《数字电子技术》课件-项目7 综合实践与创新创业应用

数字电子技术专创融合课程导入大疆无人机的飞控系统大疆创新科技有限公司，在无人机领域取得了巨大的成功。其无人机的飞控系统，大量运用了数字电子技术。大疆无人机的飞控系统提高数字信号处理的精度和速度，以实现更稳定的飞行性能，在数字电路应用中，要注重核心技术的研发，不断优化电路设计，以满足产品高性能的需求。大疆通过创新的商业模式，将无人机应用于航拍、农业、测绘等多个领域，拓宽了市场，这也表明，基于数字电子技术的产品，需要挖掘多样化的应用场景，来创造更多的商业价值。小米手环的心率检测功能（1）采用了光电传感器，传感器采集到的光信号，经过模拟前端电路处理后，转换为数字信号。（2）通过低功耗的数字电路芯片，进行算法处理，以准确计算心率数据。（3）数字电路，在实现与手机等设备的蓝牙通信方面，也发挥了重要作用（4）将数据传输到手机APP上，进行显示和进一步分析。小米手环的心率检测功能学习小米在数字电路集成化，和低功耗设计方面的经验，以降低产品成本，提高产品的市场竞争力。小米通过将数字电子技术，与健康管理概念相结合，打造了一个围绕用户健康数据的，生态系统。展示了如何通过创新的产品理念，将数字电子技术与其他领域相融合，来开拓新的市场。创新创业背景的数字电子技术应用案例1生理信号检测与处理数字电子技术在生物医学工程中广泛应用于生理信号（如心电、脑电、肌电等）的检测和处理。生理信号检测与处理通过模拟放大电路进行放大，然后利用模数转换器将模拟信号转换为数字信号。数字信号处理器或微控制器中的数字电路对这些数字信号进行滤波、去噪、特征提取等操作。通过数字电子实现的算法能够更精准地检测出心律失常、心肌缺血等病症。生理信号检测与处理创业者可以针对现有生理信号检测设备的不足，利用数字电子技术的发展进行创新。数字电子技术数字电子技术

