1、1 1第8章 数字电路及其应用第 8 章 数字电路及其应用8.1 数制及其运算8.2 逻辑代数基础8.3 基本逻辑门电路8.4 触发器8.5 计数器8.6 寄存器8.7 数字显示与译码器8.8 数字电路的应用本章小结2 2第8章 数字电路及其应用8.1 数制及其运算数字电路中经常遇到计数问题。在日常生活、工作中，人们习惯于用十进制数，而在数字系统中多采用二进制数，有时也可采用八进制数和十六进制数。3 3第8章 数字电路及其应用8.1.1 常用数的表示方法1.十进制数十进制数是我们日常生活中最常用的计数进制。在十进制数中有09十个数码，任何一个十进制数均可用这十个数码来表示。计数时，以十为基数，
2、逢十进一。同一数码在不同位置所表示的数值是不同的，例如555，虽然三个数码都是5，但从右边数起，第一个“5”表示的是个位数(100位)，即5100；第二个“5”表示的是十位数(101位)，它代表50，即5101；第三个“5”表示的是百位数(102位)，它代表500，即5102。4 4第8章 数字电路及其应用用数学式表达为555510251015100其中，100、101、102称为十进制数各位的“权”。5 5第8章 数字电路及其应用2.二进制数二进制数只有“0”和“1”两个数码，计数时以二为基数，逢二进一，即1110(读作“壹零”)。为了与十进制数相区别，二进制数通常在数码的末尾加字母B(Bi
3、nary)表示。和十进制数一样，二进制数中的同一数码因在数中的位置不同而表示不同的数值。例如1111B，虽然四个数码都是“1”，但右边起第一个“1”表示20，第二个“1”表示21，第三和第四个“1”分别表示22和23，用数学式表示为1111B=123+122+121+120其中，20、21、22等称为二进制数各位的“权”。表8-1列出了二进制数各位的权值。6 6第8章 数字电路及其应用7 7第8章 数字电路及其应用8 8第8章 数字电路及其应用8.1.2 不同数制之间的相互转换1.十进制数与二进制数之间的转换例8-1 试将十进制数21表示为二进制的形式。解 设十进制数21的二进制形式为KnKn
4、1K0。21除以2，得商10和余数1，这个余数1就是K0，然后将其商再连续地除以2，直到最后的商等于零，所得余数0、1、0、1依次为K1、K2、K3、K4，即9 9第8章 数字电路及其应用所以 2110101B把十进制的整数换算成二进制整数时，可将十进制数连续地除以“2”，直到商等于零为止，每次所得余数(必为“0”或“1”)就依次是二进制数由低位到高位的各位数字，这种方法通常称为“除2取余法”。二进制数转换成十进制数比较方便。一个二进制数KnKn1 K2K1K0根据公式可以写成1010第8章 数字电路及其应用例8-2 将二进制数101011B换算成十进制数。解 1111第8章 数字电路及其应用
5、2.十六进制数、八进制数与二进制数之间的转换为便于对照，将十进制、二进制、八进制及十六进制之间的关系列于表8-3中，根据表中关系可直接转换。1212第8章 数字电路及其应用1313第8章 数字电路及其应用8.2 逻辑代数基础8.2.1 逻辑代数的基本概念1.逻辑代数、逻辑变量和逻辑运算逻辑代数由逻辑变量(用字母表示)、逻辑常量(“0”和“1”)和逻辑运算符(“与”、“或”、“非”)组成。逻辑电路的输入量和输出量之间的关系是一种因果关系，它可以用逻辑表达式来描述。1414第8章 数字电路及其应用2.“与”逻辑和“与”运算1)“与”逻辑当决定某一时间的所有条件(前提)都具备时，该事件才会发生(结论
6、)，这种结论与前提的逻辑关系称为“与”逻辑关系。例如，两个串联开关共同控制一个指示灯，如图8-1所示，只有当开关A与B同时接通(即两个条件同时都具备)时，指示灯F才亮。1515第8章 数字电路及其应用图8-1 两个串联开关控制指示灯的电路1616第8章 数字电路及其应用2)“与”运算实现“与”逻辑关系的运算称为“与”运算，运算符号为“”，通常可以省略。“与”运算又称逻辑乘。引入“与”运算后，图8-1中的指示灯亮这一命题与两开关闭合之间的逻辑关系可表示为 F=AB (8-1)1717第8章 数字电路及其应用若开关闭合时变量取值为“1”，反之为“0”；灯亮为“1”，灯不亮为“0”，则显然下面的运算
