课件38张PPT。第四章 电子控制系统的设计及其应用-2--3-一二三一、简单实用电路的安装与调试
1. ?
能自动产生周期性脉冲的自激振荡器,常用来作为脉冲信号源。
2. ?
能统计时钟脉冲数的部件,在电子控制系统中可用来实现顺序控制、定时或延时等。
3. ?
由触发器或其他存储元件构成的存储阵列,用来存放数据和指令。多谐振荡电路 计数器存储器-4-一二三二、开环电子控制系统的设计与安装
1.JN6201集成电路的调试
此音乐集成电路的内部有微处理器和多个多谐振荡器。
2.电子门铃的设计及其应用
电子门铃主要是由音乐集成电路组成的,因此经改装后它可以用于报警、提醒等装置中。-5-一二三上图是一个用555集成制作的路灯自动控制电路。工作原理:当外界光照较亮时,Rg阻值很小,555集成输入脚2、6脚高电平,使3脚输出脚为低电平,继电器不动作,常开触点断开,路灯H不亮。当外界光照较暗时,Rg阻值很大,555集成输入脚2、6脚低电平,使3脚输出脚为高电平,继电器吸合,常开触点闭合,路灯H亮。-6-一二三三、闭环电子控制系统的设计和应用
1.闭环电子控制系统的设计
闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈环节而构成的,确定被控对象和被控量是设计的关键。
2.鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用
由于电热器关闭后,仍有很高的温度,将继续对孵化室加热,所以可以通过降低设定的上限温度减少干扰。
3.水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用
水箱水位的干扰因素包括水箱进水时引起水位的波动;电动机停止工作后,由于惯性继续转动,因此不能立刻停止等。-7-一二三上图是一种模拟水位自动控制系统,当水池里的水位较低时,电机M带动水泵给水池注水。当水位高到最高水位A点以上时,电机M停止转动水泵停止给水池注水。当外界用水,水池水位降低,水位降低到最低水位B点以下时,电机M又转动水泵给水池注水,使水池中的水位保持在A点和B点之间。-8-【典例1】 (2018·11浙江选考)小明在科技实践活动中,设计了如图所示的电路,用数字信号控制小电机正反转和停止。规定电流流向为X→Y时电机M正转,电流流向为Y→X时电机M反转。请你完成下列各题:555电路IC1、IC2的特性表 -9-(1)用0代表低电平,1代表高电平,E端和F端的信号为 时电机反转(在A.00;B.01;C.11;D.10中选择合适的选项,将序号填入“ ”处)?
(2)现在准备用LED表示电机运转的状态,正转时绿色LED发光,反转时红色LED发光,停止时两个LED都不发光,以下LED连接正确的是 (在下列选项中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?-10--11-(3)小明尝试用三极管驱动继电器,用继电器来控制电机。要求按原有的逻辑关系控制电机的正反转及停止,请你在虚线框中画出三极管、继电器、二极管,并采用共发射极接法正确地连接电路。-12-(4)小明根据下面的芯片引脚图和题(3)的电路图,对芯片部分引脚进行了连接(如下图示),请你完成其余引脚的连接。-13-解析:(1)设左端555芯片2、6脚输入为A,右端555芯片2、6输入为B,则A=E(非).F,B=E.F(非)。所以,当电机反转时,即要求电流从Y流向X,即左端555的3脚输出低电平0,右端555的3脚输出1,即A为0,B为1.所以,当E=0、F=1时,A=1、B=0,即答案为B。
(2)从题干要求可知,正转时,左端555芯片3脚输出1,右端555芯片3脚输出0;反转时,左端555芯片3脚输出0,右端555芯片3脚输出1;停止时两个LED灯都不发光。从第(1)小题的逻辑表达式可知,停止时,两个555芯片3脚均为1,所以A项正确。
(3)这里不可以使用PNP三极管,因为这样不符合题目要求的逻辑关系。-14-(4)电子控制系统的设计主要是分为三个部分:输入部分的设计、控制处理部分的设计、输出部分的设计,特别是输出部分是考试重点,需要重点掌握不同型号三极管在数字电路中的饱和导通情况,以及三极管与继电器相连的方式,继电器在被控电路的开关触点选择(常开触点、常闭触点、转换触点)。加强电路基础知识,熟练掌握逻辑门电路逻辑关系、加强继电器、触发器的应用,动手实验,实践操作。-15-答案:(1)B (2)A (3) -16-【典例2】小明设计了如图所示的温度报警电路。当检测到的温度高于设定值后,V3随温度升高逐渐变亮,如果温度继续上升到一定值后,V4、V5开始变亮,最后蜂鸣器HA发出报警声。根据电路图和功能要求完成下列任务:-17-(1)Rt应选择 (在A.正温度系数热敏电阻;B. 负温度系数热敏电阻;C.可调电阻;D.定值电阻中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?
