門的邏輯表達式為：_BAL 74LS00是一種典型的與非門器件，內(nèi)部含有4個2輸入端與非門，共有14個引腳，引腳排列圖如圖5-11所示。 圖5-11 74LS00 引腳排列圖2或非門或非門 實現(xiàn)“或非”復(fù)合運算的電路稱為或非門。 （a）電路 （b）邏輯符號圖5-12 三極管非門 表5-8 或非門邏輯狀態(tài)表 或非門的邏輯表達式為：_BAL3異或門異或門 式 的邏輯運算稱異或運算。 記作BABAL_BAL圖5-13 異或門邏輯符號 表5-9異或門邏輯狀態(tài)表三、三、 組合邏輯電路組合邏輯電路 邏輯電路按功能分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。將基本邏輯門電路組合起來，就構(gòu)成組合

7、邏輯電路，簡稱組合電路。 它的特點是：任意時刻輸出狀態(tài)僅取決于該時刻輸入信號的狀態(tài)，而與前一時刻電路的狀態(tài)無關(guān)。也就是說，組合邏輯電路不具有記憶功能。 （一）邏輯代數(shù)（一）邏輯代數(shù) 邏輯代數(shù)是分析和設(shè)計數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具，又叫布爾代數(shù)。邏輯代數(shù)中只有“1”、“0”兩個值，只進行邏輯乘（與）、邏輯加（或）和求反（非）三種基本運算。1邏輯代數(shù)運算法則邏輯代數(shù)運算法則表5-10 邏輯代數(shù)的基本公式 例5-1 證明吸收律 證明： 表中的公式還可以用真值表來證明，即檢驗等式兩邊函數(shù)的真值表是否一致。 BABAABAAABBBABABAABABBABAABBABBABAA)()()(例5-2用真值表證明反

8、演律 和 分析：分別列出兩公式等號兩邊函數(shù)的真值表即可得證，見表5-11和表5-12 證明： BAABBABABAAB表5-11 真值表 證明： BABA 表5-12 真值表反演律又稱摩根定律，是非常重要又非常有用的公式，它經(jīng)常用于邏輯函數(shù)的變換，以下是它的兩個變形公式，也是常用的。BAABBABA（二）邏輯函數(shù)的化簡（二）邏輯函數(shù)的化簡 1邏輯函數(shù)式的常見形式邏輯函數(shù)式的常見形式2最簡與最簡與或表達式的標準或表達式的標準 （1）與項最少，即表達式中“+”號最少。 （2）每個與項中的變量數(shù)最少，即表達式中“ ”號最少。3用代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)用代數(shù)法化簡邏輯函數(shù) 用代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)，就是直接利

9、用邏輯代數(shù)的基本公式和基本規(guī)則進行化簡。代數(shù)法化簡沒有固定的步驟，常用的化簡方法有以下幾種。（1）并項法）并項法 運用公式，將兩項合并為一項，消去一個變量。如（2）吸收法）吸收法 運用吸收律消去多余的與項。如（3）消去法）消去法 運用吸收律消去多余的因子。如（4）配項法）配項法 先通過乘以或加上，增加必要的乘積項，再用以上方法化簡。如：(三三)組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析 組合邏輯電路的分析是指分析實際構(gòu)成的邏輯電路的作用，判斷其邏輯功能。組合邏輯電路用基本邏輯符號表示，稱為邏輯電路圖。 分析組合邏輯電路其一般步驟為： 已知邏輯圖逐級寫出邏輯表達式寫出總邏輯表達式并化簡或變換轉(zhuǎn)化列出邏

10、輯狀態(tài)表分析確定邏輯功能。 例例5-3組合電路如圖5-16所示，分析該電路的邏輯功能。圖5-16 例5-3電路圖 解：（1）由邏輯圖逐級寫出邏輯表達式。為了寫表達式方便，借助中間變量P （2）化簡與變換。因為下一步要列真值表，所以要通過化簡與變換，使表達式有利于列真值表，一般應(yīng)變換成與或式或最小項表達式。 表5-13真值表 （3）由表達式列出真值表，見表5-13。經(jīng)過化簡與變換的表達式為兩個最小項之和的非，所以很容易列出真值表。 （4）分析邏輯功能 由真值表可知，當A、B、C三個變量不一致時，電路輸出為“1”，所以這個電路稱為“不一致電路”。 上例中輸出變量只有一個，對于多輸出變量的組合邏輯電

