浅议《电子控制技术》高效教学PPT演示课件

.,1,浅议电子控制技术高效教学,慈溪市杨贤江中学 马功平,.,2,教材顺序,电子控制系统概述,电子控制系统的信息获取与转换,电子控制系统的信号处理,电子控制系统的执行部件,电子控制系统设计及应用,附录,电子控制技术与电子控制系统电子控制系统的工作过程开环电子控制系统和闭环电子控制系统,认识常见的传感器传感器的应用,数字信号逻辑门数字集成电路,继电器的作用和类型直流电磁继电器的构造、规格和构造原理晶闸管的构造和工作原理,开环电子系统的设计应用闭环电子系统的设计与应用遥控电子系统的设计与应用,电子元器件多用电表和示波器电子虚拟试验,.,3,第一章：电子控制系统概述第二章：电子控制中系统信息的获取与 转换第三章：电子控制系统的信号处理第四章：电子控制系统的执行器件第五章：电子控制系统的设计及应用,总,分,总,教材特点,.,4,建议教学顺序,.,5,第一章 电子控制系统概述,电子控制技术中的电子控制系统方框图与常规的控制系统方框图的区别？,.,6,教材强调电子控制系统一般分为输入、控制、输出三个基本组成部分，淡化执行器的概念，将执行器看作是输出的一部分。这里的输出包含两层含义，一是电磁继电器、电动机、扬声器等执行机构组成的输出设备，二是输出信号，如电动机的转动、扬声器发出声音等。因此，执行器实际上是包含在输出里面的。,第一章 电子控制系统概述,.,7,教材也不强调“被控对象”的概念，在“电子门铃”这个案例中，,第一章 电子控制系统概述,要点提示：电子控制系统一般分为输入、控制、输出三个基本组成部分，同时也成为控制框图的主要组成部分；在电子控制系统方框图中，执行器被看作是输出的一部分；在电子控制系统方框图中，“输出”有可能包含了执行器，也有可能包含了被控对象，而“输出量”是被控对象所输出的量。,.,8,附录,电容器充电、放电电路分析,.,9,如图所示是粗、细两根水管和闸门组成的结构，可以用来粗略的理解三极管的基本工作原理。 粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水流量控制开启的程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭，此时处于截止状态。注入细管子中的水流量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控大，以弱控强”的基本原理，此时处于放大状态。当粗管内的闸门开到最大时，水流量就保持恒定，与细管的水流量变化无关，此时相当于处于饱和状态。,图11-3 三极管工作原理,三极管的基本工作原理,附录,.,10,第三章：电子控制系统的信号处理,二极管与门,最简单的与门可以用二极管和电阻组成。有两个输入端的与门电路。图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。,电路的逻辑电平,电路的真值表,设Vcc=5V，A、B输入端的高、低电平分别为VIH=3V，VIL=0V，二极管D1、D2的正向导通压降VDF=0.7V。由图可见，A、B当中只要有一个是低电平0V，则必有一个二极管导通，使Y为0.7V。只有A、B同时为高电平3V时，Y才为3.7V。将输出与输入逻辑电平的关系列表，即得电路的逻辑电平,.,11,最简单的或门电路也是由二极管和电阻组成的。图中A、B是两个输入变量，Y是输出变量。,二极管或门,第三章：电子控制系统的信号处理,电路的逻辑电平,电路的真值表,.,12,第三章：电子控制系统的信号处理,二极管非门,二极管或非门,二极管与非门,.,13,由真值表写出逻辑函数式的一般方法,第三章：电子控制系统的信号处理,Y=ABC+ABC+ABC,要点提示：从真值表写出逻辑函数式的一般方法：找出真值表中使逻辑函数Y=1的那些输入变量取值的组合。每组输入变量取值的组合对应一个乘积项，其中取值为1的写入原变量，取值为0的写入反变量。将这些乘积项相加，即得Y的逻辑函数式。