數(shù)字電路的認(rèn)知及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)情境描述知識(shí)解析任務(wù)實(shí)施課程思政contents目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)01素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、書(shū)籍等渠道獲取信息分析問(wèn)題的能力培養(yǎng)獨(dú)立自學(xué)、討論合作的學(xué)習(xí)能力，學(xué)生對(duì)比辨別的辯證思考能力樹(shù)立7S標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范意識(shí)培養(yǎng)學(xué)生安全生產(chǎn)、安全操作的安全意識(shí)樹(shù)立7S標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范意識(shí)知識(shí)目標(biāo)熟悉理解數(shù)字電路的概念、特點(diǎn)，掌握各種進(jìn)制互換。掌握邏輯電路概念及分析方法。了解集成邏輯門(mén)分類(lèi)及特點(diǎn)。掌握“與”、“或”、“非”及其復(fù)合邏輯關(guān)系。技能目標(biāo)學(xué)會(huì)查閱集成電路手冊(cè)。學(xué)會(huì)用集成組合邏輯器件連接、調(diào)試電路。能簡(jiǎn)單分析、解決一些實(shí)際數(shù)字電路問(wèn)題。情境描述02情境描述該事故發(fā)生在一家汽車(chē)維修店，涉及一輛新能源汽車(chē)的維修工作。一輛行駛里程約8.6萬(wàn)km的2019款北汽EC3轎車(chē)來(lái)店維修。用戶(hù)反映：該車(chē)經(jīng)常出現(xiàn)冷卻液液位過(guò)低的報(bào)警現(xiàn)象。通過(guò)診斷檢查、試車(chē)，測(cè)量冷卻液液位開(kāi)關(guān)，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，測(cè)量冷卻液液位開(kāi)關(guān)電阻為無(wú)窮大，輸出錯(cuò)誤電氣信號(hào)，導(dǎo)致報(bào)警。這是一個(gè)關(guān)于數(shù)字電路的案例，作為新能源汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，遇到數(shù)字電路的問(wèn)題應(yīng)如何處理？任務(wù)分析

在汽車(chē)電子電路中，電信號(hào)主要在傳感器、ECU及執(zhí)行器件之間進(jìn)行傳遞。傳感器輸入ECU的信號(hào)大體上可以分兩種：一種是連續(xù)變化的模擬信號(hào)；另一種是高電壓、低電壓間隔變化的脈沖式數(shù)字信號(hào)。數(shù)字電路具有精度高、易于集成、成本低廉和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在汽車(chē)電路中數(shù)字電路被廣泛應(yīng)用，電控單元ECU就是一個(gè)典型的數(shù)字電路系統(tǒng)。了解汽車(chē)數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于維修、診斷和升級(jí)汽車(chē)電子系統(tǒng)至關(guān)重要。知識(shí)解析03一、邏輯電路數(shù)字電路也稱(chēng)為邏輯電路。邏輯電路包括基本邏輯門(mén)電路、組合邏輯門(mén)電路和時(shí)序邏輯電路03應(yīng)用模擬信號(hào)在早期的電子設(shè)備和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如電話、電視等。01定義模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量表示的信息，其信號(hào)的幅度，或頻率，或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化。02特點(diǎn)模擬信號(hào)的處理和傳輸比較直觀和容易實(shí)現(xiàn)，但容易受到噪聲和失真的影響，且難以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸和大規(guī)模集成。（一）模擬與數(shù)字1.模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)是指自變量是離散的、因變量也是離散的信號(hào)，這種信號(hào)的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)字中的一個(gè)數(shù)字來(lái)表示。定義數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、易于存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的主要信號(hào)形式。特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)、通信、控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信等。應(yīng)用2.數(shù)字信號(hào)模擬電路是指用來(lái)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、變換、處理、放大、測(cè)量和顯示等工作的電路。它是電子電路的基礎(chǔ)，主要包括放大電路、信號(hào)運(yùn)算和處理電路、振蕩電路等。數(shù)字電路是用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路，或稱(chēng)為數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱(chēng)數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成，具有集成度高、速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。模擬電路數(shù)字電路3.模擬電路與數(shù)字電路數(shù)字電路以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，具有很強(qiáng)的邏輯性，易于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能。邏輯性強(qiáng)數(shù)字電路采用離散的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸和處理，因此抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高?？煽啃愿邤?shù)字電路采用半導(dǎo)體工藝制成，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。易于集成數(shù)字電路可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)不同的功能，因此靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)。靈活性好4.數(shù)字電路的特點(diǎn)定義數(shù)制也稱(chēng)計(jì)數(shù)制，是用一組固定的符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)值的方法。分類(lèi)數(shù)制可分為非進(jìn)位計(jì)數(shù)制和進(jìn)位計(jì)數(shù)制。非進(jìn)位計(jì)數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制等；進(jìn)位計(jì)數(shù)制有八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。（二）數(shù)制與碼制1.數(shù)制十進(jìn)制是我們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槭煜さ挠?jì)數(shù)制，每一位上的數(shù)碼都是0~9之間的數(shù)字。定義逢十進(jìn)一，即當(dāng)某一位的數(shù)值達(dá)到10時(shí)，就會(huì)向高位進(jìn)位。特點(diǎn)（1）十進(jìn)制二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用的計(jì)數(shù)制，每一位上的數(shù)碼只能是0或1。定義特點(diǎn)應(yīng)用逢二進(jìn)一，即當(dāng)某一位的數(shù)值達(dá)到2時(shí)，就會(huì)向高位進(jìn)位。二進(jìn)制在數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)、汽車(chē)傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。030201（2）二進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制將非十進(jìn)制數(shù)按展開(kāi)式展開(kāi)，然后相加，可得出結(jié)果。即將二進(jìn)制每位上的數(shù)乘以權(quán)（即該數(shù)位上的1表示2的多少次方），然后相加之和即是十進(jìn)制數(shù)。