11、路，分析方法完全相同。四、典型組合邏輯電路四、典型組合邏輯電路 （一）加法器（一）加法器 加法器是用以實現(xiàn)二進制數(shù)加法運算的組合電路。 1半加器半加器 所謂半加，就是不考慮低位運算的進位數(shù)，只求本位的和。 設(shè)A、B兩數(shù)相加，和數(shù)為S，進位數(shù)為C，則其邏輯狀態(tài)表為表5-14。表5-14 半加器邏輯狀態(tài)表（a）半加器邏輯圖 （b）半加器邏輯符號圖5-17 半加器邏輯圖及邏輯符號2全加器全加器 當多位數(shù)相加時，半加器可以用于最低位數(shù)求和，高位相加須用全加器。“全加”是指被加數(shù)、加數(shù)的本位數(shù)Ai、Bi和低位加法運算的進位數(shù)Ci-13個數(shù)的相加運算。 （a）邏輯圖 （b）邏輯符號圖5-18 全加器邏輯圖

12、及邏輯符號表5-15 全加器邏輯狀態(tài)表（二）編碼器（二）編碼器 用文字、符號或數(shù)碼表示特定對象的過程稱為編碼，如郵政編碼、身份證號碼、汽車牌號等。1二進制編碼器二進制編碼器 用n位二進制代碼對2n個信號進行編碼的電路稱為二進制編碼器。n位二進制數(shù)可對N2n個信號進行編碼。表5-16 編碼器真值表輸入輸出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

13、 0 01 0 1 0 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 用門電路實現(xiàn)邏輯電路 圖5-19 3位二進制編碼器2二二十進制編碼器十進制編碼器 二十進制碼由四位數(shù)組成。 表5-17 8421BCD碼編碼器真值表邏輯圖 圖5-20 8421BCD碼編碼器邏輯圖3優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器 表5-18 74LS148優(yōu)先編碼器真值表（三）譯碼器（三）譯碼器 譯碼是編碼的逆過程，即將二進制碼按編碼時的原意，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信息狀態(tài)。 實現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。1二進制譯碼器二進制譯碼器表5-19 兩位二進制譯碼真值表 將二進制代碼譯成對應(yīng)輸出信號的數(shù)字電路，稱為二

14、進制譯碼器。（1）列出譯碼器的狀態(tài)表。輸入、輸出與編碼器相反。（2）由狀態(tài)表寫出邏輯表達式 （3）由邏輯式畫出邏輯圖，如圖5-21所示圖5-21 2線-4線譯碼器邏輯圖2二二十進制譯碼器十進制譯碼器 二十進制譯碼器是將4位BCD代碼譯成10個高、低電平輸出信號，又稱4線10線（4/10）譯碼器。圖5-22 74LS42二十進制譯碼器3顯示譯碼器顯示譯碼器 數(shù)字譯碼顯示電路一般由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等組成。 最常用的顯示譯碼器是直接驅(qū)動數(shù)碼管的七段顯示譯碼器。（a）顯示器 （b）段組合圖圖5-23 七段數(shù)字顯示器及發(fā)光段組合圖按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種。 （a）共

15、陽極接法 （b）共陰極接法圖5-24 半導(dǎo)體數(shù)字顯示器的內(nèi)部接法表5-20 8421 七段譯碼器譯碼表（共陽極LED）五、時序邏輯電路五、時序邏輯電路 輸出狀態(tài)不僅取決于當時的輸入狀態(tài)，還與電路的原來狀態(tài)有關(guān)，也就是說，時序邏輯電路具有記憶功能。 組合電路的基本單元是門電路，時序電路的基本單元是觸發(fā)器。（一）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 （1）電路結(jié)構(gòu)（a）邏輯圖 （b）邏輯符號圖5-25 與非門組成的基本RS觸發(fā)器（2）邏輯功能表 表5-21 基本觸發(fā)器的工作狀態(tài)表 觸發(fā)器的新狀態(tài)Qn+1（也稱次態(tài)）不僅與輸入狀態(tài)有關(guān)，也與觸發(fā)器原來的狀態(tài)Qn（也稱現(xiàn)態(tài)或初態(tài)）