,.,14,（1）在光照情况下，由于光敏电阻的阻值较小，因此8脚获得高电平，而VB门的12、13脚通过R1接地为低电平，所以V11输出为高电平，则VA门输出V10为低电平，即VC门的输入端2脚也为低电平，VC门关闭多谐振荡器不起振。（2）当光敏电阻遮一下光，阻值变大，8脚电平由高电平变为低电平，即为单稳态触发器输入了一个触发信号，V10低电平跳变为高电平，触发器进入暂稳态阶段，此时，VC门的输入端2脚也低电平跳变为高电平，VC门打开，多谐振荡器工作，将产生一个频率约为1000HZ的振荡信号，推动输出端所接的蜂鸣器发声。当单稳态传感器的暂稳态过程结束，则V10又变为低电平，同时VC门的输入端2脚也变为低电平，VC门关闭，多谐振荡器停止振荡。 所以，此电路可以作为门铃使用，每遮一次光，蜂鸣器鸣叫一次。但天黑后必须切断电源，不再使用。,第三章：电子控制系统的信号处理,.,15,逻辑函数的图形化简法,一、逻辑变量的卡诺图(Karnaugh maps),卡诺图：,1. 二变量 的卡诺图,最小项方格图(按循环码排列),(四个最小项),A,B,第三章：电子控制系统的信号处理,.,16,2. 多变量卡诺图的画法,三变量 的卡诺图：,八个最小项,A,BC,0,1,00,01,卡诺图的实质：,紧挨着,行或列的两头,对折起来位置重合,逻辑相邻：,两个最小项只有一个变量不同,逻辑相邻的两个最小项可以合并成一项，并消去一个因子。如：,m0,m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,.,17,第三章：电子控制系统的信号处理,五变量 的卡诺图：,四变量 的卡诺图：,十六个最小项,AB,CD,00,01,11,10,00,01,11,10,当变量个数超过六个以上时，无法使用图形法进行化简。,AB,CDE,以此轴为对称轴（对折后位置重合）,m0,m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,m12,m13,m14,m15,m8,m9,m10,m11,m0,m1,m2,m3,m8,m9,m10,m11,m24,m25,m26,m27,m16,m17,m18,m19,m6,m7,m4,m5,m14,m15,m12,m13,m30,m31,m28,m29,m22,m23,m20,m21,三十二个最小项,.,18,第三章：电子控制系统的信号处理,3. 卡诺图的特点：,(1) 几何相邻：,相接 紧挨着,相对 行或列的两头,(2) 逻辑相邻：,例如,化简方法：,卡诺图的缺点：,逻辑相邻的两个最小项可以合并成一项，并消去一个因子。,.,19,第三章：电子控制系统的信号处理,4. 卡诺图中最小项合并规律：,(1) 两个相邻最小项合并可以消去一个因子,0,4,3,2,1,9,4,6,.,20,第三章：电子控制系统的信号处理,(2) 四个相邻最小项合并可以消去两个因子,0,4,12,8,3,2,10,11,5,7,13,15,BD,0,2,8,10,.,21,第三章：电子控制系统的信号处理,(3) 八个相邻最小项合并可以消去三个因子,0,4,12,8,3,2,10,11,5,7,13,15,B,0,2,8,10,1,5,13,9,4,6,12,14,2n 个相邻最小项合并可以消去 n 个因子,总结：,.,22,第三章：电子控制系统的信号处理,二、逻辑函数的卡诺图表示法,1. 根据变量个数画出相应的卡诺图；,2. 将函数化为最小项之和的形式；,3. 在卡诺图上与这些最小项对应的位置上填入 1 ， 其余位置填 0 或不填。,例,1,1,1,1,0,0,0,0,.,23,第三章：电子控制系统的信号处理,三、 用卡诺图化简逻辑函数,化简步骤:,(1) 画函数的卡诺图,(2) 合并最小项： 画包围圈,(3) 写出最简与或表达式,例 1. 2. 20,1,1,1,1,1,1,1,1,解,.,24,第三章：电子控制系统的信号处理,画包围圈的原则：,(1) 先圈孤立项，再圈仅有一种合并方式的最小项。