7、是成立的：1818第8章 数字电路及其应用3.“或”逻辑和“或”运算1)“或”逻辑在决定某一事件的各个条件中，只要有一个或一个以上的条件具备，该事件就会发生，这种逻辑关系称为“或”逻辑关系。在图8-2所示电路中，开关A和B并联，当开关A接通或B接通，或A和B都接通时，指示灯F就会亮。1919第8章 数字电路及其应用图8-2 两个并联开关控制指示灯的电路2020第8章 数字电路及其应用2)“或”运算实现“或”逻辑关系的运算称为“或”运算，运算符号为“”。“或”运算又称逻辑加。图8-2中两个并联开关控制指示灯的逻辑关系可用下式表示：F=AB (8-2)同样，对于“或”运算，下面等式是成立的：212
8、1第8章 数字电路及其应用4.“非”逻辑和“非”运算1)“非”逻辑 在逻辑问题中，若条件具备时事件不发生，而当条件不具备时，该事件必然发生这种结论与前提完全相反的逻辑关系称为“非”逻辑关系。在图8-3所示电路中，开关A和指示灯并联，当开关接通时灯不亮，而当开关断开时灯反而亮。2222第8章 数字电路及其应用图8-3 开关与灯泡并联电路2323第8章 数字电路及其应用2)“非”运算实现“非”逻辑关系的运算称为“非”运算，“非”运算用“-”表示。这样，开关接通和指示灯亮的逻辑关系可表示为(8-3)对于“非”运算，下面等式是成立的：2424第8章 数字电路及其应用8.2.2 逻辑代数的基本运算规则及
9、应用1)逻辑代数的基本运算规则2525第8章 数字电路及其应用2)逻辑代数的基本定律交换律 结合律 分配律 反演律2626第8章 数字电路及其应用由于逻辑变量A、B只有两种可能的取值，即“0”或“1”，因此可用逻辑变量不同取值的表格(即逻辑状态表)来证明反演律(又称摩根定理)是成立的，证明如表8-4所示。2727第8章 数字电路及其应用2828第8章 数字电路及其应用3)两个常用的公式(1)证明：(2)证明：2929第8章 数字电路及其应用例8-3 化简下列逻辑函数。3030第8章 数字电路及其应用解 (1)(2)3131第8章 数字电路及其应用8.3 基本逻辑门电路在数字电路中，把电路的输入
10、信号作为“原因”或“条件”，电路输出信号则是这种条件下的必然“结果”。即输出信号(也称输出变量)与输入信号(也称输入变量)之间存在一定的逻辑关系。数字电路就是实现这种逻辑关系的，因此，数字电路又称逻辑电路或数字逻辑电路。3232第8章 数字电路及其应用8.3.1 二极管与门电路二极管与门电路如图8-4(a)所示。由图可知，若在输入A、B中有一个(或一个以上)为低电平，则与输入端相连的二极管必然获得正偏电压而导通，使输出端Z为低电平，只有输入A、B同时为高电平时，输出Z才是高电平。由此可知输入对输出呈现与逻辑关系，即Z=AB，其逻辑符号如图8-4(b)所示，其真值表见图8-4(c)。输入端的个数
11、当然可以多于两个，有几个输入端用几个二极管即可。3333第8章 数字电路及其应用图8-4 二极管与门电路及其逻辑图(a)电路图；(b)逻辑图；(c)真值表3434第8章 数字电路及其应用8.3.2 二极管或门电路二极管或门电路如图8-5(a)所示。由图可知，若输入A、B中有一个(或一个以上)为高电平，则与之相连的二极管必然获得正偏电压而导通，使输出Z为高电平，只有输入A、B同时为低电平时，输出Z才是低电平。由此可知输入对输出呈现或逻辑关系，即Z=A+B，其逻辑符号如图8-5(b)所示，其真值表见图8-5(c)。3535第8章 数字电路及其应用图8-5 二极管或门电路及其逻辑图(a)电路图；(b
12、)逻辑图；(c)真值表3636第8章 数字电路及其应用8.3.3 三极管非门电路非门又称为反相器，是实现逻辑翻转的门电路。它对输入的逻辑电平取反，实现相反的逻辑功能输出。其电路如图8-6(a)所示。只要电阻R1、R2和负电源USS参数配合适当，则当输入低电平信号时，三极管的基极为负电位，发射结反偏，三极管可靠截止，输出为高电平；当输入为高电平时，三极管基极为正电位，饱和导通，输出为低电平，从而实现非运算。非运算的逻辑符号和真值表分别如图8-6(b)、(c)所示。其逻辑式为3737第8章 数字电路及其应用图8-6 三极管非门电路及其逻辑图(a)电路图；(b)逻辑图；(c)真值表3838第8章 数
