1、项目二项目二 集成电路和微电脑在汽车中的应用集成电路和微电脑在汽车中的应用 项目描述项目描述20世纪70年代汽车电子技术进入了高度集成化的时代，即越来越多的外设电路可以同时集成在一块芯片上，这就是我们做说的单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer） 。20世纪80年代末的“嵌入式系统”的概念对汽车电子技术应用有了新的含义，专门设计的微型计算机根据汽车的不同系统和功能写入不同的技术参数，使单片机用于汽车各种电控系统中。所以，了解和掌握集成电路的运用以及单片机的一些基本知识是当今汽车维修专业技术人员必备的知识。 技能要点技能要点掌握集成电路型号的含义；熟悉汽车上电控单元（
2、ECU）中的集成电路芯片；学会汽车常用检测仪器的应用，掌握传感器、控制单元、执行器的作用知识要点知识要点通过本项目学习，了解数的表示方法及其运算；了解逻辑代数基础；熟悉模拟集成电路和数字集成电路；掌握集成电路的基础知识；掌握微控制器基础知识 模块一模块一集成电路在汽车中的应用集成电路在汽车中的应用任务一任务一 集成电路基础知识集成电路基础知识单元目标：了解集成电路的基础知识；单元目标：了解集成电路的基础知识； 掌握集成电路掌握集成电路型号的含义型号的含义 活动一 集成电路的基础知识 在一块极小的硅单晶片上，制作许多晶体二极管、三极管及电日、电容等元件，并连接成能完成特定功能的电子线路，这个电路
3、称集成电路（简称IC）。外观上，IC 已成为不可分割的完整器件。集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性和电性能指标方面，远远优于分立元件所组成的电路，因而在现代汽车的电子设备和仪器仪表上得到了广泛的应用图2-1上显示了不同种类集成电路的外观。 图2-1各种集成电路的外形 活动二集成电路的命名方法由于集成电路种类较多，各自的功能也不同，因此我国的国标规定集成电路的型号有专门的规则，如图 2-2所示。 图 2-2 集成电路的型号命名 小帖示集成电路型号命名中的代号含义：小帖示集成电路型号命名中的代号含义：1 电路分类：AD：模拟数字转换器 B： 非线性电路 C： CMOS电路 D： 音响电路 D
4、A：数字模拟转换器 E： ECL电路 F： 运算放大器 J： 接口电路M： 存储器 S： 特殊 T： TTL电路 W：稳压器 ：微型计算机电路2 工作温度：C： 0 +70R： -55 +85 E： -40 +85M：-55 +1253 封装形式：D：陶瓷双列直插 F：全密封扁平 H： 黑瓷低熔玻璃，扁平 J： 黑瓷低熔玻璃，双直列 K： 金属，菱形 T：金属，圆形任务二任务二集成电路在汽车中的应用集成电路在汽车中的应用单元目标：掌握集成电路中晶体管门电路的组合方法；单元目标：掌握集成电路中晶体管门电路的组合方法；熟悉集成运算放大器熟悉集成运算放大器 活动一 了解晶体管门电路 大规模集成电路和
5、超大规模集成电路的应用使汽车的计算机控制技术得到飞速发展，对于数字集成电路来说，中小规模的集成电路一般以晶体管门电路的数量或集成元件数来区分，大规模集成电路以功能部件、子系统等为集成对象。因此，了解门电路的基本工作原理是理解计算机的关键。晶体管门电路中一个门就代表一个电子电路，它的输出取决于两个输入端的电压和位置。晶体管是否接通取决于晶体管基极电压。如果基极与发射极之间电压差在06 V以上晶体管接通，汽车上大多数计算机电子电路使用5 v电源。如果两个晶体管以不同的方式连接在一起，就可以得到几种不同的输出。如图2-3所示，如果在A点的电压高于其发射极电压，上面的晶体管接通，然而，除非在B处的电压
6、也比较高，否则底下的晶体管将断开。 如果两个晶体管都接通，输出电压将比较高。如果两个晶体管只有一个接通，输出将为零(关闭或者没有电压)。因为电压输出需要A和B都接通，这个电路称为“与门”电路。换句话说，两个晶体管在门电路开启并输出电压之前都必须接通。其他类型的门电路可以通过将两个晶体管以不同的连接方式来构成。例如： 与门两个晶体管都接通时才有输出。 或门只要有一个晶体管接通就有输出。与非门只要不是两个晶体管同时接通，就会有输出。 或非门除非两个晶体管都关闭时才有输出。门电路代表逻辑电路，其输出依赖于输入到晶体管基极上的电压(接通或断开，高或低)。门电路的输入信号可以来自汽车上各种传感器的电路，
7、输出信号在放大电路和其他电路的控制作用下可以用来控制一个输出装置（执行器）。 图2-3典型的三极管与门电路。只有当两个三极管同时接通时，“信号输出”端才会有电压 图 2-3 三极管与门电路 小帖示逻辑高和低小帖示逻辑高和低 所有的计算机电路和大多数的电子电路(例如门电路)使用各种不同的高低电压的组合方式。高电压常指高于5 V的电压，低电压通常认为是零(接地)。然而高电压并不一定就要高于5 V，对一个计算机来说高电压或者数字1代表高于某一设定值的电压。例如，可以制作一个电路，对该电路而言，任何高于3.8 V的电压都被认为是高电压。对一个计算机来说低电压或者数字0就是指电压为零或低于某一设定值的电