(2)从V3变亮到V4、V5变亮的过程中,V1集电极c和发射极e之间的电压 (在A.降低;B.升高;C.保持不变中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?
(3)小明搭建了测试电路,测试中,先固定Rp1,然后改变温度,发现发光二极管V3、V4、V5温度高时不亮,温度低时反而亮。造成该现象不可能的原因是 (在A.V1误用了PNP型;B.Rt与Rp1位置接反了;C.Rp1阻值偏小中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?-18-(4)小明在调试电路时,不小心损坏了三极管V1,准备用电压比较器代替三极管V1来实现温度过高报警,请你帮助小明在电路图虚线框中将比较器连接好;-19-比较器特征
(5)修改后的电路相比原电路 (在A.功能完全一样;B.V3、V4、V5同时亮灭;C.Rp1和Rp2能分别设定报警温度的上限和下限中选择合适的选项,将序号填入“ ”处)。?-20-解析:(1)温度升高阻值下降,V1基极的电流慢慢变大,V1由放大慢慢到饱和状态;
(2)V1基极的电流慢慢变大,V1由放大慢慢到饱和状态。Uce降低;
(3)Rp1阻值偏小时,则在温度低时,V1基极为低电平,V1不会饱和导通,V1不导通,那么V2也不会饱和导通,那么V3、V4、V5就不会亮,不满足题目中“温度高时不亮,温度低时反而亮”,即为不可能的原因;
(4)温度高,热敏电阻阻值变小,电位变高,所以电压比较器有可能输出0,所以V2导通,报警;
(5)电压比较器输出只有两种状态,高电平或是低电平,即V2为截止或是导通两种状态 ,不会有放大状态,所以功能不会完全一样,V3、V4、V5同时亮灭。-21-答案:(1)B (2)A (3)C (4)如下图所示 (5)B -22-【典例3】 (2018·4浙江选考)如图所示是小明设计的暗室报警电路。当暗室门被打开,光线强度达到一定时蜂鸣器发出报警声。IC1的特性:U+>U-时为高电平,U+(2)继电器J-2触点闭合时的作用是 (在A.使二极管V1反向截止;B.使555集成电路3脚保持高电平输出;C.使蜂鸣器在暗室门关闭后继续报警中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?
(3)小明搭建了测试电路,发现蜂鸣器始终不响。下列原因中可能造成该现象的是 (在A.555集成电路3脚接地;B.二极管V2虚焊;C.电阻R4短路中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?
(4)小明搭建电路后,发现光线很强时才会报警,现在需要实现光线较弱时能报警,以下调节方法中不恰当的是 (在A.增大Rp1;B.增大Rp2;C.增大Rp3中选择合适的选项,将序号填入“ ”处);?-24-(5)在测试过程中,小明将555集成电路损坏,准备用三极管来代替。请你帮助小明选择合适的三极管(NPN型或PNP型),在虚线框中画出你所选择的三极管,并采用共发射极接法完成电路的连接。要求保持电路原有的功能。-25-解析:(1)根据光敏电阻的特性可知,光线变强时光敏电阻阻值变小,光线变弱时电阻阻值变大,所以答案为B。
(2)根据电路可知,当J-2触点闭合时,6脚电位始终为VCC,则3脚始终输出低电平,继电器通电线圈保持有电流流过,继电器常开触点一直闭合,故蜂鸣器一直在响,所以答案为C。
(3)蜂鸣器始终不响,即继电器线圈一直没有电流流过,常开触点一直没有闭合,故555芯片的3脚一直没有低电平输出,可知6脚的电位一直没有达到三分二及以上的VCC电压或是说没达到高电平。因此可知IC1同相输入端的电位一直小于反相输入端电位。从选项中可知,A是不可能的;B二极管V2虚焊也是不可能;C电阻R4短路时2脚和6脚电位处于在低电平,使3脚始终输出高电平,所以导致蜂鸣器始终不响是可能的。-26-(4)要想光线较弱时就能报警,即实现光敏电阻阻值较大的时候就能够报警,故可以同步调大Rp1的阻值来实现;或是调小IC1反相输入端的电位,即可以尽早地让U+>U-,所以增大Rp2或减小Rp3都可以实现。所以答案是C。