13、字电路及其应用8.3.4 复合逻辑门电路1.与非门“与”和“非”的复合运算(先求“与”，再求“非”)称“与非”运算。实现与非复合运算的电路称为与非门。与非门逻辑符号如图8-7所示。3939第8章 数字电路及其应用图8-7 与非门逻辑符号 4040第8章 数字电路及其应用与非门的逻辑表达式为(8-4)与非门逻辑状态表见表8-5，简记为“有0则1，全1则0”。4141第8章 数字电路及其应用4242第8章 数字电路及其应用2.或非门实现或非复合运算的电路称或非门。或非门逻辑符号如图8-8所示。或非门的逻辑表达式为(8-5)或非门的逻辑状态见表8-6，可简记为“有1则0，全0则1”。4343第8章
14、数字电路及其应用图8-8 或非门逻辑符号 4444第8章 数字电路及其应用4545第8章 数字电路及其应用3.异或门式实现的逻辑运算称异或运算，记作(8-6)实现异或运算的电路称为异或门。异或门逻辑符号如图8-9所示。由异或表达式可得出异或门逻辑状态表，见表8-7。4646第8章 数字电路及其应用图8-9 异或门逻辑符号 4747第8章 数字电路及其应用4848第8章 数字电路及其应用异或门的逻辑功能为：两个输入相同时，输出为0；两个输入不同时，输出为1。可简记为“同则为0，不同为1”。4949第8章 数字电路及其应用4.与或非门与或非门表达的与或非逻辑运算为(8-7)只有A、B同时为1或C、
15、D同时为1时，F才为0，否则F为1。其逻辑符号如图8-10所示。5050第8章 数字电路及其应用图8-10 与或非门逻辑符号5151第8章 数字电路及其应用例8-4 逻辑函数输入信号A/B的波形如图8-11 所示。试画出输出函数F1、F2、F3的波形。解 根据输入信号A、B的波形由逻辑函数可得F1、F2、F3的波形如图8-11所示。5252第8章 数字电路及其应用图8-11 例8-4图5353第8章 数字电路及其应用8.4 触 发 器8.4.1 基本RS触发器基本RS触发器由两个与非门交叉连接而成，图8-13(a)、(b)分别为基本RS触发器的逻辑图和逻辑符号。5454第8章 数字电路及其应用
16、图8-13 基本RS触发器逻辑电路及符号(a)逻辑图；(b)逻辑符号5555第8章 数字电路及其应用在这里我们定义触发器在输入信号变化前的状态为现态(Qn)，触发器在输入信号变化后的状态为次态(Qn1)，用以描述触发器次态与输入信号和电路原有状态(现态)之间关系的真值表称为特性表。基本RS触发器的特性表如表8-8所示。5656第8章 数字电路及其应用5757第8章 数字电路及其应用基本RS触发器Qn+1、Qn与R、S的关系式，即特性方程为 (8-8)5858第8章 数字电路及其应用8.4.2 同步RS触发器RS触发器是各种双稳态触发器的共同部分。除此之外，一般触发器还有导引线路(或称控制电路)
17、，通常由它把输入信号引导到基本RS触发器。图8-14(a)是同步RS触发器的逻辑图，图8-14(b)是它的逻辑符号。5959第8章 数字电路及其应用图8-14 同步RS触发器逻辑电路及符号(a)逻辑图；(b)逻辑符号6060第8章 数字电路及其应用同步RS触发器的输出状态与R、S输入状态的关系如表8-9所示。Qn表示时钟到来之前触发器的输出状态，Qn+1表示时钟脉冲到来之后的状态。6161第8章 数字电路及其应用6262第8章 数字电路及其应用8.4.3 JK触发器JK触发器有多种结构，图8-15为主从型JK触发器的逻辑图和逻辑符号。由图可知，它是由两个可控RS触发器组成的，分别称为主触发器和
