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課件54張PPT。電子控制系統的信號處理高中通用技術3.1　數　字　信　號電子控制系統的是怎樣“控制（處理）”信息的?傳感器將所獲取的信息轉換成電信號后，控制部分便對這些信號進行分析、比較、判斷、放大、運算、傳輸、變換，最后向輸出部分發出命令，控制執行機構的操作。
信息1、數字信號與模擬信號事物變化的量變有兩種情況：連續變化、非連續變化（離散）
請判斷下列量中哪些是連續變化的，哪些是非連續變化的。
1、野外環境的亮度與地下倉庫中的亮度；
2、人的血壓與人的脈搏；
3、運動員滑冰所滑過的軌跡長度與走過同樣距離所用的步數；
4、時光的流逝與數字鐘所顯示的時間的變化。前一量是連續的，后一量是非連續的。連續變化的量，可用連續變化的曲線或直線描述；非連續變化的量，可用柱狀圖或數字等表示。模擬信號——泛指數值可連續變化的信號。
數字信號——非連續變化的量可用數字表示，若用二進制表示，并用高、低兩個電平(level)代表二進制數中的“０”、“１”，則其形成的在高、低電平之間來回跳變的電信號。電平在TTL電路中，高電平是2.4~5V；低電平是0~0.8V。 數字信號的高低也可用電流、頻率、時間、相伴位等電信號參量。例如移動通信中的手機短信息信號就是以頻率的高、低代表1和0的。
馬上行動1、若用高電平表示1，低電平表示0，請問圖中數字信號表示二進制數是___，它當于十進制中數值___。
2、收音機、電視機音頻輸出口的信號是屬于哪一類信號？
1001119模擬信號思考下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數字信號？
1、220V交流電的電壓；
2、海洋船只與船只之間的燈光聯絡信號；
3、手機短信息信號。模擬信號數字信號數字信號馬上行動請判斷下列各例中哪些適合用１和０表示。
1、舉重比賽中試舉成功與否；
2、學生的考試成績是否及格；
3、一個人的生與死；
4、一個人是好人還是壞人123適合，4不適合。數字信號具有容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優點。
（1）容易處理：數字信號只有高、低兩個電平，容易識別，失真和干擾對數字信號影響小。
模擬信號在處理過程中會產生失真,并受到各種干擾;
2、數字信號的優點數字信號在處理過程同樣也產生失真,受到干擾,但它所代表的數字(高低)并不改變.通過處理可以恢復原來的樣子。（識別有失真和干擾影響的數字信號的方法是，設置一個電壓門檻）
2、數字信號的優點模擬信號轉換為數字信號的方法模擬信號轉換為數字信號的過程可分為四步：
采樣：每隔一段時間對模擬信號的幅值抽取樣品，使模擬信號變成脈沖信號。
保持：將脈沖信號變成階梯信號，以便處理。
量化：將階梯信號中每個階梯的幅值舍去零頭，保留整數。
編碼：將量化的信號中每個階梯的幅值對應的數字用二進制數字表示，并轉化為數字信號。A/D與D/A將模擬信號轉換為數字信號的電路稱為模數轉換器（A/D）。
數字信號被處理后，還要恢復成模擬信號，去控制執行元件執行。
將數字信號轉換為模擬信號的電路稱為數模轉換器（D/A）。
（ 1）容易處理
（2）處理精度高閱讀案例：電子計時器
（3）便于記錄保存
由于數字信號中只有1和0兩個值，可很方便地用電路輸出電壓的高和低、電容上電荷的有和無、磁性物質的極化方向等方式記錄保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和無、光盤利用有無凹坑記錄1和0，還可以直接將1和0打印在紙上記錄保存。
你知道模擬信號是用什么方法記錄保存？這種方法有什么缺點？模擬信號可以用磁帶等磁性存儲器保存，它所依賴的是磁表面極化的程度，因此其分辨能力受到限制，而且存放時間長了，會受到外界磁場的影響，所存的信息將會逐步丟失。光盤是利用什么方法記錄信號的？光盤是在塑料片上用激光“燒”出許多直徑不到1微米、沿光盤圓周方向排列的凹坑，有凹坑的代表“0”，沒有凹坑的代表“1”。