8、压。例如，0.62 V可以被认为是低电压。各种不同的相关名称和术语概括如下： 逻辑低=低电压=数字0=相对低 逻辑高=高电压=数字1=相对高活动二认识集成运算放大器运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器，简称运放。它因早期用于电子模拟计算机中进行各种数字运算而得名。随着半导体器件制造工艺的发展，在20世纪60年代初开始出现了集成电路(IC)。按其功能的不同，集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两种。 模拟集成电路种类很多，例如集成运放、集成功放、集成稳压器等，其中应用最广的就是集成运放。它具有体积小、重量轻、价格低、使用可靠、灵活方便、通用性强等优点，在检测、自动控制、信号产生与处理等
9、方面获得了广泛应用，有“万能放大器”的美称。一、运算放大器的组成运算放大器通常由输入级、中间级、输出级三部分组成，如图2-4所示。 图2-4运算放大器的组成 输入级是运算放大器的关键部分，由差分放大电路构成。差分放大电路由完全相同的两个大电路对称组成，它的输入电阻很高，能有效地放大有用信号，抑制干扰信号。 中间级一般由共发射极放大电路构成，主要提供足够的电压放大倍数，将电压放大到所需的值。输出级一般由互补对称式功率放大器构成。互补对称式功率放大器是由射极输出器发展而来的，它的输出电阻低，能输出较大的功率推动负载。 集成运算放大器是一类比较理想的电压放大器件，其放大倍数可达几万到几十万；输入电阻
10、大，一般为几百千欧到几兆欧；输出电阻较低，在几百欧以下。因此，在实际应用中，常常可以把集成运算放大器看成为“理想放大器”。 如图2-4所示，理想放大器有两个输入端、一个输出端。标有“”号的输入端称为反向输入端，信号仅由此端输入时，输出电压u。与输入电压u-相位相反；标“+”号的输入端称为同向输入端，信号仅由此端输入时，输出电压u。与输入电压配u+相位相同。输入信号电压加在反向输入端时，称为反向输入方式；加在同相输入端时，称为同相输入方式。输出端对地的电压就是输出电压。二、集成运放的特性 集成运放在线性工作状态时有两个基本特点： (1)集成运放的两个输入端的电压差近似为零。即U-U+，通常称为“
11、虚短”。 (2)集成运放的两个输入端的电流近似为零。即Ii0，通常称为“虚断”。利用这两条重要结论，可以简要地分析各种运算放大器电路。知识链接运算放大器的应用知识链接运算放大器的应用1反相比例运算电路 信号加在反向输入端的电路称为反相运算电路。图2-5是反相比例运算电路。输入信号Ui经电阻R1加到反向输入端a，而同相输入端b经电阻R2接地。为使放大器性能稳定，在输出和输入之间接有电阻Rf，这种连接电路叫做反馈电路，电阻Rf，叫做反馈电阻。有反馈时称电路处于闭环状态，否则叫开环状态。 由运放的两个基本特点可知UaUb = 0；Ia0，I1 = If.则 所以，可以推导出输出电压与输入电压的关系
12、为式中负号表示Uo与U i反相。图 2-5反相比例运算电路 2同相比例运算电路信号加在同向输入端的电路称为同相运算电路。 如图2-6所示，同相输入时，U。与Ui同相位，Uo通过Rf反馈到a端，使Ua为某一值，也与U。同相位。因Ub0，故同相输入时，a端不再是“虚地”电位。 图2-6同相比例运算电路 由运放的两个特点可知 UaUb； UR20又因为所以 即 可见，UoUi与放大器本身参数无关。式中系数为正值总大于1，这说明Uo与Ui同相。3电压比较器 运算放大器还可以用作电压比较器，如图2-7所示。图中的集成运放工作于开环状态。输入电压地加于同相输入端，反相输入端接地。当Ui略高于0时，由于运放
13、的开环放大倍数很高，只要输入一个微小的信号，就会放大到极值，输出级将因信号过大而进入饱和状态，这时Uo达到它的正极限值，并且在Ui继续升高时仍保持这个正极限值。同理，当Ui略低于0时，Uo达到它的负极限值,并且在Ui继续下降时仍保持这个负极限值。因此，可根据输出的状态判断输入是大于0还是小于0，这种电路称为过零比较器或检零计。 如果在图2-7电路中，反向输入端也输入一个不变的电压信号UR，只要Ui略大于UR输出便达到；而Ui略小于UR时，输出便达到。因此，根据输出状态便可判断两个输入电压的相对大小，这就是一般意义上的比较器。 图 2-7电压比较器 单元思考与练习单元思考与练习1、请分别画出三极管的或门、与非门、或非门电路。2、反相比例电路如图2-8所示，图中R1=10K，Rf=30K，试估算它的放大倍数和输入电阻，并估算R2应取多大？ 图2-8 图 2-9 电路如图2-9所示，如果集成运放的最大输入电压为12V时，电阻R1=10K，Rf=390K，R2=R1/Rf，输入电压等于0.2V，试求下列各种情况下的输入电压值。1、正常情况 2、电阻R1开路 3、电阻Rf开路
