07汽车电学基础第七部分

汽车电学基础,第七部分,数字电路,情境一：数字电路基础,一、数字信号,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；另一类信号是电压“高”“低”间隔变化的脉冲式信号。,模拟信号和数字信号,按输出信号类型划分传感器,二、二进制,1.二进制数,人们日常生活中最常用的是十进制。十进制用09共10个数字来表示数量的大小。,2.二进制码,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。,8421BCD码代码表,三、常用逻辑门电路,1.与门,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。,2.或门,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。,3.非门,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。这种逻辑关系叫作逻辑非，也叫作逻辑求反。,4.与非门,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。,5.或非门,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。,逻辑与,与门的符号,常用与门集成电路引脚图,逻辑或,或门的符号,常用或门集成电路引脚图,逻辑非,非门的符号,常用非门集成电路引脚图,与非门的符号,常用与非门集成电路引脚图,与非门和或非门的真值表,或非门的符号,常用或非门集成电路引脚图,门锁控制系统的控制电路,（1）闭锁/开锁动作,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。,（2）防止键锁闭,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。,情境二：触发器,一、触发器,（1）基本RS触发器,基本RS触发器的主要优点是：结构简单，具有置0、置1和保持功能。存在的问题主要是：RS直接控制触发器的输出，即只要RS信号存在，触发器输出状态就会随之变化，导致电路抗干扰能力下降；R、S不能同时为1。,（2）同步RS触发器,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。,（3）RS型时钟触发器,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，都叫作RS型时钟触发器。它的特性表与基本RS触发器相同。,1.RS触发器,2.JK触发器,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，都叫作JK型时钟触发器。,3.D触发器,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，都叫作D型时钟触发器。,JK触发器,D触发器,情境三：脉冲产生电路,一、555时基电路,555时基电路是一种能够产生定时信号（或称时钟信号），能够完成各种定时或延时功能的中规模集成电路。,1.555的基本结构,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”,555内部结构图,555时基电路引脚图,555电路各项功能真值表,2.555时基电路特点,（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。,二、555时基电路的典型应用,1.555构成的单稳态触发器,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冲无关，仅决定于电路本身的参数。,555电路构成的单稳态触发器,555电路构成的单稳态触发器的工作波形图,发动机555转速表,2.555构成的多谐振荡器及其在汽车上的应用,555构成的多谐振荡器,555构成的多谐振荡器工作波形,（1）汽车转向灯闪光器,利用555定时器的输出端3接继电器J的线圈，使继电器按多谐振荡频率进行工作，继电器的触点接到转向灯的电源回路中，控制电源的通断，使转向灯按一定频率闪烁。,（2）汽车刮水器间隙控制器,用作刮水器间隙控制器时，由于刮水器电动机启动电流较大，因此在线路上增加电容C1与J1并联，以保护触点。