讀盤時，光盤逆時針轉動，激光射到盤面上，依據凹坑的有和無所造成的反射光的有和無分辨出所記錄的信號是1還是0。技術試驗試驗目的：對比模擬信號和數字信號的優劣。
試驗準備：電腦、收錄機2臺、原聲帶1盤、空白帶1盤。
試驗過程：
1、使用錄音機將原聲帶中的一段音樂翻錄到另一盤空白帶上，比較原聲帶與翻錄帶的音質。
2、將電腦中的一段音樂復制一份，比較復制件與原件音樂的音色是否有變化。
試驗結果：？
試驗總結：數字信號與模擬信號相比有什么優點？
３.２　邏　輯　門一、三種基本的邏輯門電子控制系統控制部分的輸出信號與輸入信號之間存在著一定的邏輯關系 ，其中輸出信號對應于邏輯結論，輸入信號對應于邏輯前提。
三種基本的邏輯關系是：
三種基本邏輯關系的電路是：
“與”、“或”、“非”與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）閱讀: 三人表決器實現各種邏輯關系的電路稱為數字電路(邏輯電路)。
在數字電路中，“真”用高電平“1”表示，“假”用低電平“0”表示。“1”和“0”稱為數字電路的真值或邏輯值。請舉出幾個日常生活中常見的與邏輯關系的例子
1、火車開動前，所有車門必須關好，如有車門未關不能放行。
2、我國婚姻法規定，男方要到22歲、女方要達到20歲，并且必須雙方同時到場方可登記結婚。
3、倉庫的門通常用兩把鎖，由不同的人保管，開門時必須兩個保管人同時到場。(1)“所有邏輯前提皆為真時，邏輯結論才為真”的邏輯關系稱為“與”邏輯關系。1、與門(2)什么是與門？
——實現與邏輯關系的電路稱為與門。1、與門(1)“所有邏輯前提皆為真時，邏輯結論才為真”的邏輯關系稱為“與”邏輯關系。開關串聯電路“全高出高，有低出低”（3）與門電路的特點：
只有當與門的所有輸入端皆為高電平“1”時，輸出端才為高電平“1”。即 (3)特點：
“全高出高，有低出低”
(4)與邏輯關系在布爾代數中定義為邏輯乘法,記作:F=A*B F=A.B F=AB(5)與邏輯符號與門的輸入、輸出波形圖“全高出高，有低出低”F馬上行動“全高出高，有低出低”思 考“全高出高，有低出低”2、或門（1）“邏輯前提中有一個或一個以上為真，邏輯結論就為真”
即:“見高出高,全低出低”
（2）或邏輯關系在布爾代數中定義為邏輯加法，記作： F=A+B
（3）實現或邏輯關系的電路稱為或門。
（并聯開關電路）（4）或邏輯關系符號馬上行動列出3個輸入端的或門真值表，并畫出輸出波形“見高出高,全低出低”3、非門邏輯結論與邏輯前提的邏輯值總是相反.（1）“邏輯前提為假時邏輯結論為真，邏輯結論為真時邏輯結論反而為假”記作：（2）實現非邏輯關系的電路稱為非門。(3)非邏輯符號即：“見高出低，見低出高 ”思考與、或、非分別和集合論中的哪些運算是互相對應的？
指出圖中表示“A×B”，“A＋B”，A，B，“A×B的非”的范圍。與——交集
或——并集
非——補集三人表決器只有A、B同為1時才為1，所以l1=_A×B；
只有B、C同為1時才為1，所以l2=_____；
只有A、C同為1時才為1，所以l3=_____；
只有A、B、C同為1時才為1，所以l4=_____；
綠燈L1=_____
紅燈L2=_____l1+l2+l3+l4=AB+BC+AC+ABC
B×CA×CA×B×C三人表決器&&&&&l1l3l2l4綠燈CBA紅燈三人表決器（精簡）l1l3l2綠燈CBA紅燈三種門電路的邏輯關系與門：“全高出高，有低出低”
或門：“見高出高，全低出低”
非門：“見高出低，見低出高”與門：
或門：
非門：二、與非門和或非門
與門邏輯關系是“全高出高，有低出低”與非門邏輯關系是“全高出低，有低出高” + =1、與非門“全高出低，有低出高”下圖是一與非門的輸入信號波形，請畫出輸出波形2、或非門或非門的真值表和或門的真值表相反或門: “見高出高，全低出低”或非門：“見高出低，全低出高”請填寫此表馬上行動或門輸出信號或非門輸出信號請畫出下圖中或非門輸出信號三種門電路的邏輯關系與門：“全高出高，見低出低”
