电子控制系统的信号处理22.ppt

1、数字自动售货机自动取款机自动售货机自动咖啡机数字测重器用门电路实现逻辑关系用门电路实现逻辑关系触发器及其在电子控制系统中的作用触发器及其在电子控制系统中的作用数字电路的基本单元电路是门电路和触发器，触发器又是由门电路构成的；在数字电路中，门电路用于实现各种逻辑关系，触发器用于存储数据：任何复杂的电子控制系统中的控制部分都可用数字电路实现。用门电路实现逻辑关系案例分析案例分析普通电子秤上显示的价格的最小单位是“分”。小明想在秤上加一个四舍五入的电路，能自动对电子秤显示的“分”值作四舍五入处理，使显示的最小值为“角”。请你帮他设计此电路。设计数字电路的步骤是：(1)对电路的输入端、输出端的名称及其

2、所代表的逻辑含义加以指定；(2)根据能使输出为1的条件，分析其辅出与输入之间的逻辑关系；(3)将上述逻辑关系用逻辑表达式表示；(4)选择合适的数字集成电路和其他有关器件搭接此电路。按上述步骤，对该案例设计步骤的前两步分析如下：第一步：由于在电子秤中，每1位十进制数是用4位二进制数表示的，所以电路应有4个输入C8、C4、C2、C1，它们对应的十进制数为N。电路应有1个输出C0，它代表“分”向“角”的进位。当N4时，C0为0；当N5时，C0为1。第二步：从表中可以看出，能使输出C0为1的条件有3种情况；(1)只要C8为1，如N=8和N=9时，C0一定为l；(2)若C4和C1同为1，如N=5和N=7

3、时，C0=1；(3)若C4和C2同为1，如N=6和N=7时，C0=1。请按设计步骤完成第三步、第四步设计。其中，输入信号可照右图方法用一个单刀双掷开关获得；输出可用发光二极管作指示，F=1时，发光二极管发光。触发器及其在电子控制系统中的作用基本触发器的记忆作用在数字电路中常常需要将某个信号(电平)保持一段时间。基本触发器逻辑图基本触发器波形触发器（能够存储位二值信号的基本单元电路统称为触发器。）数字电路中能将二进制数据记忆住的基本单元电路称为触发器，其中数字电路中能将二进制数据记忆住的基本单元电路称为触发器，其中最简单的最简单的种称为基本触发器，通常由种称为基本触发器，通常由2 2只或非门只或

4、非门(或或2 2只与非门只与非门)交叉连接交叉连接构成。构成。任何触发器都有任何触发器都有2 2个输出端个输出端Q Q和和 Q Q，正常情况下，正常情况下Q Q和和Q Q总是反相的，即不总是反相的，即不是是(Q=0(Q=0，Q=1)Q=1)就是就是(Q=1(Q=1，Q=0)Q=0)。(Q=0(Q=0，Q=1)Q=1)称为称为O O状态，状态，(Q=1(Q=1，Q=0)Q=0)称为称为1 1状态。状态。基本触发器有基本触发器有2 2个输入端个输入端S S和和R R，S(set)S(set)称为置位端或置称为置位端或置1 1端，端，R(reset)R(reset)称为复位端或置称为复位端或置0 0

5、端。端。若若S S端加触发信号端加触发信号(高电平高电平)，R R端不加触发信号，即端不加触发信号，即S=1S=1，R=OR=O，基本触，基本触发器被置于发器被置于1 1状态，此过程称为置状态，此过程称为置1 1；若若R R端加触发信号端加触发信号(高电平高电平)，S S端不加触发信号，即端不加触发信号，即S=0S=0，R=1R=1，基本触，基本触发器被置于发器被置于O O状态此过程称为置状态此过程称为置0 0。无论置1还是置0，当触发信号结束后，即S和R的输入都是低电平时基本触发器的状态保持不变。由此可见，基本触发器具有记忆作用(也称存储作用)，能存储1位二进制信息（即能存储一个1或0）。案

6、例分析思考思考下图所示的基本触发器在我们观察的时刻之前曾在哪一端加过触发信号？基本触发器的两个输入端通常不应都加触发信号（高电平），基本触发器输出与输入之间的关系如上表所示。试验目的：熟悉基本触发器的功能。试验准备：CT74LS00 1片，电位器1只，电阻6只；发光二极管1只。试验过程：按电路图搭接电路，调节Ui使其由0变大，观察发光二极管的发光情况，并记录发光二极管状态变化时的Ui值。当发光二极管状态变化后，再将Ui由大变小，观察发光二极管的发光情况，并记录发光二极管状态改变时的Ui值。小试验初始Ui约为0V，此时发光二极管亮。Ui由小到大时，状态改变时的Ui约为3.2V，灯灭，以后一直保持

7、灭，直至Ui=6V。Ui由大到小时，状态改变时的Ui约为1.6V，灯亮，直至Ui回到Ui=0V。1.Ui1.6V时，触发器置1，Ui3.2V时，触发器置0。2.当1.6VUi3.2V,触发器处于保持(记忆)状态。经过改造可用于有上、下限控制要求的水位、温度等控制电路中，如水位低于某值进水，水位高于某值停止进水等。试验记录：试验记录：初始状态初始状态(Ui=0)，发光二极管状态，发光二极管状态 。发光二极管状态改变时的发光二极管状态改变时的Ui 。发光二极管状态再次改变时的发光二极管状态再次改变时的Ui 。试验总结：试验总结：1该电路是如何体现基本触发器功能的该电路是如何体现基本触发器功能的?2

