資源簡介

課件95張PPT。電子控制技術知識講座 電子控制技術電子控制系統概述
信息的獲取與轉換—傳感器
信息處理—數字電路
執行部件—電磁繼電器、晶閘管
設計及其應用電子控制技術電子控制技術電子控制系統
傳感器
數字電路
MULTISIM2010電子控制系統電子技術：根據電子學的原理，運用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學，包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。
控制技術
電子控制技術
電子控制系統電子控制系統經典控制系統框圖開環：閉環：電子控制系統被控量輸入部分控制部分執行部分被控對象比較器開環電子控制系統電子控制系統被控量輸入部分控制部分執行部分被控對象反饋環節比較器閉環電子控制系統開環電子控制系統公園音樂噴泉自動控制系統
十字路口的紅綠燈定時控制系統
家用窗簾自動控制系統
樓道自動聲控燈裝置
賓館自動門控制系統
賓館火災自動報警系統
賓館自動叫醒服務系統
公共汽車車門開關控制系統
普通全自動洗衣機控制系統
可調光臺燈控制系統
賓館自動門加裝壓力傳感器防意外事故自動控制系統閉環電子控制系統加熱爐的溫度自動控制系統
花房溫度控制系統
夏天房間溫度控制系統
家用電冰箱溫度控制系統
糧庫溫、濕度自動控制系統
自動電熱水壺控制系統
熱水器加熱自動控制系統電子控制系統的基本組成 輸入部分
控制部分
輸出部分信息電子控制系統框圖傳感器—定義能感受規定的被測量（物理量、化學量、生物量等）并按一定規律轉換成可用信號輸出（一般多為電量）的器件或裝置。
傳感器—組成敏感元件（Sensing element）
　　直接感受或響應被測量，并輸出與被測量成確定關系的物理量
轉換元件（Transduction element）
　能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。
傳感器—分類按被測量對象分類
溫度傳感器
濕度傳感器
位移傳感器
速度傳感器
加速度傳感器
壓力傳感器
振動傳感器按工作原理分類
電阻式
電容式
電感式
壓電式
電磁式
磁阻式
光電式壓阻式
熱電式
核輻射式
半導體式傳感器溫度傳感器熱電偶
熱電阻
熱敏電阻
輻射式溫度傳感器
集成溫度傳感器 主要溫度測量方法的分類和適用范圍溫度傳感器—熱電偶將溫度變化轉換成電勢變化的熱電式傳感器 溫度傳感器—熱電阻熱電阻效應鉑電阻0 OC ADI:TMP35/ TMP36/ TMP37 LM35:溫度傳感器—集成溫度傳感器模擬式集成溫度傳感器 電流型集成溫度傳感器 AD590典型測量電路AD590、AD592、TMP17 溫度傳感器—集成溫度傳感器數字式集成溫度傳感器:把溫度物理量通過溫度敏感元件和相應電路轉換成方便計算機、PLC、智能儀表等數據采集設備直接讀取得的數字量
MAXA6575/76/77、DS18B20溫度傳感器—集成溫度傳感器DS18B20多點測溫電路溫度傳感器—紅外熱輻射溫度傳感器 自然界中當物體的溫度高于絕對零度時，會不斷地向四周發出紅外輻射能量，其能量的大小及其波長的分布與它物體表面的溫度有著十分密切的關系。紅外輻射溫度傳感器就是通過對物體輻射的紅外能量的測量來準確地測定它的表面溫度。溫度傳感器—紅外熱輻射溫度傳感器紅外測溫系統濕度傳感器—濕度絕對濕度???單位體積（1m3）的氣體中含有水蒸氣的質量（g）。
??? g/m3
相對濕度（RH）
氣體中的絕對濕度Pv與該溫度氣體飽和狀態的絕對濕度Ps之比???? ×100% 濕度傳感器—分類電阻式
電容式 濕度傳感器—濕度測量光電傳感器光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉變成為電信號的器件。光電傳感器--內光電效應器件光敏電阻
光電二極管
光電三極管
當無光照時，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小
當有光照時，光敏電阻值(亮電阻)急劇減少，電流迅速增加光電傳感器—光敏電阻主要應用：光的測量
光的控制
光電轉換光電傳感器—光敏電阻例：
型號：GL5528
最大電壓（V-dc）：150
最大功耗（mW）：100
亮電阻（10Lux）（KΩ）:10-20
暗電阻（MΩ）:1暗電阻:光敏電阻在不受光照射時的阻值
亮電阻：光敏電阻在受光照射時的電阻
光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電流。 主要參數光電傳感器—光電二極管結構與一般二極管相似，裝在透明玻璃外殼中
在電路中一般是處于反向工作狀態的 光敏二極管37光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示 在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。 當光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關系。 光敏二極管的反向偏置接法UO+—光照光電傳感器—光電三極管與一般晶體管很相似，具有兩個pn結。把光信號轉換為電信號同時，又將信號電流加以放大。 氣敏傳感器用來檢測氣體類別、濃度和成分的傳感器。它將氣體種類及其濃度等有關的信息轉換成電信號，根據這些電信號的強弱便可獲得與待測氣體在環境中存在情況有關的信息。家用氣體報警器