植入式医疗设备如心脏起搏器、植入式神经刺激器等依赖数字电子技术来实现功能。心脏起搏器中的数字电子能够根据患者的心率情况，精确地发出电脉冲刺激心脏跳动。在植入式神经刺激器中，数字电子将外部控制信号转换为适当的电刺激信号，作用于神经组织，用于治疗帕金森病、癫痫等神经系统疾病。数字电子技术植入式医疗设备是一个高科技、高附加值的领域。创业者可以关注如何提高这些设备的可靠性、安全性和智能化水平。利用新型数字电子材料和低功耗设计技术，延长设备的电池寿命；开发可远程调控的植入式医疗设备，提高患者的生活质量并降低医疗成本。创新创业背景的数字电子技术应用案例2互动式艺术装置在互动式灯光艺术装置中，通过数字电路中的传感器感知观众的动作、位置等信息，然后将这些信息转换为数字信号，微控制器根据预设的程序对这些信号进行处理，从而控制灯光的颜色、亮度、闪烁模式等。01互动式艺术装置在互动式雕塑作品中，数字电子可以实现声音、影像与实体雕塑的交互，例如当观众靠近雕塑时，雕塑内部的数字电子系统触发播放特定的音乐或显示相关的影像内容。02互动式艺术装置艺术家和创业者可以合作，利用数字电子技术创造出独特的艺术体验产品。数字媒体艺术创作在数字绘画软件中，图形处理算法基于数字电子的运算能力实现对图像的绘制、编辑和特效处理。在视频制作软件中，数字电子技术用于视频编码、解码、特效合成等操作。数字电子还在数字音频处理方面发挥作用，如实现声音的采样、量化、混音等功能。数字媒体艺术创作创业者可以针对数字媒体艺术创作者的需求，开发更高效、易用的创作工具。利用新兴的数子电路技术（如量子计算的潜力，如果未来可应用于艺术创作）开发具有超高速渲染能力的动画制作软件；开发基于区块链和数子电路技术的数字艺术作品版权保护平台，确保艺术家的权益并促进数字艺术市场的健康发展。数字电路技术与其他技术结合应用于创新创业中构建智能监测系统环境监测01数字电路技术与传感器结合，在环境监测领域发挥重要作用，传感器将环境物理量转换为电信号。信号转换02模数转换电路将这些模拟电信号转换为数字信号，微控制器或数字信号处理器对这些数字信号进行处理、分析和存储。智能家居03智能家居系统中，这种结合方式实现对室内环境的智能监测，当温度过高或有害气体浓度超标时，触发报警装置或自动控制相关设备进行调节。实现医疗健康监测心率监测在医疗健康领域，数字电路与生物传感器相结合，生物传感器采集人体的生理信号，数字电路将这些信号转换为数字形式后，运用数字算法进行信号处理。01健康监测设备可穿戴式健康监测设备就是利用这种结合方式，实时监测人体的健康指标，并通过数字电路的通信功能将数据传输到手机或云端服务器，为用户提供健康分析报告和医疗建议。02物联网应用数字电路与物联网数字电路技术与无线通信技术结合，负责物联网设备的数据采集、处理与控制，通过通信技术将数据传输至远程服务器，实现智能化管理。智能物流与定位智能物流系统中，货物传感器采集位置、温度、湿度等信息，通过ZigBee或5G等技术发送至物流管理中心，实现货物的实时监控和精准管理。物联网应用数字电路控制家电，结合Wifi或蓝牙，用户可通过手机APP远程操控；如灯光、窗帘、空调等，实现智能家居的便捷控制。数字电路与工业以太网或4G/5G结合，实现工业设备的远程监控、故障诊断和控制指令传输；如工厂机器人、机床等。数字电路与智能家居数字电路与工业自动化嵌入式系统开发数字电路与软件融合在嵌入式系统中，数字电路（如微控制器、FPGA等）与软件技术实现深度融合，软件程序被写入数字电路芯片中，以实现特定的功能。数字电路应用实例汽车ECU提升性能，数字电路芯片（如汽车的电子控制单元ECU）运行专门的软件程序，控制发动机的燃油喷射、点火时间等参数，提升汽车性能与燃油经济性。智能安防新功能智能安防摄像头实现智能监控，数字电路与嵌入式软件相结合，实现图像采集、视频编码、运动检测等功能，为智能安防领域注入新活力。算法优化与数据处理0102数字电路优化数据处理数字电路技术与软件算法相结合可以优化数据处理过程，如GPU、TPU等为深度学习算法提供强大的计算能力，加速矩阵、卷积运算。软件算法数字电路优化深度学习算法可针对数字电路特性进行优化，如针对特定数字电路芯片的架构调整算法结构，以增强算法的执行效率与数字电路利用率。新能源发电管理数字电路与新能源：在太阳能光伏发电系统中，数字电路技术与新能源技术相结合，提升充电和放电过程的控制精度。功率电子与MPPT：功率电子器件通过数字电路的控制算法，实现最大功率点跟踪，提高大阳能发电系统的发电效率。风力发电控制：在风力发电系统中，数字电路用于控制风力发电机的转速、功率输出等参数，确保风力发电系统稳定、高效运行。新能源发电管理

数字电路与BMS在新能源汽车领域，数字电路与电池技术相结合实现电池管理系统，实时监测电池电压、电流、温度等参数。芯片与电池监测电池监测芯片、微控制器等芯片通过软件算法评估电池健康状态(SOH)和剩余电量(SOC)，确保电池安全高效运行。充放电管理与保护数字电路还负责控制电池的充放电过程，防止电池过充、过放，延长电池使用寿命，提高新能源汽车安全性和可靠性。数字技术创想课堂2案例概述案例概述

Nest公司推出的智能恒温器通过数字电子技术实现了智能化的温度控制，内部数字电路集成了温度传感器、微处理器等部件。温度传感器采集室内温度并转换为数字信号，微处理器根据预设的温度范围和用户习惯来控制加热或制冷设备的开启和关闭。Nest智能恒温器还通过数字电路实现Wi