16、有關(guān)。 觸發(fā)器的特點： 有兩個互補的輸出端，有兩個穩(wěn)態(tài)。 有復(fù)位（Q=0）、置位（=1）、保持原狀態(tài)三種功能。 R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，該電路為低電平有效。 由于反饋線的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效信號只須作用很短的一段時間。即“一觸即發(fā)”。（二）可控（二）可控RS觸發(fā)器觸發(fā)器 具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖同步，所以稱為可控觸發(fā)器。 1可控RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu) （a）邏輯圖 （b）邏輯符號圖5-26 可控RS觸發(fā)器2邏輯功能 當CP0時，控制門G3、G4關(guān)閉，都輸出1。這時，不管R端和S端的信號如何變化，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。 當CP1時，G3、G4打開，R、S端的輸

17、入信號才能通過這兩個門，使基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號決定。表5-22 可控RS觸了器的功能表（三）（三）JK觸發(fā)器觸發(fā)器 表5-23 JK觸發(fā)器的功能表 圖5-27JK觸發(fā)器的邏輯符號 例例5-4設(shè)主JK觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，已知輸入J、K的波形圖如圖5-28，畫出輸出Q的波形圖。 解：如圖5-28所示。圖5-28 例5-4波形圖（四）（四）D觸發(fā)器觸發(fā)器圖5-29 D觸發(fā)器的邏輯符號表524 D觸發(fā)器的功能表 六、寄存器六、寄存器 （一）數(shù)碼寄存器（一）數(shù)碼寄存器圖5-30 數(shù)碼寄存器（二）移位寄存器（二）移位寄存器 移位寄存器不僅具有存放數(shù)碼的功能，而且還有移

18、位的功能。所謂移位就是每當一個時鐘脈沖到來時觸發(fā)器的狀態(tài)向左或向右移一位。 表5-25 移位寄存器狀態(tài)表七、計數(shù)器七、計數(shù)器 （一）二進制計數(shù)器（一）二進制計數(shù)器圖5-32 4位異步二進制加法計數(shù)器的邏輯圖 圖5-33 圖5-31電路的時序圖圖5-34 圖5-31所示電路的狀態(tài)圖（二）十進制計數(shù)器（二）十進制計數(shù)器 表5-26 十進制計數(shù)器狀態(tài)表圖5-35 8421BCD碼同步十進制加法計數(shù)器的邏輯圖八、八、555定時器定時器 1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理 （1）555定時器的電路結(jié)構(gòu)（a）原理圖 （b）電路符號圖5-37 555定時器的電氣原理圖和電路符號25

19、55定時器的功能表定時器的功能表 表5-27 555定時器功能表3555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用（a）多諧振蕩器 （b）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （c）施密特觸發(fā)器圖5-38 555定時器的應(yīng)用（二）由（二）由555組成的汽車電路組成的汽車電路圖5-39 555組成的汽車前大燈自動閃爍控制電路任務(wù)實施:汽車水箱水位過低報警器的制作汽車水箱水位過低報警器的制作 一、電路原理與分析一、電路原理與分析 （一）電平控制蜂鳴器電路（一）電平控制蜂鳴器電路圖5-40 電平控制蜂鳴器電路（二）汽車水箱水位過低報警器電路（二）汽車水箱水位過低報警器電路及工作原理及工作原理 該報警器由銅棒探測器、六非門CO33（IC）、發(fā)光二極管LED、壓電陶瓷片HTD、電源等組成。 圖5-41汽車水箱水位報警器電路三、元件清單、設(shè)備與測試儀表三、元件清單、設(shè)備與測試儀表 1元件清單： CD4069六反相器，壓電陶瓷蜂鳴器(型號為HTD-27A-1)，一根銅線（直徑2mm的漆包線），82K電阻1個，47K電阻1個，1K電阻1個，0.01mF電容1個、發(fā)光二極管紅/綠各1只，導(dǎo)線若干。 2測試儀表：萬用表、示波器。四、操作步驟四、操作步驟 1各個組長領(lǐng)取產(chǎn)品材料，并分配下發(fā)組內(nèi)成員任務(wù)。 2識別元件并利用萬用表檢測其質(zhì)量好壞； 3選用工具、正確安裝各個元件，注意合理擺放元件及工具； 4各小組討論電路的元件布局是否合理