18、从触发器。6363第8章 数字电路及其应用图8-15 主从型JK触发器(a)逻辑图；(b)逻辑符号6464第8章 数字电路及其应用6565第8章 数字电路及其应用8.4.4 D触发器D触发器又称数据锁存器。在时钟脉冲到来之前，即CP=0时，D触发器状态维持不变；当时钟脉冲到来后，即CP1时，其输出等于时钟脉冲到来之前的输入信号。即Qn+1=DD触发器逻辑符号及工作波形图见图8-16(a)、(b)，状态见表8-11。6666第8章 数字电路及其应用图8-16 D触发器(a)逻辑符号；(b)工作波形图6767第8章 数字电路及其应用6868第8章 数字电路及其应用由JK触发器接成的D触发器如图8-
19、17所示，若D0，则J=0、K=1，当CP1时，Q0；若D1，则J=1、K=0；当CP1时，Q1。6969第8章 数字电路及其应用图8-17 由JK触发器接成的D触发器7070第8章 数字电路及其应用例8-5 在数字设备的测量和调试中，经常需要一个宽度固定的单脉冲发生器作为信号源使用。图8-18所示为由D触发器构成的单脉冲发生器，试分析其工作原理，并画出A端的输出波形。7171第8章 数字电路及其应用图8-18 例8-5图(a)电路图；(b)波形图7272第8章 数字电路及其应用解 开关S未按下时，触发器F1输入D11，一个时钟CP脉冲上升沿后，F1输出Q11；再一个时钟CP脉冲上升沿后，触发
20、器F2输出Q2=Q1=1。与非门输出A当按下开关S后，D10，随后到来的第一个时钟CP脉冲上升沿后，F1输出Q10，与非门输出再一个时钟CP脉冲上升沿后，触发器F2输出Q2=Q1=0，与非门输出这样就在A端得到一个宽度与CP周期相等的负脉冲。波形图如图8-18(b)所示。7373第8章 数字电路及其应用8.5 计 数 器计数器是得到广泛应用的时序逻辑电路，它不仅可用来记录脉冲的个数，而且还应用在数字系统的定时、延迟和脉冲节拍发生器电路中。7474第8章 数字电路及其应用8.5.1 二进制计数器1.二进制异步加法计数器1)电路构成异步计数器的计数触发脉冲没有加到所有触发器的CP端，而只作用于第一
21、个触发器的CP端。如图8-21所示的二进制异步加法计数器是用四个JK触发器构成的。7575第8章 数字电路及其应用图8-21 二进制异步加法计数器逻辑图7676第8章 数字电路及其应用2)工作原理计数器工作时(设初始态为“0000”)，当第一个计数脉冲的下降沿到来时，第一个JK触发器F0的状态翻转一次，其输出Q0端从“0”态变为“1”态，这一正跳变不会影响它的高一位JK触发器F1的状态(上升沿不能触发)。此时，计数器的状态为“0001”。当第二个计数脉冲的下降沿到来时，F0的状态又翻转一次，从“1”态变为“0”态，这一负跳变使F1的状态从“0”态变为“1”态(下降沿触发)，此时，计数器的状态为
22、“0010”。7777第8章 数字电路及其应用如此继续下去，直至计数器的状态为“1111”，再到来一个计数脉冲，计数器的状态又为“0000”，Q3产生一个进位脉冲，实现了二进制加法计数。综上所述，F0由计数脉冲触发翻转，F1在Q0由“1”态变为“0”态时翻转，其他时刻，F1、F2、F3都保持原来的状态。它是一个四位二进制异步加法计数器，共有16个状态。二进制异步加法计数器的状态转换见表8-12，时序图如图8-22所示，其中画出了前八个计数脉冲的波形。通过时序图可知，Q0端输出脉冲的周期是计数脉冲CP的两倍，频率只有脉冲CP的1/2，Q1端输出脉冲的频率只有脉冲CP的1/4，其他情况依次类推，因
23、此计数器具有分频器的功能。7878第8章 数字电路及其应用7979第8章 数字电路及其应用图8-22 二进制异步加法计数器时序图8080第8章 数字电路及其应用2.二进制同步加法计数器在异步加法计数器中，计数的触发脉冲是加在最低位触发器的时钟CP端的，故各触发器状态的翻转不是同步进行的。而在同步计数器中，触发脉冲同时加到各触发器的CP端，故各个触发器状态的翻转是在CP脉冲的控制下同步进行的。图8-23所示为由四个JK触发器构成的四位二进制同步加法计数器。8181第8章 数字电路及其应用图8-23 二进制同步加法计数器逻辑图8282第8章 数字电路及其应用8.5.2 任意进制计数器 二进制只有0