(5)要实现电路的原有功能,即IC1输出高电平时,蜂鸣器响,所以可以采用NPN三极管,NPN三极管的基极连接IC1的输出端,发射极接地实现共射电路,当三极管导通时,继电器吸合,常开触点J-1闭合,蜂鸣器响,实现原有的功能,见图。-27-答案:(1)B (2)C (3)C (4)C
(5)-28-211.如图所示为张雷设计的家用水箱水满亮灯指示电路,用来提示自己及时手动停止加水。其中IC为运算放大器,输入、输出关系见表格。a、b是两根导电性能良好的金属棒。-29-21(1)在水箱满水时给电路通电,水箱中的水被逐渐用完后又手动给水箱加满水。从电路通电后到水箱再次被加满的整个过程中指示灯V1的状态是 (在A.先亮后灭再亮;B.一直亮;C.先亮后灭中选择一项,将序号填写在“ ”处);?
(2)电路调试中发现水满V1不亮,但将金属棒a、b短接时V1亮。为了使电路正常工作,合理的调试方法为 (在A.换用更大阻值的R5;B.换用更小阻值的R5;C.调大Rp;D.调小Rp中选择一项,将序号填写在“ ”处);?
(3)若将电路中的两个或非门换成两个与非门,则V1的指示功能为 (在A.水满亮灯;B.水少亮灯;C.失去指示功能中选择一项,将序号填写在“ ”处);?-30-21(4)张雷发现亮灯指示的警报效果不好,他想在亮灯指示的基础上增加声音报警功能,请你在下面电路图的虚线框中选择合适的电子元器件进行连线,实现这一功能(提示:至少选一只三极管和电阻)。-31-21答案: (1)A (2)C (3)A (4)答案如图 -32-21解析: 本题主要考查电子控制系统的综合分析与设计。
(1)水满时,运算放大器V+输入端获得高电平→运算放大器输出高电平→触发器输出高电平→三极管导通→亮灯。没水时,运算放大器V+输入端被R2拉低到零电位→运算放大器输出低电平→触发器输出低电平→三极管截止→灭灯。故答案为A。
(2)a、b两根金属棒短接时能亮,说明电路正常,而R5影响的是V1的发光亮度,所以故障不在此。故障在于运算放大器输入端的电位没有调好,导致水满时仍然V+(4)关键点:①水满是V2导通,则V2处引出的控制信号线为低电平,即低电平控制触发声音报警。所以只能够选择PNP型三极管;②电阻连接在控制信号线和三极管基极之间;③蜂鸣器最好连接在三极管的集电极上。-34-212.(加试题)小明同学根据电子控制技术课上所学,设计了如下的一个光控灯电路,当晚上光线暗时,灯泡RL亮,根据该控制电路图回答以下问题:
(1)当晚上光线暗时,三极管V1的状态为 。(在①导通;②截止中选择合适的选项,将序号填写在“ ”处)?-35-21(2)小明想在该光控灯电路中设计楼道的延时灯实验电路如下图所示,增加按钮S1控制,当晚上光线暗的时候,按下按钮S1,要求灯RL亮。白天光线强的时候,按下按钮S1,灯RL不亮,小明设计时增加了一个门电路来控制,A,B输入,B点输入已连接,Y为输出,该门电路应选择为 (在①与门;②或门;③与非;④或非中选择合适的选项,将序号填写在“ ”处)。根据该电路的功能描述,请在虚线框内补全该电路图。?-36-21(3)小明想将该楼道的延时灯实验电路图用于实际的楼道灯控制,灯泡的实际额定电压为220 V,请你选择合适的三极管类型,在虚线框中补全电路图。-37-21答案: (1)①
(2)①-38-21解析:本题考查了三极管的工作状态、门电路的应用和电路的设计。(1)当光线暗的时候,V1的基极输入电压为高,三极管处于导通状态;(2)输入端两种条件同时满足时,输出为高电位,所以用与门来设计;(3)负载的额定电压要求220 V,所以控制输出端要加继电器来完成,继电器从三极管的集电极输出。考点强化练15 电子控制系统的设计及其应用