8、该电路有何用途该电路有何用途?阅 读用两个与非门构成的基本触发器。用两个与非门构成的基本触发器。用两个与非门构成的基本触发器的触发用两个与非门构成的基本触发器的触发信号是低电平，即用信号是低电平，即用0 0来触发。来触发。当置当置1 1端端S S加触发信号，置加触发信号，置0 0端端R R不加触发不加触发信号，即信号，即S=0S=0，R=1R=1时，基本触发器置时，基本触发器置1 1；当置当置0 0端端R R加触发信号，置加触发信号，置1 1端端S S不如触发不如触发信号，即信号，即R=0R=0，S=1S=1时，基本触发器置时，基本触发器置0 0；当两输入瑞皆不如触发信号，即当两输入瑞皆不如触

9、发信号，即S=1S=1，R=1R=1时，基本触发器状态不变，处于记忆状时，基本触发器状态不变，处于记忆状态。态。-用两个与非门构成的基本触发器的功能表和波形图都不同于用或非门构成的基本触发器，但它们在电子控制系统中的作用是一样的。常用集成触发器常用集成触发器是由基本触发器加控制电路构成的。常用集成触发器是由基本触发器加控制电路构成的。最常用的两种集成触发器是最常用的两种集成触发器是D D触发器和触发器和JKJK触发器。触发器。D D触发器有两个输入端触发器有两个输入端D D和和C C，D D是数据输入端，被存储的数据加在此处；是数据输入端，被存储的数据加在此处；C C是时钟输入端，控制数据的存

10、储操作：通常在是时钟输入端，控制数据的存储操作：通常在C C端加时钟信号端加时钟信号CP(clock pulse)CP(clock pulse)。下图所示触发器逻辑符号的时钟输入端有一个“”符号，表示将数据存入触发器的操作是在时钟信号的上升沿（即由0变1的时刻）发生的，如图中的t1时刻，时钟信号由0变1，此时加在D端的信号为l，则触发器的状态变为1，数据1就被存进了触发器。在下一个时钟信号的上升沿（t2时刻）到达以前，无论加在D端的信号有何变化，触发器的状态都保持不变，体现了触发器的记忆功能。在t2时刻，CP信号又一次由0变1，此时加在D端的信号值为0，因而触发器的状态变为0，数据0被存进了触

11、发器。由此可见，D触发器的状态每个时钟周期变化一次，根据前一周期（第n周期）结束时，即时钟脉冲上升沿到来前瞬间的D值（D），确定下一周期（第n+1周期）的状态Q。D触发器输入输出RD CP DQ Q1 X X0 10 1100 00 1JK触发器JKJK触发器的输入端触发器的输入端J J和和K K，其作用类似基本触发器的，其作用类似基本触发器的S S和和R R，是确定触发器，是确定触发器状态的依据。状态的依据。时钟信号输入端时钟信号输入端C C，因为在此端画了一个，因为在此端画了一个“”，表明只有在时钟脉冲的，表明只有在时钟脉冲的下降沿下降沿(即由即由1 1变变0 0的时刻的时刻)，触发器的状

12、态才由，触发器的状态才由J J和和K K确定，而在相邻两个时钟确定，而在相邻两个时钟脉冲的下降沿之间，触发器的状态都保持不变。脉冲的下降沿之间，触发器的状态都保持不变。阅读JK触发器输入输出SD RD CP J KQ Q1 0 X X X1 00 1 X X X0 11 1 X X X禁用0 0 0 0保持0 0 1 01 00 0 0 1 0 10 0 1 1 翻转0 0 0 X X保持知识抢答竞赛知识抢答竞赛抢答器的应用抢答器的应用抢答器的设计抢答器的设计改进改进在电路试验板上用4个D触发器做成一个彩灯控制器，加上时钟信号后，4个发光二极管便自动按一定规律发光。所需器件：CCA042 1片

13、，发光二极管4只，按钮开关1只，510电阻4只。时钟信号可由信号源的方波输出端提供(频率约为IHz)或按上节练习中提供的多谐振荡器电路制作一个频率约为1Hz的多谐振荡器，由多谐振荡器的输出信号提供。练练 习习多谐振荡器可用左图电路代替，其中K是有常开，常闭两个触点的开关，每按一次，从Q端得到一个正脉冲，将Q端接到LS175的CP输入端，则每按一次开关，彩灯变化一次。彩灯控制器光控开关电路光控开关电路 参考电路参考电路参考电路参考电路“叮咚叮咚”双音门铃双音门铃 数字信号较之模拟信号有很多优点，因而数字电路得到越来越多的应用。与、或、非是三种最基本的逻辑关系，用这三种基本逻辑关系可以组成各种复杂的逻辑关系；日常的各种因果关系皆可用逻辑关系描述，并用数字电路来实现，这是电子控制系统的基础。晶体三极管(MOS管)在开关信号作用下存在截止和饱和两种输出状态，等效于一个开关，可以构成各种门电路。常用的逻辑器件有TTL和CMOS两类，它们各有优、缺点，应根据对电子控制系统的要求合理地选用。电子控制系统控制（处理）部分的电路，应在仔细分析控制要求的基础上，按照其逻辑关系来设计，其中门电路用于实现各种逻辑关系，触发器用于存储数据，它们是数字电路中必不可少的单元电路。课堂小结