例如：

110101（2）=1+1×22+1×24+1×25=53故答案為：53．十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，整數(shù)部分和小數(shù)部分要用不同的方法來(lái)處理；（1）整數(shù)部分：將十進(jìn)制數(shù)除以2，然后將商繼續(xù)除以2，直到商為0，然后將依次所得的余數(shù)倒序排列即可；（2）小數(shù)部分：采用乘2取整法：將小數(shù)乘以2，所得積的整數(shù)部分即為二進(jìn)制數(shù)十分位上的數(shù)碼，再將此積的小數(shù)部分乘以2，所得積的整數(shù)部分為二進(jìn)制數(shù)百分位上的數(shù)碼，如此反復(fù)…直到積是0為止．（3）二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制舉例：解：（1）107÷2=53…153÷2=26…126÷2=13…013÷2=6…16÷2=3…03÷2=1…11÷2=0…1故107（10）=1101011（2）（2）0.625×2=1.25，所以二進(jìn)制十分位上的數(shù)為1；0.25×2=0.5，所以二進(jìn)制百分位上的數(shù)為0；0.5×2=1，所以二進(jìn)制千分位上的數(shù)為1；即（0.625）10=（0.101）2由此可得十進(jìn)制數(shù)107.625對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為（107.625）10=（1101011.101）2例：將十進(jìn)制數(shù)107.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)2.碼制定義碼制是指用二進(jìn)制代碼來(lái)表示特定信息的方法。分類(lèi)常見(jiàn)的碼制有原碼、反碼、補(bǔ)碼等。它們?cè)跀?shù)字電路和計(jì)算機(jī)中有著廣泛的應(yīng)用，用于表示數(shù)值、字符等信息。與門(mén)電路實(shí)現(xiàn)邏輯與操作，即所有輸入為高電平時(shí)輸出才為高電平?；蜷T(mén)電路實(shí)現(xiàn)邏輯或操作，即任一輸入為高電平時(shí)輸出就為高電平。非門(mén)電路實(shí)現(xiàn)邏輯非操作，即輸入為高電平時(shí)輸出為低電平，輸入為低電平時(shí)輸出為高電平。（三）基本邏輯門(mén)電路

當(dāng)決定某一事件的所有條件都具備時(shí)該事件才會(huì)發(fā)生，這種因果關(guān)系稱(chēng)為“與”邏輯關(guān)系，即只有當(dāng)所有輸入都為1時(shí)，輸出才為1；否則輸出為0。1.“與”邏輯和“與”門(mén)電路（1）“與”邏輯

如圖所示電路，用兩個(gè)開(kāi)關(guān)A、B串聯(lián)控制照明燈，只有當(dāng)A、B都閉合時(shí)，照明燈才會(huì)亮，若有一個(gè)開(kāi)關(guān)不閉合，燈都不會(huì)亮。

實(shí)現(xiàn)“與”邏輯功能的電路稱(chēng)為“與”門(mén)電路。它有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端和一個(gè)輸出端。1.“與”邏輯和“與”門(mén)電路（2）“與”門(mén)電路