,(2) 圈越大越好，但圈的个数越少越好。,(3) 最小项可重复被圈，但每个圈中至少有一个新的最小项。,(4) 必需把组成函数的全部最小项圈完，并做认真比较、检查才能写出最简与或式。,不正确的画圈,.,25,第三章：电子控制系统的信号处理,例,解,(1) 画函数的卡诺图,1,1,1,1,1,1,1,1,(2) 合并最小项： 画包围圈,(3) 写出最简与或表达式,多余的圈,注意：先圈孤立项,利用图形法化简函数,.,26,第三章：电子控制系统的信号处理,利用图形法化简函数,例,解,(1) 画函数的卡诺图,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,(2) 合并最小项： 画包围圈,(3) 写出最简与或 表达式,.,27,为什么直流继电器线圈两端都要接一个反向二极管？,第四章：电子控制系统的执行部件,直流电磁继电器中有线圈，驱动电路直接与线圈相连。因为自感现象的存在，当线圈突然断电时，会产生电压很大的反向电动势，有可能击穿继电器的驱动电路，比如三极管。为此要在继电器驱动电路中设置二极管保护电路。这个二极管在这里起到续留的作用，我们通常称它为续留二极管,.,28,JN6201音乐集成电路内部有微处理器和多个多谐振荡器，这些多谐 振荡器有不同的频率，通过程序控制，JN6201音乐集成电路可以产生四首不同的乐曲。,JN6201音乐集成电路,.,29,JN6201音乐集成电路,JN6201音乐集成电路的内部有微处理器和很多个多谐振荡器，这些多谐振荡器具有不同的频率。它共有4个输入端口和4个输出端口，它们所对应的引脚功能说明：1脚，输入触发端1，高电平触发；2脚，输入触发端2，高电平触发；3脚，输入触发端3，高电平触发；4脚，输入触发端4，高电平触发；5脚，空脚；6脚，GND；7脚，VCC；8脚，空脚；9脚，输出4，默认为高电平，触发后音乐输出时为低电平，音乐结束后恢复高电平；10脚，输出3，默认为低电平，音乐输出时此引脚输出随音乐变化的脉冲信号，音乐结束后恢复低电平；11脚，输出2，默认为低电平，触发后音乐输出脚2；12脚，空脚；13脚，空脚；14脚，输出1，默认为低电平，触发后音乐输出脚1。功能说明：任意输入端高电平触发，四个输出端均有输出。,.,30,鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用（课本97页）,设计要求：（1）设计一个鸡蛋孵化温度控制系统 （2）要求孵化温度控制在3739范围内,开关S闭合，电路通入直流3V电压Vcc，为电路提供电源。假设温度传感器为负温度系数温敏电阻(大部分温敏电阻都是负温度系数的),JN6201音乐集成电路,.,31,升温：（1）t =37时，2脚刚好高电平，4脚无效9管脚输出低电平三极管V2导通三极管V3导通继电器线圈J通电吸合继电器触点J-2闭合，J-1打到右侧（两个实心半圆连通，4脚电路通电）电热丝电路接通，开始加热；（2）t37时，Rt1，Rt2均减小2脚低电平，2脚无效4脚高电平9管脚输出低电平三极管V2导通三极管V3导通继电器线圈J通电吸合继电器触点J-2闭合，J-1打到右侧（两个实心半圆连通，4脚电路通电）电热丝电路接通，开始加热；（3）t39时，Rt2减小，39时4脚刚好低电平2脚、4脚均无效9管脚输出高电平三极管V2截止三极管V3截止继电器线圈J释放继电器触点J-2断开，J-1打到左侧（两个实心半圆断开，4脚电路断电，4脚无效）电热丝停止加热；降温：（4）t39时，2脚无效，两个实心半圆断开，4脚电路断电，4脚无效9管脚输出高电平三极管V2截止三极管V3截止继电器线圈J释放继电器触点J-2断开，J-1打到左侧（两个实心半圆断开，4脚电路断电，4脚无效）电热丝停止加热；,JN6201音乐集成电路,.,32, 555定时器专题,.,33,555的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为518V，以UCC表示；从分压器上看出，上比较器A1的脚接在R1和R2之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。