數字電路的認知及應用學習目標情境描述知識解析任務實施課程思政contents目錄學習目標01素養目標培養通過互聯網、書籍等渠道獲取信息分析問題的能力培養獨立自學、討論合作的學習能力，學生對比辨別的辯證思考能力樹立7S標準規范意識培養學生安全生產、安全操作的安全意識樹立7S標準規范意識知識目標熟悉理解數字電路的概念、特點，掌握各種進制互換。掌握邏輯電路概念及分析方法。了解集成邏輯門分類及特點。掌握“與”、“或”、“非”及其復合邏輯關系。技能目標學會查閱集成電路手冊。學會用集成組合邏輯器件連接、調試電路。能簡單分析、解決一些實際數字電路問題。情境描述02情境描述該事故發生在一家汽車維修店，涉及一輛新能源汽車的維修工作。一輛行駛里程約8.6萬km的2019款北汽EC3轎車來店維修。用戶反映：該車經常出現冷卻液液位過低的報警現象。通過診斷檢查、試車，測量冷卻液液位開關，當故障出現時，測量冷卻液液位開關電阻為無窮大，輸出錯誤電氣信號，導致報警。這是一個關于數字電路的案例，作為新能源汽車專業的學生，遇到數字電路的問題應如何處理？任務分析

在汽車電子電路中，電信號主要在傳感器、ECU及執行器件之間進行傳遞。傳感器輸入ECU的信號大體上可以分兩種：一種是連續變化的模擬信號；另一種是高電壓、低電壓間隔變化的脈沖式數字信號。數字電路具有精度高、易于集成、成本低廉和抗干擾能力強等特點。在汽車電路中數字電路被廣泛應用，電控單元ECU就是一個典型的數字電路系統。了解汽車數字電路的基礎知識對于維修、診斷和升級汽車電子系統至關重要。知識解析03一、邏輯電路數字電路也稱為邏輯電路。邏輯電路包括基本邏輯門電路、組合邏輯門電路和時序邏輯電路03應用模擬信號在早期的電子設備和通信系統中得到廣泛應用，如電話、電視等。01定義模擬信號是指用連續變化的物理量表示的信息，其信號的幅度，或頻率，或相位隨時間作連續變化。02特點模擬信號的處理和傳輸比較直觀和容易實現，但容易受到噪聲和失真的影響，且難以進行遠距離傳輸和大規模集成。（一）模擬與數字1.模擬信號數字信號是指自變量是離散的、因變量也是離散的信號，這種信號的自變量用整數表示，因變量用有限數字中的一個數字來表示。定義數字信號具有抗干擾能力強、易于存儲、處理和傳輸等優點，是現代電子設備和通信系統的主要信號形式。特點數字信號在計算機、通信、控制等領域得到廣泛應用，如數字計算機、數字通信等。應用2.數字信號模擬電路是指用來對模擬信號進行傳輸、變換、處理、放大、測量和顯示等工作的電路。它是電子電路的基礎，主要包括放大電路、信號運算和處理電路、振蕩電路等。數字電路是用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路，或稱為數字系統。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數字邏輯電路。現代的數字電路由半導體工藝制成，具有集成度高、速度快、功耗低等優點。模擬電路數字電路3.模擬電路與數字電路數字電路以二進制為基礎，具有很強的邏輯性，易于實現各種復雜的邏輯功能。邏輯性強數字電路采用離散的數字信號進行傳輸和處理，因此抗干擾能力強，可靠性高。可靠性高數字電路采用半導體工藝制成，易于實現大規模集成，提高系統的性能和可靠性。易于集成數字電路可以通過編程實現不同的功能，因此靈活性好，適應性強。靈活性好4.數字電路的特點定義數制也稱計數制，是用一組固定的符號和統一的規則來表示數值的方法。分類數制可分為非進位計數制和進位計數制。非進位計數制有十進制、二進制等；進位計數制有八進制、十六進制等。（二）數制與碼制1.數制十進制是我們日常生活中最為熟悉的計數制，每一位上的數碼都是0~9之間的數字。定義逢十進一，即當某一位的數值達到10時，就會向高位進位。特點（1）十進制二進制是計算機內部采用的計數制，每一位上的數碼只能是0或1。定義特點應用逢二進一，即當某一位的數值達到2時，就會向高位進位。二進制在數字電路、計算機、汽車傳感器等領域有著廣泛的應用。030201（2）二進制二進制轉十進制將非十進制數按展開式展開，然后相加，可得出結果。即將二進制每位上的數乘以權（即該數位上的1表示2的多少次方），然后相加之和即是十進制數。