,（3）汽车防盗报警器,驾驶员下车关好车门前，接通只有驾驶员本人才知道的电源开关S1，报警器便进入警戒状态。,555构成的汽车转向闪光器,555构成的刮水器间隙控制器,555构成的汽车防盗报警器,3.555构成的施密特触发器及其在汽车上的应用,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。,555构成的施密特触发器,555施密特触发器工作波形,前照灯光555自动变光器,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。,情境四：D/A和A/D转换电路,一、概述,随着数字电子技术迅猛发展和计算机的普及应用，各种数字系统日益广泛地用于各个领域，而自然界中出现的大量的物理量多是模拟量，例如语音信号、温度、压力、液位、流量等，通过传感器转换到的电压信号，都属于模拟信号，必须把这些模拟量转换为数字量，经过数字系统进行运算或处理，再将这些信号转换为模拟量，实现对被控制量的控制。,数字计算机控制系统框图,二、D/A转换电路,1.倒置R-2RT型网络D/A转换器,UREF为基准电压，D3、D2、D1、D0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。,四位倒置R-2RT型网络DAC,R-2RT型网络等效电路,2.DAC0832集成D/A转换器,DAC0830系列数模转换器包括DAC0830、DAC0831、DAC0832。它们可以相互替换，是具有双缓冲功能的数模转换器。,（1）功能与应用,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位缓冲寄存器和一个8位数模转换器组成，是20引脚双列直插式封装结构，能与MCS-51单片机直接接口。,DAC0832数模转换器引脚分布及内部结构图,主要特性如下：,8位分辨率,电流建立时间约为1s,直接数字输入、单缓冲输入或双缓冲输入,单一电源供电（+5+15V）,功耗200mW,三、A/D转换电路,1.逐次逼近型模数转换器,逐次逼近型模数转换器的工作原理，类似于用天平称量物体重量的过程。,逐次逼近型模数转换器原理框图,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。,各部分功能,D/A寄存器：又称作逐次逼近寄存器。,D/A转换器：它将来自数据寄存器中的数字量，转换为相应的模拟电压UO与被测电压UI进行比较。,电压比较器：电压比较器将D/A寄存器中的数据所对应的电压UO与输入电压UI比较，输出结果UO用于修改寄存器中的数据。,控制逻辑及时钟：控制逻辑及时钟就是一个环行移位寄存器构成的顺序脉冲发生器，它能在时钟脉冲作用下在不同输出端顺序发出正脉冲。,2.ADC0809集成A/D转换器,ADC0809集成模数转换器，其内部核心电路是逐次逼近型的8位A/D转换器。,（1）ADC0809模数转换器的内部结构及引脚功能,ADC0809集成模数转换器内部结构图,ADC0809模数转换器引脚分布图,分辨率为8位,最大不可调误差小于ULSB,可锁存三态输出，能与8位微处理器接口,输出与TTL兼容,不需要进行零点和满刻度调整,单电源供电，电源电压为5V,转换速率取决于芯片内部的时钟频率,ADC0809集成模数转换器的主要引脚功能如下,IN0IN78路模拟信号输人端。,START启动转换控制输入端，高电平有效，用于启动ADC0809内部的A/D转换。,ALE地址锁存使能端。,EOC转换结束信号输出端，在A/D转换期间输出低电平，转换结束时输出为高电平。,OE输出允许控制端，用于打开三态输出锁存器。,CLK时钟信号输入端，输入信号频率在10Hz1280kHz之间，一般接640kHz时钟脉冲信号。,A、B、C地址码输入端，用于选通IN0IN7中的其中一路模拟信号进行转换。,UREF+参考电压的正端，一般接5V。,情境五：汽车常用集成电路,一、电子调压器电路,1.线性集成调压器L485,2.汽车电子调压器专用集成电路MC3325,L485是SGS-Thomson公司生产的汽车电子调压器专用集成电路。,MC3325是美国Motorola公司生产的汽车电子调压器专用集成电路。,L485线性集成调压器组成的实际调压电路,MC3325集成电路引脚图,MC3325集成电压调节器的典型应用电路,二、电子点火电路,1.