-

Fi通信功能，用户可以通过手机APP远程控制恒温器。案例概述Nest的创新之处在于将数字电路技术与用户体验和节能理念相结合。创业者在智能家居领域可以学习其如何利用数字电路实现产品的智能化和人性化设计。Nest通过数字电路技术的创新提高了能源利用效率。案例概述案例概述

Philips

Hue智能照明系统采用数字电路技术实现对灯光的智能控制。每个灯泡内部都有数字电路模块，可接收来自桥接器的控制信号。用户可以通过手机APP或语音控制设备来调整灯光的颜色、亮度等参数。案例概述创业者可以借鉴其将数字电路与新兴通信技术和智能控制技术相结合的模式，开发更多样化的智能家居照明产品。01该产品通过数字电路实现个性化的灯光效果，满足了不同用户的审美和生活需求，提示创业者在智能家居产品设计中要注重用户个性化需求的挖掘。02三人表决器电路三人表决器实现的逻辑功能有三个输入，当有两个以上的输入为“同意”时，输出也是“同意”，即少数服从多数。交通信号灯监控电路交通信号灯监控电路的功能当只有一个指示灯亮时，说明交通信号灯正常运行；如果指示灯出现全部亮或全不亮的情况，或者某两个指示灯同时亮，说明交通信号灯有故障情况。竞猜游戏投票器电路竞猜游戏投票器电路竞猜游戏投票器可以用在游戏活动的竞猜环节中，当参与者按下某个按键时，与选项对应的发光二极管点亮，同时扬声器发声。救护车变音警笛器电路救护车变音警笛器电路救护车变音警笛的实现是电路能够交替产生高、低音频信号，使扬声器发出“嘀－嘟－嘀－嘟”的变调声响。电瓶车速度表电瓶车速度表应用电路工作原理项目背景制作清单实物展览目录项目背景电瓶车作为一种日常交通工具，过快的车速容易带来一系列安全问题，而电瓶车速度表的出现完美解决了因速度过快的问题，能帮助驾驶员更加精准的掌握车辆的状态，还配置了车辆的所剩电量显示以及驾驶公里数显示等等。电瓶车速度表的工作原理指针式仪盘表：数码管仪表盘：当速度越来越大时，指针将会从左到右逐步增加，反之，减小。车辆速度以数字方式呈现在数码仪表盘，速度越快，相关数值将会由小变大。电瓶车速度测量的方法

相线测速法速度表的测速线接在电机的任意一根主相线上，依靠电机工作时控制器供给电机主相线的电压高低来带动速度表指针工作，电压越高，指针转动幅度越大，代表车速也越快。线通测速法将速度测量、档位状态、故障反馈融为一体，采用单向传递的方式将信号传递给仪表盘，控制器和仪表盘并不是绝对的匹配，不同厂家生产的仪表盘和控制器并不能相互通用，其中涉及具体的通讯协议问题，不同的厂家具有不同的通讯协议。电瓶车速度测量的方法

霍尔测速是将电机中的其中一根霍尔线接入控制器的同时也与仪表盘上的速度表线相连接，利用霍尔位置信号变换的速度来间接的获取到车辆行驶的速度，并将信号传递至仪表盘上进行显示。图7-3红外槽型光耦对射光电传感器实物图电瓶车速度测量的方法