1.以下电路常用来作为脉冲信号源的是( )
A.多谐振荡电路 B.触发电路
C.存储器 D.计数器
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋温度孵化器执行部分电路图,请完成2~3题。
2.该电路图中J应选用的类型分别是( )[来源:学*科*网Z*X*X*K]
3.关于该电路分析,下列说法正确的是( )
A.JN6201控制信号为高电平时继电器动作,开始加热
B.V2为加热提示灯
C.为克服加热器在停止工作后余热对温度控制的干扰,可以将上限温度调低一点
D.JN6201控制信号由低电平变为高电平时,继电器马上返回
4.下图是张雷设计的一个温度指示实验电路,核心为一块555芯片,其功能见下表。R1与R2是同样的负温度系数型的热敏电阻,Rp1与Rp2均是可调电阻,V1和V2分别为红色与绿色的发光二极管。调节好Rp1与Rp2,使温度在37 ℃时6脚电压<23VCC,2脚电压<13VCC,40 ℃时6脚电压>23VCC,2脚电压>13VCC。请完成以下任务:
6脚
2脚
3脚(电平)
>23VCC
>13 VCC
低
<23VCC
>13VCC
不变
<23VCC
<13VCC
高[来源:学§科§网]
>23VCC
<13VCC
高
(1)当温度为36 ℃时,V1与V2的亮灯状态为 (在①V1亮V2不亮;②V1不亮V2亮;③V1、V2均不亮;④V1、V2均亮中选择一项,将序号填写在“ ”处)。?
(2)该实验电路在温度升至40 ℃时会触发某种亮灯状态,但现在温度升至39 ℃时就触发了。为了恢复原控制设定,则以下措施中正确的是 (在①调大Rp1;②调小Rp1;③调大Rp2;④调小Rp2中选择一项,将序号填写在“ ”处)。?
(3)张雷焊电路时不会连接发光二极管,请你在下图的虚线框中帮张雷补完电路(选择合适的小圆点进行连线)。
(4)张雷想改造该实验电路用以控制一个功率为2 000 W的加热器,从而对温度进行闭环控制。请你在下图的虚线框中帮张雷补完电路(选择合适的小圆点进行连线)。
5.下图为利用基本触发器设计的某鱼缸温度电子控制系统,当水缸内的热敏电阻(负温度系数)检测出水温低于设定下限温度时,水缸内的加热丝就加热;当水缸检测出水温达到设定上限温度时,水缸内的加热丝就停止加热。根据该原理完成以下任务:
(1)图中虚线框内是两个或非门组成的基本触发器,当R=1,S=0时,基本触发器 (在①置1;②置0中选择一项,将序号填写在“ ”处)。?
(2)当温度达到上限时,发光二极管的状态为 (在①V1亮、V2不亮;②V1不亮、V2亮;③V1、V2都不亮中各选择一项,将序号填写在“ ”处);?
(3)调节Rp1和Rp2的阻值,可以调节温度控制的范围。在调试中,发现该水缸在加热过程中尚未达到上限温度,就自动停止加热。为改变这一现象,应该调节 (在①Rp1;②Rp2中选择一项,将序号填写在“ ”处),且应 (在①向下调节;②向上调节中选择一项,将序号填写在“ ”处);?
(4)现要对加热电路进行功能改进,要求水缸内加热丝不工作时,绿色警示灯亮;水缸内温度低于设定的下限温度时,红色警示灯亮并且加热丝开始工作,同时加热丝与警示灯发生断路故障将互不影响,并且红、绿警示灯在工作时需要串联限流电阻,请根据描述,在下图中绘制好J-1电路。
6.下图为水箱水位控制电路中的指示器电路,用于监视水位高低变化。
(1)图中三极管型号是 (在①PNP,②NPN中选一项,将序号填写在“ ”处)。?
(2)如图中的V1发光二极管未点亮,说明Q1三极管处于 状态(在①放大,②截止,③饱和中选一项,将序号填写在“ ”处)。?
(3)当水位到达最高点探头时,三个发光二极管的状态是 (在①全亮,②仅V3亮,③仅V1和V2亮中选一项,将序号填写在“ ”处)。?