24、和1两个数码，对应于触发器的0和1两种状态。所以用触发器构成二进制或2n进制计数器最为方便。但实用中有大量非2的整数幂的计数器，例如十进制、十二进制、六十进制等。这里介绍一种用反馈复零法构成的任意进制(又称N进制)计数器，图8-24是其电路结构，图中的单线表示n根输入线的简化画法。8383第8章 数字电路及其应用图8-24 任意进制计数器8484第8章 数字电路及其应用下面以十进制计数器为例，说明反馈复零法的工作过程。图8-25是十进制加法计数器的逻辑电路。8585第8章 数字电路及其应用图8-25 十进制加法计数器8686第8章 数字电路及其应用图8-26 记忆单元8787第8章 数字电路及
25、其应用8.6 寄 存 器在数字系统中，经常需要把一些参与运算的二进制数据、计算结果或指令暂时存放起来，随时可以调用或进行处理。把这种存放数据和指令的逻辑部件称为寄存器。因此，要求寄存器必须具有记忆功能。如上所述的D触发器和JK触发器都具有记忆功能。8888第8章 数字电路及其应用8.6.1 数码寄存器1.电路组成如图8-27所示为由四个D触发器构成的四位数码寄存器，四个D触发器的触发输入端D0D3作为数码寄存器的并行数码输入端，Q0Q3为数据输出端。四个时钟脉冲端CP连接在一起作为送数脉冲端。端为复位清“0”端(在图8-27中未画出)。8989第8章 数字电路及其应用图8-27 数码寄存器逻辑
26、图9090第8章 数字电路及其应用2.工作原理根据D触发器的工作原理：在触发脉冲到来后，触发器的状态为D端的状态。寄存器在送数脉冲CP的上升沿作用下，将四位数码(D0D3)寄存到四个D触发器(Q0Q3)中，即触发器Q端的状态与D端相同。送数时，特别要注意的是：由于CP脉冲触发是边沿触发，故在送数脉冲信号CP到来之前，必须要准备好输入的数码，以保证寄存器的正常工作。9191第8章 数字电路及其应用3.集成数码寄存器将构成寄存器的多个触发器电路和控制逻辑门电路集成在一个芯片上，就可以得到集成数码寄存器。集成数码寄存器种类较多，常见的有四位寄存器74HC175、六位寄存器74HC174和八位寄存器7
27、4HC374等。9292第8章 数字电路及其应用8.6.2 移位寄存器1.电路组成如图8-28所示为用四个D触发器组成的单向移位型寄存器。9393第8章 数字电路及其应用图8-28 单向移位数码寄存器逻辑图9494第8章 数字电路及其应用2.工作原理在移位脉冲CP(上升沿有效)到来时，串行输入数据便依次地移入一位。因为每个触发器的Q端接到上一位的D端，所以它的状态也同时依次移给高一位触发器，这种输入方式称为串行输入。9595第8章 数字电路及其应用假设输入的数码为“1011”，寄存器的初始状态为“0000”，先把最高位的“1”送至F0的D0端，当第一个移位脉冲信号到来时，Q0与D0的状态一致为
28、“1”，Q0与D1相连，故D1“1”；再把第二位的“0”送至F0的D0端，当第二个移位脉冲信号到来时，Q1与D1的状态一致为“1”，Q0与D0的状态一致为“0”，此时Q1“1”，Q0“0”。依次类推，经过四个移位脉冲信号把数码“1011”全部移入到Q3、Q2、Q1、Q0中，即Q3Q2Q1Q0“1011”。此时，可以同时从四个触发器的Q端输出数据“1011”，这种输出方式称为并行输出。寄存器中的数码的移动情况如表8-13所示。9696第8章 数字电路及其应用9797第8章 数字电路及其应用常用的八位串行输入/并行输出集成移位寄存器有74HC164、74HC194等。当需要更多位数的移位寄存器时，
29、可以采用多片集成电路连接的方法。图8-29所示为用两片74HC164集成移位寄存器组成的16位移位寄存器。9898第8章 数字电路及其应用图8-29 级联16位移位寄存器逻辑图9999第8章 数字电路及其应用8.7 数字显示与译码器在数字系统中，要显示寄存器中的数码或计数的结果，就必须使用显示器件。在显示数据时，应该采用人们熟悉的十进制数。但是，在数字电路中又多采用二进制数，所以需要把二进制数“译”成十进制数。100100第8章 数字电路及其应用8.7.1 数码管1.半导体数码管以下介绍两种最常见的分段式数码管。常见的半导体发光二极管(LED)是一种能将电信号转换成光信号的结型电控发光器。其内