例如：

110101（2）=1+1×22+1×24+1×25=53故答案為：53．十進制轉二進制十進制數轉化為二進制數時，整數部分和小數部分要用不同的方法來處理；（1）整數部分：將十進制數除以2，然后將商繼續除以2，直到商為0，然后將依次所得的余數倒序排列即可；（2）小數部分：采用乘2取整法：將小數乘以2，所得積的整數部分即為二進制數十分位上的數碼，再將此積的小數部分乘以2，所得積的整數部分為二進制數百分位上的數碼，如此反復…直到積是0為止．（3）二進制與十進制的轉換十進制轉二進制舉例：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，所以二進制十分位上的數為1；0.25×2=0.5，所以二進制百分位上的數為0；0.5×2=1，所以二進制千分位上的數為1；即（0.625）10=（0.101）2由此可得十進制數107.625對應的二進制數為（107.625）10=（1101011.101）2例：將十進制數107.625轉換成二進制數2.碼制定義碼制是指用二進制代碼來表示特定信息的方法。分類常見的碼制有原碼、反碼、補碼等。它們在數字電路和計算機中有著廣泛的應用，用于表示數值、字符等信息。與門電路實現邏輯與操作，即所有輸入為高電平時輸出才為高電平。或門電路實現邏輯或操作，即任一輸入為高電平時輸出就為高電平。非門電路實現邏輯非操作，即輸入為高電平時輸出為低電平，輸入為低電平時輸出為高電平。（三）基本邏輯門電路

當決定某一事件的所有條件都具備時該事件才會發生，這種因果關系稱為“與”邏輯關系，即只有當所有輸入都為1時，輸出才為1；否則輸出為0。1.“與”邏輯和“與”門電路（1）“與”邏輯

如圖所示電路，用兩個開關A、B串聯控制照明燈，只有當A、B都閉合時，照明燈才會亮，若有一個開關不閉合，燈都不會亮。

實現“與”邏輯功能的電路稱為“與”門電路。它有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端。1.“與”邏輯和“與”門電路（2）“與”門電路

如圖為二極管組成的“與”門電路及邏輯符號，它有兩個輸入端A、B，一個輸出端L。假定輸人信號的高電平為+5V，低電平為0V，則按輸入信號的不同可分為不同的情況。只要有一個輸入為1，輸出就為1；只有當所有輸入都為0時，輸出才為0。“或”邏輯實現“或”邏輯功能的電路稱為“或”門電路。它也有兩個或兩個以上的輸入端和一個輸出端。“或”門電路2.“或”邏輯和“或”門電路“非”邏輯輸出與輸入相反，即輸入為1時輸出為0，輸入為0時輸出為1。“非”門電路實現“非”邏輯功能的電路稱為“非”門電路。它有一個輸入端和一個輸出端。3.“非”邏輯和“非”門電路（四）組合邏輯門電路汽車上的各種控制電路，往往將上述的基本門電路組合起來，構成常用的組合邏輯電路，以實現各種控制功能。如將與門、或門、非門經過簡單組合，可構成另一些復合邏輯門。