图7-4电瓶车速度表电路原理图VCC接电源正极3.3-5VGND接电源负极OUT(D0)TTL开关信号输出电瓶车速度测量的方法

图7-4电瓶车速度表电路原理图当有东西处于槽内，遮挡在发光二极管和接收三极管之间时，模块D0口输出高电平；无遮挡，模块D0口输出低电平。D0输出接口可以与单片机IO口直接相连，检测传感器是否有遮档，结合电机码盘则可检测电机的转速，这也就是本文光电测速的原理。电瓶车速度表应用电路电路由脉冲计数、译码显示、脉冲生成、单稳态触发器等电路组成。图7-5电瓶车速度表电路原理图电瓶车速度表应用电路图7-5电瓶车速度表电路原理图当电瓶车在正常行驶过程中，辐条会不断的通过红外槽型光耦对射光电传感器，进而不断的产生输出脉冲经JP1输入至脉冲计数电路。XD4553是信路达生产的一款3位BCD计数器，XD4553内部有3个BCD计数器，它们以同步方式级联，与内部锁存器和转换器配合，由4个输出端输出BCD码。电瓶车速度表应用电路图7-6关键测试点时序图TP4测试点为脉冲生成电路输出脉冲信号，其完整的周期由T1和T2构成。电路在T1时间段运行时数码管将显示一个定值，该值为计数的结果，对应为当前速度值；每当进入T1时间后，该值就会一直保持不动，直至下一次T2时刻的到来，TP2测试点显示的信号，该脉冲信号输入XD4553的MR引脚后会对之前的计数值进行清零操作。电瓶车速度表制作清单

图7-7电瓶车速度表电路装配图参数名称器件位号封装数量5.1nF无极性电容C1080511uF无极性电容C2,C3,C5,C6,C708055100nF无极性电容C4,C8,C9,C1008054排针1X33P接插件JP1HDR2.54-3P1排针1X22P接插件JP2HDR2.54-2P1SS8550PNP型三极管Q1,Q2,Q3SOT23-33510贴片电阻R1~R7080571K贴片电阻R8,R9,R10080532M贴片电阻R110805156K贴片电阻R12080511M插件单联电位器RP1插件

3362P15631A0.56寸3位共阴数码管SMG1SMG0.56-3P1CD4511BM/TRBCD译码器U1SOP161XD45533组BCD码计数器U2DIP16-3001CD4001BM/TR四路2输入或非门U3SOP141NE555DR单路时基芯片U4SOP81图7-8电瓶车速度表电路boom清单电瓶车速度表实物图

图7-9电瓶车速度表实物图采用了三位数码管来表示速度，板载有红外槽型光耦对射光电传感器接口，同时我还可以通过精密可调电阻来调整系统的时钟信号。本课小结

电瓶车速度表项目背景电瓶车速度表的工作原理电瓶车速度测量的方法

电瓶车速度表应用电路、制作清单投篮游戏计分器电路投篮游戏计分器电路投篮游戏计分器实现的是投篮游戏里的篮球投中后的计数和显示工作。本项目利用槽型对射光电传感器采集投篮状态，利用集成计数器XD74LS160计数，经过显示译码器XD74LS48，驱动数码管来显示分数。数字电压表电路数字电压表电路掌握模数转换原理、芯片驱动技术、电路调试方法。培养“设计-搭建-优化”的工程思维，为嵌入式系统、智能仪器等领域奠定基础。网线测试仪网线测试仪应用电路工作原理项目背景制作清单实物展览目录项目背景移动互联网的发展使得网络设备激增，进一步激发了人们对网络布线的需求，网线测试仪作为检测网线连接是否正确的应用工具，常常应用于网络布线过程中，对构建网络空间命运共同体理念的实施具有重大意义。项目背景线缆检测：可以检测双绞线、同轴电缆以及其他类型网络线缆的连通性，包括检测线缆是否断裂、短路或有错误的线序。性能测试：测试网络的性能指标，如传输速率、信号强度、延迟和丢包率。故障诊断：帮助定位网络中的故障点，包括线缆损坏、连接器问题或网络设备故障。长度测量：测量线缆的长度，这对于布线工程和维护非常有用。网线测试仪工作原理具有10个译码输出端，我们可以利用其顺序输出的特征可以对网线的通断进行检测，并将结果以指示灯的方式反应给测试人员，进一步可以分析出网线的通断情况。图9-1CD4017BM/TR芯片实物图网线测试仪的工作原理

图9-3CD4017BM/TR芯片引脚图图9-2CD4017BM/TR芯片引脚说明图网线测试仪应用电路

图9-4自动循环定时开关电路原理图由电源输入电路、NE555定时器及CD4017BM/TR计数分频器构成的多谐振荡器驱动电路、RJ45网口及LED检测显示电路所组成。网线测试仪应用电路