电子点火控制器L497,L497为双列直插式点火集成块，它有16个管脚。,L497集成块管脚,L497内部框图,电子点火控制器在桑塔纳轿车上的运用,2.MC3334高能电子点火电路,MC3334是美国Motorola公司生产的一种汽车用无触点高能电子点火专用集成电路。,MC3334引脚图,MC3334构成的高能电子点火电路的工作原理,三、闪光器电路,集成电路LD7208是用来取代机电式汽车闪光器的新型专用集成电路。由这种新型集成电路组装而成的汽车闪光器电路已大量地使用在客、货汽车上。,（1）LD7208的功能和特点,由LD7208组成的闪光器电路在汽车转弯时作闪光和报警之用。,（2）电路工作原理,LD7208集成电路采用双列8引脚塑封结构，其内部主要由输入检测器、电压检测器、振荡器和驱动输出电路四个部分组成。,LD7208内部结构方框图,LD7208典型应用电路图,1.汽车闪光器专用集成电路LD7208,输入检测器输入检测器是一个电压比较器，主要是用来检测LD7208输入电位的高低，从而输出控制信号去控制振荡器的工作状态。,振荡器电路振荡器电路主要由一个电压比较器和外接的RC网络构成。,电压检测器电路该电路主要是用来识别RX上电压降的大小，RX为几十毫欧的电阻丝。,控制驱动输出电路控制驱动输出电路主要由功率复合管所组成，信号从LD7208的3脚输出，用以驱动外接继电器的工作状态。,其他电路LD7208的6脚为内部输入检测器、电压检测器和振荡器的供电电源输入端；2脚为控制驱动电路的电源输入端；1脚与搭铁间所接的R1为反馈电阻，用以稳定电路的工作点。,2.闪光控制集成电路LM3909在汽车闪光器中的应用,LM3909是美国国家半导体公司生产的，专用于使发光二极管或白炽灯发光的集成电路，经常被用作LED闪光器。连接一定的外围元件后，可以作为汽车闪光器使用。它由汽车蓄电池供电，使额定电流为600mA的转向信号灯以1Hz的频率闪光。,LM3909的构成的闪光器电路,四、仪表显示专用集成电路,1.LM3914,LM3914集成电路是美国国家半导体公司生产的能检测模拟电平、驱动10位发光二极管LED进行线性模拟显示的单片集成电路，10级分压器浮动可以连接很宽的电压范围，使用者可根据需要使用柱状或点状显示选线接通或断开。,LM2907/2917为美国国家半导体公司生产的单片集成频率/电压转换器，芯片中包含了一个高增益的运算放大器/比较器，当输入频率达到或超过某一给定值时，输出可用于驱动开关、指示灯或其他负载。,2.LM2907/2917,模拟油压表的电路原理图,LM2917发动机转速表电路,五、汽车用音乐/语言芯片,1.SR8808,SR8808是一种三秒钟语言电路。集成电路生产厂家将语音固化在电路内，使用时只需外接一个电阻、一个电容及喇叭驱动电路即可。,2.WWS-888语音倒车警报器,WWS-888专用语音集成电路的语言输出端输出信号，送至功率放大电路LM386，推动扬声器发出“嘟嘟，请注意倒车！请注意倒车！”的警告声。,CW9561内部固化了救护车、消防车和警车等车辆报警声音，根据外部触点的不同触点发组合可以选取其中一种声音作为车辆报警音，所以它适用于多种特殊车辆。,3.CW9561音乐报警电路,SR8808的典型应用电路图,WWS-888语音倒车警报器电路,六、汽车密码锁电路5G058,5G058是CMOS低压低功耗电子密码锁专用集成电路。采用双列直插14脚封装，工作电压范围VDD=35V，静态空载电流最大5A。其特点是开锁必须遵照一定顺序键码输入，开锁时间可设置在某一固定值内，违反这些规定都不能开锁，还会产生声光报警。,CW9561语音报警电路,5G058集成电路构成的电子密码电路,情境六：课题实验,实验一汽油机喷油器驱动电路实验,一、实验目的,1.学习并掌握执行器功率接口电路的设计基本方法和电路参数匹配。,2.经过逻辑电路和功率电路的混合调试，进一步提高对于汽车电子机电结合的认识。,3.了解汽油机喷油器的喷油量的控制方式及影响因素等。,二、实验器材,凌凯汽车电学基础实验箱一台，EXCELV-252模拟示波器一台，音频信号发生器TAG-101一台。,三、实验原理,VCBO：100V,VCEO：100V,VEBO：5V,IC：6A,ICP：10A,IB：2A,PCM：65W,该喷油器驱动电路采用TIP41C作为核心功率驱动器件，TIP41C是一个中功率的NPN晶体三极管，其参数如下：,TIP41C封装形式,汽油机喷油器驱动实验电路图,四、实验步骤和内容,1.