30、部结构是由磷砷化镓等半导体材料组成的PN结。当PN结正向导通时，辐射发光。辐射波长决定了发光颜色，通常有红、绿、橙、黄等颜色，最常见的是红色。101101第8章 数字电路及其应用半导体数码管是由多个半导体发光二极管封装而成的，它的每一段笔划对应于一个半导体发光二极管。半导体分段式数码管是利用各发光段的不同组合来显示不同的数字的。如七段全亮时，显示数字“8”；b、c、f、g段点亮时，显示“4”等(图8-30所示为半导体数码管的结构示意和引脚图)。102102第8章 数字电路及其应用图8-30 半导体数码管103103第8章 数字电路及其应用半导体数码管内部有两种接法，即共阳极接法和共阴极接法。例
31、如：BS201就是一种七段共阴极半导体数码管(还带有一个小数点h)，其内部接线图如图8-31 所示；BS204内部是共阳极接法，其内部接线图如图8-32所示，在实际使用时，必须加限电流电阻。104104第8章 数字电路及其应用图8-31 共阴极接法数码管电路105105第8章 数字电路及其应用图8-32 共阳极接法数码管电路106106第8章 数字电路及其应用2.液晶数码管目前，液晶显示器在汽车仪表中得到了广泛的使用。液晶显示器是“液态晶体”的简称，是一种有机化合物。在一定温度范围内，它既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特征，其透明度和颜色随电场、光、温度等外界条件的变化而变化。因此，用
32、液晶作显示器件，便可将上述外界条件的变化显示出来。107107第8章 数字电路及其应用8.7.2 数字显示电路数字显示电路现在都采用集成器件。图8-33是一个计数、译码、显示电路。108108第8章 数字电路及其应用图8-33 计数、译码和显示电路109109第8章 数字电路及其应用8.7.3 译码器1.二进制译码器以三位二进制译码为例介绍二进制译码器的功能，其译码器的方框图如图8-34所示。图中，A2、A1、A0是它的3个输入端，其输入状态有8种不同的组合，分别对应着8个输出端Y0Y7。因此，也称为三线-八线译码器。其逻辑图如图8-35所示，其由“与”门和“非”门组成，其真值表如表8-14所
33、示。110110第8章 数字电路及其应用图8-34 三位二进制译码方框图111111第8章 数字电路及其应用图8-35 三位二进制译码逻辑图112112第8章 数字电路及其应用113113第8章 数字电路及其应用由真值表和逻辑图可得到以下8个译码输出的逻辑表达式：114114第8章 数字电路及其应用下面介绍一种CMOS集成三线-八线译码器74HC138，其逻辑方框图如图8-36所示，其外引脚的排列图可查阅集成电路手册。与前面介绍的译码器相比，74HC138增设了三个使能端(选通端)E1、E2、E3，其中E1为高电平有效，E2、E3为低电平有效，只有当E1、E2、E3分别为“1”、“0”、“0”
34、时，译码器的译码功能才有效，否则输出为全“1”。在正常译码情况下，每输入一种三位二进制代码，只有一个输出端为“0”，其余都为“1”，译码输出为低电平有效，其真值表见表8-15。115115第8章 数字电路及其应用图8-36 74HC138逻辑方框图116116第8章 数字电路及其应用117117第8章 数字电路及其应用在电路中设置使能端是为了扩展芯片的使用范围，用两片74HC138可构成四线-十六线译码器，如图8-37所示。由图可知，四位二进制代码A3、A2、A1、A0共有16种状态，其中A2、A1、A0的8种状态与输出相对应，而A3接在两块芯片的使能端，起选通信号的作用。118118第8章