如圖為二極管組成的“與”門(mén)電路及邏輯符號(hào)，它有兩個(gè)輸入端A、B，一個(gè)輸出端L。假定輸人信號(hào)的高電平為+5V，低電平為0V，則按輸入信號(hào)的不同可分為不同的情況。只要有一個(gè)輸入為1，輸出就為1；只有當(dāng)所有輸入都為0時(shí)，輸出才為0?！盎颉边壿媽?shí)現(xiàn)“或”邏輯功能的電路稱(chēng)為“或”門(mén)電路。它也有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端和一個(gè)輸出端。“或”門(mén)電路2.“或”邏輯和“或”門(mén)電路“非”邏輯輸出與輸入相反，即輸入為1時(shí)輸出為0，輸入為0時(shí)輸出為1?！胺恰遍T(mén)電路實(shí)現(xiàn)“非”邏輯功能的電路稱(chēng)為“非”門(mén)電路。它有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。3.“非”邏輯和“非”門(mén)電路（四）組合邏輯門(mén)電路汽車(chē)上的各種控制電路，往往將上述的基本門(mén)電路組合起來(lái)，構(gòu)成常用的組合邏輯電路，以實(shí)現(xiàn)各種控制功能。如將與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單組合，可構(gòu)成另一些復(fù)合邏輯門(mén)。

這些復(fù)合門(mén)電路具有帶負(fù)載能力，工作速度和可靠性方面都得到了很大提高，因此成為邏輯電路中最常用的基本電路。與非門(mén)定義與非門(mén)真值表與非門(mén)應(yīng)用與非門(mén)電路實(shí)現(xiàn)1.與非門(mén)與非門(mén)是與門(mén)和非門(mén)的結(jié)合，即先進(jìn)行與運(yùn)算，再進(jìn)行非運(yùn)算，具有多個(gè)輸入和一個(gè)輸出。與非門(mén)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部有著廣泛的應(yīng)用，例如用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)?。?dāng)輸入端中有1個(gè)或1個(gè)以上是低電平時(shí)，輸出為高電平；只有所有輸入是高電平時(shí)，輸出才是低電平。與非門(mén)電路可以由多個(gè)晶體管、電阻、電容等元件組成，也可以使用集成電路實(shí)現(xiàn)?；蚍情T(mén)定義或非門(mén)是數(shù)字邏輯電路中的基本元件，實(shí)現(xiàn)邏輯或非功能，即當(dāng)輸入端中有一個(gè)或一個(gè)是高電平時(shí)，輸出就是低電平；只有當(dāng)所有的輸入端都為低電平時(shí)，輸出才是高電平?；蚍情T(mén)應(yīng)用或非門(mén)在數(shù)字電路中也有廣泛的應(yīng)用，例如用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反相、多路選擇等?；蚍情T(mén)電路實(shí)現(xiàn)或非門(mén)電路同樣可以由多個(gè)晶體管、電阻、電容等元件組成，也可以使用集成電路實(shí)現(xiàn)。此外，或非門(mén)還可以通過(guò)其他邏輯門(mén)電路的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蚍情T(mén)真值表或非門(mén)的真值表反映了輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系，當(dāng)任意輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平；只有當(dāng)所有輸入為低電平時(shí)，輸出才為高電平。2.或非門(mén)觸發(fā)器時(shí)序邏輯電路一般都是由觸發(fā)器組成的，如計(jì)數(shù)器、寄存器等。它具有記憶功能的邏輯單元，可以存儲(chǔ)和傳遞信息。寄存器由多個(gè)觸發(fā)器組成，可以存儲(chǔ)多位二進(jìn)制數(shù)。計(jì)數(shù)器具有計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯電路，可以實(shí)現(xiàn)加法、減法、分頻等操作。（五）時(shí)序邏輯電路基本R-S觸發(fā)器由兩個(gè)與非門(mén)交叉連接構(gòu)成，具有置0、置1和保持功能。同步R-S觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)R、S的狀態(tài)改變輸出狀態(tài)。主從R-S觸發(fā)器由兩個(gè)同步R-S觸發(fā)器級(jí)聯(lián)而成，具有主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，可消除空翻現(xiàn)象。1.R-S觸發(fā)器123具有兩個(gè)輸入端J和K，以及一個(gè)時(shí)鐘輸入端CP，可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、置0、置1和保持四種功能。J-K觸發(fā)器的特點(diǎn)當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP為1時(shí)，根據(jù)J、K輸入端的狀態(tài)改變輸出狀態(tài)；當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP為0時(shí)，輸出狀態(tài)保持不變。J-K觸發(fā)器的邏輯功能廣泛應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器、分頻器、寄存器等電路。J-K觸發(fā)器的應(yīng)用2.J-K觸發(fā)器具有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端D、一個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和一個(gè)輸出端Q，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。D觸發(fā)器的特點(diǎn)當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來(lái)時(shí)，將輸入端D的狀態(tài)存入觸發(fā)器，并輸出到輸出端Q；當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP為低電平時(shí)，輸出狀態(tài)保持不變。D觸發(fā)器的邏輯功能常用于數(shù)字系統(tǒng)中的寄存器、移位器等電路，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。D觸發(fā)器的應(yīng)用3.D觸發(fā)器T觸發(fā)器的特點(diǎn)01具有一個(gè)輸入端T和一個(gè)時(shí)鐘輸入端CP，可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和保持兩種功能。T觸發(fā)器的邏輯功能02當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP為1時(shí)，若輸入端T為1，則觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；若輸入端T為0，則觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP為0時(shí)，輸出狀態(tài)保持不變。T觸發(fā)器的應(yīng)用03常用于數(shù)字系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器、分頻器等電路，以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)或分頻功能。4.T觸發(fā)器03集成電路分類(lèi)根據(jù)功能和用途的不同，集成電路可分為數(shù)字電路、模擬電路和數(shù)?；旌想娐返阮?lèi)型。按其晶體管的性質(zhì)可分為雙極型晶體管（TTL系列）和單極型集成電路（CMOS系列）01集成電路定義集成電路是一種微型電子器件或部件，由多個(gè)元件集成在一塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，具有特定的電路功能。與分立電路相比，數(shù)字集成電路成本低、可靠性高且便于安裝調(diào)試02集成電路發(fā)展歷程集成電路的發(fā)明標(biāo)志著電子技術(shù)的重大突破，經(jīng)歷了從小規(guī)模到大規(guī)模、超大規(guī)模的發(fā)展過(guò)程。二、集成電路（一）認(rèn)識(shí)集成電路基本的邏輯門(mén)電路之一，實(shí)現(xiàn)邏輯非的功能。TTL與非門(mén)電路另一種基本的邏輯門(mén)電路，實(shí)現(xiàn)邏輯或的功能。TTL或非門(mén)電路1.TTL集成邏輯門(mén)電路其他TTL門(mén)電路包括與門(mén)、或門(mén)、異或門(mén)、同或門(mén)等。1.TTL集成邏輯門(mén)電路（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)TTL電路內(nèi)部采用多發(fā)射極三極管，輸出電阻低，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。TTL電路采用雙極型工藝制造，具有高速度、低功耗和品種多等特點(diǎn)。TTL電路電源電壓范圍較窄，抗干擾能力較弱。1.TTL集成邏輯門(mén)電路