(4)如果要使此指示电路能够从听觉上传递水位信号,可将发光二极管改成 (在①有源蜂鸣器,②直流电磁继电器中选一项,将序号填写在“ ”处)。?
7.如图是花房的湿度和温度控制的实验电路原理图,电路中发光二极管V3只有在光线较暗且湿度较大时才能发光,请完成以下任务:
(1)集成电路IC中的2个输入端1脚和2脚与输出端3脚的逻辑关系是在 (在①全高出低,有低出高;②全高出高,全低出低;③有高出低,全低出高中选择一项,将序号填写在“ ”处)。?
(2)当光线由弱变强时,光敏电阻R1的阻值 (在①增大;②减小;③不变中选择一项,将序号填写在“ ”处)。?
(3)如图IC中管脚编号排列 (在①正确;②不正确中选择一项,将序号填写在 处)。?
8.下图是汽车水箱缺水报警电路原理示意图,缺水时蜂鸣器发声。使用的集成电路是NE555,管脚关系如列表。请仔细分析电路,完成下列问题。
输入管脚情况
输出管脚情况
2脚输入
6脚输入[来源:学.科.网]
3脚输出
<13VCC
<23VCC
高电平
>13VCC
>23VCC
低电平
>13VCC
<23VCC
保持
<13VCC
>23VCC
禁止
(1)555集成电路管脚5脚所接的电容应该选用 (电容的标称值已经用数字写在下面,请在下列选项中选择正确的选项,将序号填写在“ ”处)。?
(2)当水位处于A点以上时,三极管V1处于 状态(在①截止;②饱和中选择一项将序号填入 中)。当缺水时,555集成电路3脚输出 (在①低电平;②高电平中选择一项将序号填入 中)。?
(3)测试电路时发现当555集成电路的3脚输出低电平时,继电器J不工作,合理的调节措施是 (在①减小R1和R2的阻值;②减小R3的阻值;③减小R4的阻值;④减小R5的阻值中选择合适的选项,将序号填写在“ ”处)。?
(4)请连线题目中两个虚框中的元器件,使得缺水时蜂鸣器发声。
参考答案
考点强化练15 电子控制
系统的设计及其应用
1.A 解析 多谐振荡器是能自动产生周期性脉冲的自激振荡器,常用来作为脉冲信号源。
2.D 3.C
4.(1)② (2)② (3)见下图
(4)
5.答案 (1)② (2)① (3)① ②
(4)如图所示[来源:学#科#网Z#X#X#K]
解析 本题主要考查电子控制系统的设计,综合考查电路设计、逻辑门电路、触发器及电路的调试等。
(1)因为图中虚线框内是两个或非门组成的基本触发器,是高电平触发的。
(2)当温度达到上限时,发光二极管的状态为V1亮、V2不亮。
(3)调节Rp1和Rp2的阻值,可以调节温度控制的范围。在调试中,发现该水缸在加热过程中尚未达到上限温度,就自动停止加热。为改变这一现象,应该调节Rp1且应向上调节。因为电阻调节的方法是“你大我也大”。
(4)本题考查输出部分的设计。
6.答案 (1)② (2)② (3)① (4)①
解析 此电路中,当低、中和高水位电极中某一个与左侧的电极因水而连接时,其所在线路的三极管就会导通,进而驱动同一路上的发光二极管发光。
7.答案 (1)③ (2)② (3)①
解析 本题主要考查电子控制系统的设计,综合考查电路设计、逻辑门电路、传感器及电子元器件的认识等。(1)集成电路IC中的2个输入端1脚和2脚与输出端3脚的逻辑关系是有高出低,全低出高,这是一种与非门的逻辑关系。(2)当光线由弱变强时,光敏电阻R1的阻值减小,因为光敏电阻都是负系数的。(3)如图IC中管脚编号排列是按逆时针方向依次排列,所以是对的。
8.答案 (1)④ (2)① ① (3)④
(4)
解析 (1)本题考查电容的识别,103的标注方法就是0.01微法。
(2)本题考查的是三极管的开关特性,当水位处于A点以上时,三极管V1处于截止状态,因为NPN三极管基极低电平截止。
(3)本题考查的是电路的调试,减小R5的阻值可以增加基极电流。
(4)本题考查的是输出部分的设计,这里一定要注意二极管V2的正负极接法。