或門：“見高出高，全低出低”
非門：“見高出低，見低出高”
與非門：“全高出低，見低出高”
或非門：“見高出低，全低出高”
與門：
或門：
非門：
與非門：
或非門：
３.３　數字集成電路一、晶體三極管的開關特性及其在數字電路中的應用 分析非門開關電路的電壓輸出S合上時: U0=__
S斷開時: U0=__0UCC門電路的開關能不能使用機械開關？為什么？
不能
因為機械開關體積大、壽命短、操作不方便，而且速度低。在高速電子控制系統中，開關每秒要開合上億次，機械開關是無法勝任的。
必須使用電子開關，即用晶體管或MOS管（金屬氧化物半導體場效應管）做成的開關。試驗: 觀察晶體三極管的開關特性試驗過程:
按圖搭接電路。
1、將輸入端接地,用多用電表測量Rc的電壓Ur=__V,此時晶體三極管集電極的電流Ice__,三極管處于__狀態;Uce=__V,屬于__電平.3V2、將輸入端接3V電壓,用多用電表測量Rc的電壓Ur=__ V,此時晶體三極管集電極的電流Ice__ ,三極管處于__ 狀態;Uce= __ V,屬于 __ 電平.
3、把發光二極管接在CE兩極間，觀察發光二極管的發光情況。B0很小截止3高2.8很大導通0.2低開關接B時,二極管亮;開關接A時,二極管不亮認識晶體三極管由于加到三極管的信號不是高電平，就是低電平，因此晶體三極管工作于開關狀態（飽和、截止）。e(發射極)C(集電極)基極b晶體三極管存在截止和飽和兩種狀態:
飽和——開關閉合。
截止——開關斷開;
飽和：條件——
現象——
截止：條件——
現象——晶體三極管的開關特性輸入信號足夠大(高電平)；三極管流過的電流較大，集電極 與發射極之間的電壓只有0.2V左右(低電平)。輸入信號足夠小(低電平)；三極管沒有電流流過，集電極與發射極之間的電壓與電源電壓接近(高電平)。金屬氧化物半導體場效應晶體三極管（MOS管）也有三個極：
源極S、柵極G、漏極D。
源極相當于發射極，通常接地；
漏極相當于集電極，通常通過電阻接電源；
柵極相當于基極，用來控制漏極電流的大小。
普通晶體三極管是電流控制的器件，基極必須注入電流方能使三極管導通；
MOS管是電壓控制器件，在柵極與源極之間加適當的電壓就能使MOS管導通。集成電路是將元器件集中制作在芯片上，減少了元器件的連接導線，使可靠性得到了很大提高。二、常用數字集成電路的類型二、常用數字集成電路的類型小規模集成電路(SSI)：集成晶體管數在100個以內
中規模集成電路(MSI)：晶體管數在102~103個
大規模集成電路(LSI)：晶體管數在103~105個
超大規模集成電路(VLSI)：晶體管數在105~107個
特大規模集成電路(ULSI)：晶體管數在107~109
巨大規模集成電路(GSI)：晶體管數超過109個
一萬個以上門電路集成的又叫片上系統（SOC）
晶體管數——門電路數1、按集成度分可分為六類：數字電路的類型快較大較小較慢較大較小CMOS管容易損壞，電源極性不能接反，焊接時要將烙鐵的電源切斷。2、按晶體管類型可分為二類：普通晶體管MOS管數字電路的類型CMOS器件與TTL器件的邏輯電平和電路的輸出能力不一樣，因此兩種類型的集成電路通常不能在同一個電路中使用，如需同時使用，要在它們之間加上電平轉換電路。小資料1、TTL與CMOS部分參數對照。
2、常用集成門電路的型號。
3、部分集成邏輯門引腳圖。
（規律：從頂部看下去按逆時針方向編號1、2……13、14）集成電路的發展史1、1958年9月， ______ 研制了世界上第一塊集成電路，為此獲得了2000年的_____獎。
2、摩爾定律的內容是什么？杰克.基爾比諾貝爾物理學集成電路芯片的集成度大約每3年提高4倍，相應的集成電路加工的特征尺寸縮小為原來的一半。

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