這些復合門電路具有帶負載能力，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。與非門定義與非門真值表與非門應用與非門電路實現1.與非門與非門是與門和非門的結合，即先進行與運算，再進行非運算，具有多個輸入和一個輸出。與非門在計算機內部有著廣泛的應用，例如用于實現算術和邏輯運算、數據存儲和傳輸等。當輸入端中有1個或1個以上是低電平時，輸出為高電平；只有所有輸入是高電平時，輸出才是低電平。與非門電路可以由多個晶體管、電阻、電容等元件組成，也可以使用集成電路實現。或非門定義或非門是數字邏輯電路中的基本元件，實現邏輯或非功能，即當輸入端中有一個或一個是高電平時，輸出就是低電平；只有當所有的輸入端都為低電平時，輸出才是高電平。或非門應用或非門在數字電路中也有廣泛的應用，例如用于實現信號的反相、多路選擇等。或非門電路實現或非門電路同樣可以由多個晶體管、電阻、電容等元件組成，也可以使用集成電路實現。此外，或非門還可以通過其他邏輯門電路的組合來實現。或非門真值表或非門的真值表反映了輸入與輸出之間的邏輯關系，當任意輸入為高電平時，輸出為低電平；只有當所有輸入為低電平時，輸出才為高電平。2.或非門觸發器時序邏輯電路一般都是由觸發器組成的，如計數器、寄存器等。它具有記憶功能的邏輯單元，可以存儲和傳遞信息。寄存器由多個觸發器組成，可以存儲多位二進制數。計數器具有計數功能的時序邏輯電路，可以實現加法、減法、分頻等操作。（五）時序邏輯電路基本R-S觸發器由兩個與非門交叉連接構成，具有置0、置1和保持功能。同步R-S觸發器在時鐘脈沖控制下，根據輸入信號R、S的狀態改變輸出狀態。主從R-S觸發器由兩個同步R-S觸發器級聯而成，具有主觸發器和從觸發器，可消除空翻現象。1.R-S觸發器123具有兩個輸入端J和K，以及一個時鐘輸入端CP，可實現翻轉、置0、置1和保持四種功能。J-K觸發器的特點當時鐘脈沖CP為1時，根據J、K輸入端的狀態改變輸出狀態；當時鐘脈沖CP為0時，輸出狀態保持不變。J-K觸發器的邏輯功能廣泛應用于數字系統中的計數器、分頻器、寄存器等電路。J-K觸發器的應用2.J-K觸發器具有一個數據輸入端D、一個時鐘輸入端CP和一個輸出端Q，可實現數據的存儲和傳輸。D觸發器的特點當時鐘脈沖CP上升沿到來時，將輸入端D的狀態存入觸發器，并輸出到輸出端Q；當時鐘脈沖CP為低電平時，輸出狀態保持不變。D觸發器的邏輯功能常用于數字系統中的寄存器、移位器等電路，以實現數據的存儲和傳輸。D觸發器的應用3.D觸發器T觸發器的特點01具有一個輸入端T和一個時鐘輸入端CP，可實現翻轉和保持兩種功能。T觸發器的邏輯功能02當時鐘脈沖CP為1時，若輸入端T為1，則觸發器翻轉；若輸入端T為0，則觸發器保持原狀態不變。當時鐘脈沖CP為0時，輸出狀態保持不變。T觸發器的應用03常用于數字系統中的計數器、分頻器等電路，以實現翻轉計數或分頻功能。4.T觸發器03集成電路分類根據功能和用途的不同，集成電路可分為數字電路、模擬電路和數模混合電路等類型。按其晶體管的性質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，由多個元件集成在一塊半導體晶片或介質基片上，具有特定的電路功能。與分立電路相比，數字集成電路成本低、可靠性高且便于安裝調試02集成電路發展歷程集成電路的發明標志著電子技術的重大突破，經歷了從小規模到大規模、超大規模的發展過程。二、集成電路（一）認識集成電路基本的邏輯門電路之一，實現邏輯非的功能。TTL與非門電路另一種基本的邏輯門電路，實現邏輯或的功能。TTL或非門電路1.TTL集成邏輯門電路其他TTL門電路包括與門、或門、異或門、同或門等。1.TTL集成邏輯門電路（2）結構特點TTL電路內部采用多發射極三極管，輸出電阻低，驅動能力強。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。TTL電路電源電壓范圍較窄，抗干擾能力較弱。1.TTL集成邏輯門電路

2.CMOS邏輯門電路CMOS電路特點CMOS電路采用互補金屬氧化物半導體工藝制造，具有低功耗、高噪聲容限和寬電源電壓范圍等優點。CMOS門電路類別包括CMOS與非門、CMOS或非門、CMOS傳輸門等。CMOS電路應用CMOS電路廣泛應用于各種數字系統和微處理器中。汽車常用的集成電路有水箱水位過低報警電路。發動機控制單元集成電路用于控制車身的燈光、門鎖和車窗等功能。車身控制模塊集成電路用于顯示儀表信息和控制音響、導航等娛樂系統。儀表和娛樂系統集成電路用于控制安全氣囊、ABS防抱死剎車系統等安全裝置。安全系統（二）集成電路在汽車上的應用任務實施04深入了解汽車水箱水位過低報警電路的工作原理和組成部分。了解集成門電路模擬信號在汽車上的應用。學會分析電路圖，理解電路信號傳輸和處理過程。任務一：汽車水箱水位過低報警電路安裝調試汽車水箱水位傳感器通常采用浮子式、電極式或壓力式等類型，根據水位高低變化輸出相應電信號進行傳輸。水位傳感器種類水位傳感器的信號線與控制器相應端口連接，確保信號穩定傳輸且不受干擾。傳感器與控制器連接控制器接收水位傳感器傳來的電信號后，進行信號轉換與處理，將模擬信號轉換為數字信號，便于后續處理與判斷。信號轉換與處理資訊1：水位傳感器工作原理

報警指示方式汽車水箱水位過低報警電路通常采用聲光報警方式，通過蜂鳴器發出聲音報警，同時點亮報警指示燈進行視覺提示。輸出電路類型報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型，根據實際需求選擇合適的輸出電路類型。輸出電路連接方式將報警輸出電路與汽車儀表盤或中控臺上的報警指示燈和蜂鳴器連接，確保報警信號能夠及時、準確地傳遞給駕駛員。資訊2：水位傳感器工