模拟汽车尾灯的电路实验

其中ki称为数制的系数，表示第i位的系数，十进制ki的取值为0—9十个数，i取值从（n－1）～0的所有正整数到－1～－m的所有负整数。

10i表示第i位的权值，10为基数，即采用数码的个数。

n，m为正整数，n为整数部分的位数，m为小数部分的位数。

例如：（249．56）10＝2×102＋4×101＋9×100＋5×10-1＋6×10－2

其中n＝3，m＝2。

2．二进制

进位规则是“逢二进一”，任意一个n位整数、m位小数的二进制可表示为：

其中ki取值只有两个数码：0和1。

2i为二进制的权，基数为2。

n，m为正整数。

如（11011．101）2＝1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＝（27．625）10

一个数码的进制表示，可用下标，如（N）2表示二进制；（N）10表示十进制；（N）8表示八进制，（N）16表示十六进制。

二、十进制数转换成二进制数

将十进制数转换成二进制数，原则是“整数除2，小数乘2”。

1．进制的整数转换

将十进制的整数部分用基数2去除，保留余数，再用商除2，依次下去，直到商为0为止，其余数即为对应的二进制数的整数部分。

2．十进制的小数转换

将小数用基数2去乘，保留积的整数，再用积的小数继续乘2，依次下去，直到乘积是0或达到要求的精度，其积的整数部分即为对应的二进制数的小数部分。

例如将（173．39）10转化成二进制数，其过程如下：

（1）整数部分

即（173）10＝（10101101）2

（2）小数部分

（0．39）10＝（0．0110001）2

故（173．39）2＝（10101101．0110001）2

以此类推，对于十进制转换成其他进制，只要把基数2换成其他进制的基数即可。

三、门电路知识

在二进制逻辑函数中，最基本的逻辑运算有与（AND）、或（OR）、非（NOT）3种逻辑运算。而实现3种逻辑运算功能的电路即被称为与门、或门、非门。

1．与门

如图3-1所示电路，两个串联的开关控制一盏灯就是与逻辑实例，只有开关A，B同时闭合时灯才会亮。设开关闭合用“1”表示，断开用“0”表示；灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示（逻辑赋值），则可得到表3-4所示的输入输出的逻辑关系，称为真值表。

图3-1　与逻辑电路

表3-4　与逻辑真值表

从表3-4中可知，其逻辑规律服从“有0出0，全1才出1”。

这种与逻辑表达式可表示为Y＝AB，称为与逻辑式，这种运算称为与运算。

也可以用如图3-2所示表示与逻辑，称为逻辑门或逻辑符号，实现与逻辑运算的门电路称为与门。

若有n个逻辑变量作与运算，其表达式可表示为：

Y＝A1A2…An

2．或门

如图3-3所示电路，两个并联的开关控制一盏灯就是或逻辑实例，只要开关A，B有一个闭合时灯就会亮。

图3-2　与门逻辑符号

图3-3　或逻辑电路

图3-4　或门逻辑符号

用与前面相同的逻辑赋值同样也可得到其真值表见表3-5，其逻辑规律服从“有1出1，全0才出0”。

其表达式为：

Y＝A＋B

其逻辑门符号如图3-4所示，实现或逻辑运算的门电路称为或门。

若有n个逻辑变量作或运算，其逻辑式可表示为：

Y＝A1＋A2＋…＋An

表3-5　或门逻辑真值表

3．非门

如图3-5所示电路，一个开关控制一盏灯就是非逻辑实例，当开关A闭合时灯就会不亮。

用与前面相同的逻辑赋值，同样也可得到其真值表见表3-6。

图3-5　非逻辑电路

表3-6　非门逻辑真值表

非逻辑运算也称逻辑非或非运算、反相运算，即输出变量是输入变量的相反状态，其表达式为：

其逻辑门符号如图3-6所示，实现非逻辑运算的门电路称为非门。

图3-6　非门逻辑符号

以上为最基本的3种逻辑运算，除此之外，还有下面的由基本逻辑运算组合出来的逻辑运算。

4．与非门

与非运算是先与运算后非运算的组合。其表达式为：

其真值表见表3-7。

其逻辑规律服从“有0出1，全1才出0”。

实现与非运算用与非门电路来实现，如图3-7所示。

表3-7　与非门逻辑真值表

图3-7　与非门逻辑符号

5．或非门

或非运算是先或运算后非运算的组合。其表达式为：

其真值表见表3-8。

表3-8　或非门逻辑真值表

或非逻辑规律服从有“1出0，全0出1”。

或非运算用或非门电路来实现，如图3-8所示。

图3-8　或非门逻辑符号

任务二　基本RS触发器逻辑功能的测试

【任务描述】

本次任务主要对基本RS触发器逻辑功能进行测试，熟悉基本RS触发器的工作原理，掌握数字试验箱的使用方法。

【任务目标】

①进一步掌握RS触发器的逻辑功能。

②学会使用数字试验箱。

③能正确使用示波器。

【设备与器材】

集成与非门74LS00、数字试验箱、示波器。

【任务实施】

①按如图3-9（a）所示连接电路，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端接逻辑开关的输出口，输出端Q，接逻辑电平显示灯输入接口。