2.CMOS邏輯門(mén)電路CMOS電路特點(diǎn)CMOS電路采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝制造，具有低功耗、高噪聲容限和寬電源電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。CMOS門(mén)電路類(lèi)別包括CMOS與非門(mén)、CMOS或非門(mén)、CMOS傳輸門(mén)等。CMOS電路應(yīng)用CMOS電路廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字系統(tǒng)和微處理器中。汽車(chē)常用的集成電路有水箱水位過(guò)低報(bào)警電路。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元集成電路用于控制車(chē)身的燈光、門(mén)鎖和車(chē)窗等功能。車(chē)身控制模塊集成電路用于顯示儀表信息和控制音響、導(dǎo)航等娛樂(lè)系統(tǒng)。儀表和娛樂(lè)系統(tǒng)集成電路用于控制安全氣囊、ABS防抱死剎車(chē)系統(tǒng)等安全裝置。安全系統(tǒng)（二）集成電路在汽車(chē)上的應(yīng)用任務(wù)實(shí)施04深入了解汽車(chē)水箱水位過(guò)低報(bào)警電路的工作原理和組成部分。了解集成門(mén)電路模擬信號(hào)在汽車(chē)上的應(yīng)用。學(xué)會(huì)分析電路圖，理解電路信號(hào)傳輸和處理過(guò)程。任務(wù)一：汽車(chē)水箱水位過(guò)低報(bào)警電路安裝調(diào)試汽車(chē)水箱水位傳感器通常采用浮子式、電極式或壓力式等類(lèi)型，根據(jù)水位高低變化輸出相應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行傳輸。水位傳感器種類(lèi)水位傳感器的信號(hào)線與控制器相應(yīng)端口連接，確保信號(hào)穩(wěn)定傳輸且不受干擾。傳感器與控制器連接控制器接收水位傳感器傳來(lái)的電信號(hào)后，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于后續(xù)處理與判斷。信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理資訊1：水位傳感器工作原理

報(bào)警指示方式汽車(chē)水箱水位過(guò)低報(bào)警電路通常采用聲光報(bào)警方式，通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)點(diǎn)亮報(bào)警指示燈進(jìn)行視覺(jué)提示。輸出電路類(lèi)型報(bào)警輸出電路可采用繼電器輸出、晶體管輸出或集成電路輸出等類(lèi)型，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的輸出電路類(lèi)型。輸出電路連接方式將報(bào)警輸出電路與汽車(chē)儀表盤(pán)或中控臺(tái)上的報(bào)警指示燈和蜂鳴器連接，確保報(bào)警信號(hào)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞給駕駛員。資訊2：水位傳感器工