35、数字电路及其应用图8-37 用两片74HC138可构成的4线16线译码器119119第8章 数字电路及其应用2.二-十进制译码器十进制译码器就是能把某种二-十进制代码(如8421码)变换为相应的十进制数码的逻辑电路，实际上就是四线-十线译码器。它的功能是把四位输入信号(8421码)变换成对应10个输出信号中的某一个，作为十进制译码的输出信号。74HC42的逻辑方框图如图8-38所示，其真值表见表8-12。120120第8章 数字电路及其应用图8-38 二-十进制译码器74HC42的方框图121121第8章 数字电路及其应用122122第8章 数字电路及其应用8.8 数字电路的应用数字电路较常见
36、的实例为数字转速表的应用，在后轮驱动的汽车电子控制防抱死系统中的应用为车轮速度传感器。图8-39所示为典型的后轮驱动汽车电子控制防抱死制动系统的分布示意图。本节重点阐述车轮速度传感器。123123第8章 数字电路及其应用图8-39 ABS在汽车上的分布124124第8章 数字电路及其应用1.电磁式车轮速度传感器车轮速度传感器通常为电磁感应式，它由传感头和齿圈等组成，如图8-40所示。125125第8章 数字电路及其应用图8-40 电磁式车轮速度传感器的结构126126第8章 数字电路及其应用形如图8-41所示。它是一静止部件，由永久磁铁、电磁线圈和磁极等构成，其磁极有圆柱形(如图8-41(b)
37、和长方形(如图8-41(a)。该传感头具有耐高温、抗振动、使用安全、可靠等特点。传感头一般都装在车轮上，并放置于安装孔的弹性衬套中。安装时，应注意在传感头磁极与磁圈的端面之间留有约1 mm的间隙。齿圈一般装在车轮的车毂或后桥上，如图8-39所示，该车就装有三个传感器，在非驱动的两前轮和后轮上分别装有齿圈，齿圈的端面制有若干个凸齿(Bosch公司的齿圈有100个凸齿)，它们随车轮或传动装置一起旋转，齿圈的外形如图8-42所示。127127第8章 数字电路及其应用图8-41 电磁式车轮速度传感器的传感头部外形(a)磁极为长方形；(b)磁极为圆柱形128128第8章 数字电路及其应用图8-42 电磁
38、式车轮速度传感器的齿圈外形129129第8章 数字电路及其应用2.霍尔式车轮速度传感器1)霍尔电压的产生如图8-43所示，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。当齿轮位于图8-43(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。当齿轮位于所示位置(见图8-43(b)时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将产生一个毫伏级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换为标准的脉冲电压。130130第8章 数字电路及其应用图8-43 霍尔式车轮速度传感器(a)霍尔元件磁场较弱；(b)霍尔元
39、件磁场较强131131第8章 数字电路及其应用由霍尔元件输出的毫伏级准正弦波电压，将由图8-44所示的电子电路转换成标准的脉冲电压信号输入EUC。132132第8章 数字电路及其应用图8-44 霍尔式车轮速度传感器电子电路框图133133第8章 数字电路及其应用由霍尔元件输出的毫伏级准正弦波电压，经放大器放大为V级的电压信号，送往“施密特”触发器，“施密特”触发器将正弦波信号转换成标准的脉冲信号再送至放大级放大后输出，各级波形如图8-45所示，电路原理图如图8-46所示。其工作电压为815 V，负载电流为100 mA，工作频率为20 kHz，输出电压幅 值为714 V。134134第8章 数字电路及其应用图8-45 电子电路的各级波形135135第8章 数字电路及其应用图8-46 霍尔式车轮速度传感器电路原理图136136第8章 数字电路及其应用2)霍尔式车轮速度传感器的优点霍尔式车轮速度传感器具有以下优点：(1)输出信号电压幅值不受转速的影响。(2)频率响应高。(3)抗电磁干扰能力强。137137第8章 数字电路及其应用 本章小结本章重点介绍数字电路的一些基本知识，内容包括：数字电路的特点，二进制数，逻辑代数基础，基本逻辑门电路，时序逻辑电路中的触发器、计数器、寄存器、数字显示与译码器以及数字电路在汽车中的实际应用数字转速表。