打开直流稳压电源，调至电源输出到12V左右，将电源插头插入实验箱上的电源插孔。,2.观察直流稳压电源上的电流显示，并记录下来（此时实验箱上的D1、D3喷油器动作指示灯应熄灭）。,3.调节音频信号发生器TAG-101，使其输出10Hz左右幅值最大的方波信号并接入到J6，即红色鳄鱼夹接J6，黑色鳄鱼夹接J26。,4.观察直流稳压电源上的电流显示，并记录下来。,5.用示波器观察J6和J7及J10对地（与J26）之间的波形，比较它们之间的相位有何不同，并记录到表中。,6.调整信号发生器输出信号的幅值，使其慢慢变小，直到听不到喷油器动作的声音，用示波器观察J6、J7和J10对地的波形，并记录到表中。,7.调整信号发生器输出信号的幅值，使其变到最大，慢慢提高输出信号的频率，到300Hz左右，感受一下在不同频率下，喷油器的动作敲击声有何差异，并记录此时J6、J7和J10对地波形到表中。,8.调整直流稳压电源输出的电压值，使其慢慢变小，至到听不到喷油器动作，记下此时电压值。,9.实验结束后，取掉音频信号发生器TAG-101的红色鳄鱼夹和黑色鳄鱼夹，拔掉实验箱电源接头，并将各仪器的电源关掉。,五、实验报告,1.真实报告测量结果，并计算单个喷油器工作时的电流大小和实测结果进行比较。,2.分析步骤6中信号发生器输出幅值变小时喷油器为什么不工作。,3.分析步骤5中J6、J7和J10对地波形的相位相差多少。,4.思考一下在实际汽车电路中影响喷油量的因素。,实验二转速信号测量处理实验,一、实验目的,1.掌握转速测量的基本原理和磁电式转速传感器信号处理的基本方法。,2.掌握四运放芯片LM324和施密特反相器74HC14的使用方法及工作特性。,3.掌握将正弦波信号转换到直流方波信号的工作原理。,二、实验器材,凌凯汽车电学基础实验箱一台，EXCEV-252模拟示波器一台，音频信号发生器TAG-101一台，高精度直流稳压电源一台，DT9208A数字万用表一台。,三、实验原理,本实验电路以四运放LM324和六施密特反相器71HC14为核心。,转速信号测量处理实验原理图,1.LM324四运放放大器内含四个特性相同的高增益，内补偿的单电源（也不可以是双电源）运算放大器，其功耗低，每个运放静态功耗约为0.8mA，但驱动电流可达40mA。,LM324主要参数：,（1）电压增益：100dB。,（2）单位增益带宽：1MHz。,（3）单电源工作范围：3V30VDC。,（4）双电源工作范围：1.516V。,（5）输入共调电流：550mA。,（6）输入偏宽电流：50150mA。,（7）输入共模电压范围：为电源提供的电压范围。,（8）输出电压幅度：0VVCC-1.5V。,（9）输出最大电流：40mA。,2.MC74HC14AN是安森美半导体公司生产的六施密特反相器，其特性如下：,（1）输出带负载能力：10个LSTTL。,（2）输出能直接和CMOS、NMOS和TTL电路连接。,（3）工作电源范围：26V。,（4）低输入电流：1.0A。,（5）良好噪音抑制特性。,四、实验内容及步骤,1.将直流稳压电源调节到12V输出，并接到实验箱电源插孔上。,2.用数字万用表测量J28对地之间的电压，并记录。,3.调节信号发生器TAG-101的频率转盘，使其输出1kHz左右的正弦波，衰减挡打到-20，将输出信号接到实验箱中，红色鳄鱼夹接J22，黑色鳄鱼夹接J40。,4.用示波器观察J22、J23、J27、J30、J29、J31、对地（J40）的波形，并记录到表中。,5.观察并计算最后输出的方波信号频率是不是和信号发生器输出的频率一致。,五、实验报告,3.思考一下磁电式转速传感器的处理是否也适用于霍尔式转速传感器，为什么？,1.真实填写测量结果。,2.根据测量结果分析电路的工作原理，理解每一个元件在电路中的作用并填写表。,元件表,实验三水箱水位过低报警实验,一、实验目的,1.学习并掌握用HEP4096六反相器构成多谐振荡器的原理和方法。,2.理解水箱水位过低报警电路的工作原理。,二、实验器材,凌凯汽车电学基础实验箱一台，EXCELV-250示波器一台、直流稳压电源一台，数字万用表DT9208A一台。,三、实验原理,电路中HEP4069UBP为六反相器，MK1为压电陶瓷蜂鸣器。R32为两根导线的引出端子，它延伸到水箱中但不能与水箱体接触。,水箱水位过低报警实验原理图,1.打开直流电源开关，调节电压输出旋钮，使其输出12V电压左右，并接到实验箱电源插孔中。,2.断开R32上的两根引线连接，这时应该听到蜂鸣器报警声，且D9和D14