图9-4自动循环定时开关电路原理图当网线两头插入RJ45网口时，CD4017BM/TR输出对地电路导通，LED相对应显示流水灯效果，从而达到检测网线是否接通完好效果。当电路需要重新开始进行检测时，可以通过SW1和R3组成的复位电路对CD4017BM/TR的计数值进行清零操作，进而实现重新计数的目的。网线测试仪应用电路NE555是一种集成电路，它在电子领域被广泛应用于定时器、脉冲发生器、电压控制振荡器等各种应用场景，其内部结构包括比较器、RS触发器、电压比较器和输出级三个主要功能模块，外部引脚则提供了与其他电路元件进行连接的接口。01NE555内部有两个比较器，分别是阈值比较器和触发比较器。NE555内部包含一个RS触发器，用于存储输出引脚3的状态。NE555内部有一个电压比较器，用于检测电源电压。02网线测试仪制作清单

图9-6

网线测试仪电路装配图图9-7

网线测试仪电路boom清单参数名称器件位号封装数量1uF无极性电容C10805110uF无极性电容C2,C3,C408053绿色LEDLEDLED1~LED160805162.2K贴片电阻R1,R30805210K贴片电阻R208051RJ45-59全塑以太网接口RJ1,RJ2插件2200K插件单联电位器RP1插件

3362P13x6x53x6轻触开关SW1SMD-3*6*51NE555DR单路时基芯片U1SOP81CD4017BM/TR十进制计数器U2SOP161TYPE-C16PIN2MD(073)电源端口U3SMD1

网线测试仪实物图

图7-9电瓶车速度表实物图采用了Type-C接口为系统供电，使用了两个以太网接口来检测网线的通断或线序状态，同时还可以通过按下SW1，进而实现重新计数的目的；通过调整电位器RP1的状态，可以改变LED流水灯的速度，进而改变检测速度。

网线测试仪实物图在检测网线连接状态时，若网线制作无误的情形下，两组LED灯将会依次循环点亮；若网线连接有断点，LED在依次循环点亮过程中会出现某些LED不能点亮，此时说明网线出现断点，需要重新制作；若网线连接线序不对，LED在依次循环点亮过程中会出现某些LED灯组不能同步显示，进而说明线序连接错误。本课小结

网线测试仪项目背景网线测试仪工作原理网线测试仪应用电路网线测试仪制作清单自动循环定时开关自动循环定时开关应用电路工作原理项目背景制作清单实物展览目录项目背景随着社会的发展，工业物联网、人工智能、5G等新一代电子信息技术与制造业深度融合，开启了全面智能化的工业4.0时代，并且自动循环定时开关技术在工业生产现场的应用日益的广泛。项目背景定时功能：可以设置多个时间段，使设备在特定时间自动开启或关闭，如晚上自动关闭空调或早晨自动开启热水器。倒计时功能：适用于需要预热或预冷的电器，如烘焙电器，可以设置倒计时以确保设备在开始工作前达到所需状态。循环定时：在植物生长照明、家庭灯光等场景中，循环定时功能可以模拟自然光照周期，满足植物生长需求。安全保护：通常具有过载保护、短路保护等安全功能，确保使用过程中的安全性。自动循环定时开关的工作原理自动循环定时开关指的是预先设定一个固定的时间，待时钟触发这个时间后，自动开启或关闭的一种智能开关，由华冠生产的一款CD4060BM/TR芯片。图8-1CD4060BM/TR芯片实物图自动循环定时开关的工作原理图8-1CD4060BM/TR芯片实物图是14位二进制计数器，芯片内部包含振荡器驱动模块和一个14位的二进制计数器模块，电路通过外围电路将振荡器驱动模块用作RC振荡器或用作晶振的驱动，利用该输出特性可以很容易地设计各种用途的电子定时器。自动循环定时开关的工作原理图8-3CD4060BM/TR芯片引脚图图8-2CD4060BM/TR芯片引脚说明图自动循环定时开关应用电路图8-4自动循环定时开关电路原理图该电路原理简单，可靠性高，对振荡回路的电阻、电容稍做调整，或者改变Q4～Q14输出