1脚外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。5脚是控制端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。, 555定时器专题,.,34, 555定时器专题,.,35,555电路组成的水箱闭环电子控制系统（课本104页）, 555定时器专题,.,36,降水：（1）水位低于b 点时 a、b、c均断开 2脚1/3Vcc 3脚高电平三极管V4导通 继电器线圈J吸合 继电器触点J闭合 水泵电机加水上水：（2）水位高于b 点时 b、c连通2脚1/3Vcc，6脚2/3Vcc（3脚保持状态）3脚高电平 三极管V4导通 继电器线圈J吸合 继电器触点J闭合 水泵电机加水（3）水位高于a点时 a、b、c均连通2脚1/3Vcc，6脚2/3Vcc 3脚低电平三极管V4截止 继电器线圈J释放 继电器触点J断开 水泵电机停止加水降水：（4）水位低于a点时 b、c连通，a、c断开 2脚1/3Vcc，6脚2/3Vcc（3脚保持状态）3脚低电平三极管V4截止 继电器线圈J释放 继电器触点J断开 水泵电机停止加水, 555定时器专题,.,37,水箱闭环电子控制系统电路图（课本p103）,如图所示是水箱水位闭环控制系统电路图。a、b、c三个水位探头(用粗铜电线制作)放置在水箱的不同位置。工作时合上水泵电源开关S，当水位下降至b点以下时，水泵向水箱注水，当水位升至a点时，水泵即停止注水,教材勘误：在电路十字交叉处加上黑点，以表明线路连接。将供电3V改为6V，否则可能造成电路无法正常工作。,.,38,降水：（1）当水位从a下降到b的过程中，探头bc连通，J-1闭合 V1的基极容易出现高电平 V1导通 V2的基极容易出现低电平 V2截止 继电器释放 J-2断开 水泵电机停止加水（2）当水位降到b以下时，探头a、b、c均断开，J-1闭合 V1的基极容易出现低电平 V1截止 V2的基极容易出现高电平 V2导通 继电器吸合 J-2闭合 水泵电机加水（注意：此时 J-1断开）上水：（3）当水位上升到b以上时 探头b、c连通，此时J-1断开 V1的基极容易出现低电平 V1截止 V2的基极容易出现高电平 V2导通 继电器吸合 J-2闭合 水泵电机加水；（注意：此时J-1断开 ，J-2闭合）（4）当水位上升到a时，此时J-1断开 探头ac连通 V1的基极容易出现高电平 V1导通 V2的基极容易出现低电平 V2截止 继电器释放 J-2断开 水泵电机停止加水,.,39,集成运算放大器 专题,集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有高电压放大倍数，高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合放大器。它在发展初期主要用来实现模拟运算功能。后来，集成运放已成为象晶体管一样的通用增益器件，广泛用于模拟电子线路的各个领域 CF741是国产第二代集成运算放大器，采用双列直插式外形封装。它的管脚顺序是：管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。,管脚功能如下：8脚为空；7脚接正电源（+9+18V）；脚为输出端；1、4、5脚接调零电位器；4脚接负电源（-8-18V）；3脚为同相输入端（输出信号与输入信号同相位）；2脚为反相输入端（输出信号与输入信号反相位）。,1概述,.,40,2运放符号,集成运算放大器 专题,式中：+Uo（sat）为正饱和值-Uo（sat）为负饱和值；,3.输出电压有两种取值可能,只是两种状态的转换点,.,41,CF741组成的水箱闭环电子控制系统电路图（课本P99）,1、由于硅三极管饱和导通时be电压在0.7V左右