图3-9　基本RS触发器

②按表3-9的要求测试并记录。

表3-9　RS触发器的逻辑功能

【相关知识】

一、基本RS触发器的逻辑功能

基本RS触发器有置“0”、置“1”和“保持”3种功能。通常为置“1”端，因为＝0时触发器被置“1”；端为置“0”端，因为＝0时触发器被置“0”；当＝＝1时，触发器状态保持。基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平有效置位触发器。

二、使用基本RS触发器的注意事项

基本RS触发器有Q和两个输出端，这两个输出端是互补的。通常以Q端的值作为触发器的状态，当Q为1时，则触发器处于置位状态，当Q为0时处于复位状态。在同一时刻，只能处于其中一个状态。因此触发器不能同时为1。

①R＝0，S＝0时，状态不变。

②R＝0，S＝1时，置位状态，置为1。

③R＝1，S＝0时，复位状态，复位为0。

④R＝1，S＝1时，触发器的状态是不定的。

任务三　模拟汽车尾灯的电路实验

【任务目标】

①熟悉手工焊锡常用工具的使用及其维护与修理。

②各种数字集成电子元件的识别与参数判断。

③了解集成元件在电子电路中的用途与用法。

【设备与器材】

模拟汽车尾灯电路实验的设备与器材见表3-10。

表3-10　设备与器材

【任务实施】

①按如图3-10所示原理图搭建汽车尾灯电路。

汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹车4种情况，设汽车尾部左右两侧各有3盏指示灯（用发光二极管模拟）。

a．汽车正常运行时指示灯全灭。

b．汽车右转弯时，右侧3盏灯按右循环顺序点亮。

c．汽车左转弯时，左侧3盏灯按左循环顺序点亮。

图3-10　汽车尾灯电路原理图

d．汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁。

汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。由于汽车左转或右转时，3盏指示灯循环点亮，因此，用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。

首先，设置两个可控的开关，可产生00，01，10，11四种状态。

a．开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态。

b．开关置为01状态时，汽车处于右转弯状态。

c开关置为10状态时，汽车处于左转弯状态。

d．开关置为11状态时，汽车处于刹车状态。

三进制计数器可由74LS163芯片和74LS00构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成。

原理图如图3-11所示。

②使用示波器观察脉冲发生源及计数器输出电压波形，绘制于表3-11中。

表3-11　脉冲发生源及计数器输出电压波形

③使用万用表分别测量定时器、计数器、译码器电源电压并填入表3-12中。

表3-12　定时器、计数器、译码器电源电压值

④改变定时器输出频率，使用示波器再次测量计数器输出波形并填入表3-13中。

表3-13　计数器输出波形

【实训总结】

①整理测量数据，填写上述列表，通过实验数据分析模拟汽车尾灯电路的工作原理。

②简述调整定时器输出频率的步骤及方法。

③填写任务评价表，见表3-14。

表3-14　任务评价表

【相关知识】

一、时钟脉冲电路

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2／3Vcc，A2的同相输入端的电压为1／3Vcc，若触发输入端TR的电压小于1／3Vcc，则比较器A2的输出为1，可使RS触发置1，使输出端OUT为1。如果阙值输入端TH的电压大于2／3Vcc，同时TR电压大于1／3Vcc，则A1输出为1，A2输出为0，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。

二、开关控制电路

开关控制电路通过控制开关J1和J2的开通与关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯和刹车4种状态。

三、三进制计数器

汽车左或右转弯时由于是3盏指示灯循环点亮，因此，用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表（0表示灯灭，1表示灯亮），见表3-15。

表3-15　三进制计数器功能表

此计数器主要由74LS163芯片构成，74LS163计数功能如下：其计数是同步的，靠CP同时加在4个触发器上而实现的，当CTp和CTt均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0—Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于74LS163，只有当CP为高电平时CTp和CTt才允许高至低电平的跳变，而与CP无关。

74LS163的引脚如图3-12所示，其真值表见表3-16。

图3-12　74LS163引脚图

表3-16　74LS163真值表

四、译码、显示驱动电路

此电路由74LS138芯片和6个与非门、6个反向器和发光二极管构成。74LS138为3线—8线译码器，其工作原理如下：当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可以作数据分配器。其引脚如图3-13所示，真值表见表3-17。

图3-13　74LS138引脚图

表3-17　74LS138真值表