氣-電轉換器件采用測試回路高電壓的直熱式氣敏元件TGS109。當室內可燃性氣體增加時，由于氣敏元件接觸到可燃性性氣體而其阻值降低，這樣流經回路的電流便增加，可直接驅動蜂鳴器報警。
~220VBZ 氖管家用可燃性氣體報警器電路氣敏傳感器蜂鳴器BR
氣敏傳感器氣敏傳感器信號處理—數字電路數字信號
邏輯門
數字集成電路
數字電路的應用
模擬信號：在時間上和數值上連續的信號。數字信號：在時間上和數值上不連續的（即離散的）信號。uu模擬信號波形數字信號波形tt對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。對數字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數字電路。
數字電路—模擬信號與數字信號數字電路—數字信號二值化為了方便表示和處理，數字電路上往往只用“０”和“１”兩個數值．電路上用電壓的低和高，開關的開和關，電路的通和斷來表示．
例如：ＴＴＬ邏輯電路規定：輸出輸入電壓在０～０．８伏之間為低電平．在２．４伏以上為高電平．
在受到干擾的情況下，數字信號由于狀態簡單，所以容易恢復原來的摸樣。
一幅圖片經數字化后，可以方便地對其進行各種加工處理，產生很多模擬技術無法達到的效果。
模擬指針式電壓表和數字式電壓表測量同一電池的指示，從數字式電壓表中可以讀到小數點后4位，而模擬指針式電壓表是很難到這個精度的
數字信號只有兩個狀態，所以數字信號的保存、記錄就比較容易， 數字電路—數字信號特點2.1數字電路—邏輯基礎 在客觀世界中，事物的發展變化通常都是有一定因果關系的。
例如：電燈的亮與滅決定于電源是否接通；如果電源接通了，電燈就會亮，否則就滅。
這里電源接通與否是“因”，電燈亮與不亮是“果”。這種因果關系，一般稱為邏輯關系。
反映和處理邏輯關系的數學工具，就是邏輯代數（布爾代數）（開關代數） 。數字電路的輸出信號與輸入信號之間的關系就是邏輯關系，所以數字電路的工作狀態可以用邏輯代數來描述。
邏輯代數和普通代數一樣，用字母代表變量。
邏輯代數的變量稱為邏輯變量。
和普通代數不同的是，邏輯變量只有兩種取值，并用二元常量“0”和“1”來表示。
注意邏輯代數中的“0”和“1”并不表示數量的大小，而是表示兩種對立的邏輯狀態。
如是和非、真和假、高和低、有和無、開和關等。2.1數字電路—邏輯基礎 一個結論成立與否，取決于與其相關的前提條件是否成立。
結論與前提條件之間的因果關系叫邏輯函數。
記作： 2.1數字電路—邏輯基礎在客觀世界中最基本的邏輯關系只有三種與邏輯關系
或邏輯關系
非邏輯關系 所以邏輯代數中變量的運算，也只有與運算、或運算和非運算3種基本邏輯運算。其它任何復雜的邏輯運算都可以用這3種基本邏輯運算來實現。2.1數字電路—邏輯基礎數字電路—邏輯門與運算（邏輯乘）?
與邏輯關系：只有當決定一件事情的所有條件全部具備時，這件事情才會發生。與邏輯電路實例圖 將開關接通記作1，斷開記作0；燈亮記作1，燈滅記作0。可以作出如下表格來描述與邏輯關系：功能表實現與邏輯的電路稱為與門。與門的邏輯符號：Ｙ＝ＡＢ真值表邏輯符號這種把所有可能的條件組合及其對應結果一一列出來的表格叫做真值表與邏輯關系表達方式及邏輯運算規律與邏輯電路圖與邏輯符號與邏輯運算規律0·A=0 1·A= A A·A=A數字電路—邏輯門或運算（邏輯加）
或邏輯關系在決定一件事情的所有條件中，只要具備一個或一個以上的條件，這件事情就會發生。
?
或邏輯電路或邏輯關系表達方式及邏輯運算規律或邏輯電路圖或邏輯運算規律或邏輯符號0+A=A 1+A=1 A+A=A非邏輯關系若前提條件為“真”，則結論為“假”； 若前提條件為“假”， 則結論為“真”。即結論是對前提條件的否定， 這種因果關系叫非邏輯。 非門邏輯電路實例圖 非運算（非邏輯）數字電路—邏輯門非邏輯關系表達方式及邏輯運算規律非邏輯電路圖非邏輯運算規律非邏輯符號F =非邏輯關系表達式復合邏輯運算與非、 或非、 與或非邏輯運算?
與非邏輯運算是與運算和非運算的組合， 即 或非邏輯運算是或運算和非運算的組合， 即 與或非邏輯運算是與、或、非三種運算的組合，即 數字電路—邏輯門圖2.3.1　與非門、或非門和與或非門的邏輯符號 數字電路—邏輯門門電路的作用：是用以實現邏輯關系的電子電路，與基本邏輯關系相對應。門電路的主要類型：與門、或門、與非門、或非門、異或門等。門電路的輸出狀態與賦值對應關系：正邏輯：高電位對應“1”；低電位對應“0”。混合邏輯：輸入用正邏輯、輸出用負邏輯；或者輸入用負邏輯、輸出用正邏輯。一般采用正邏輯負邏輯：高電位對應“0”；低電位對應“1”。數字電路—門電路在數字電路中，對電壓值為多少并不重要，只要能判斷高低電平即可。K開------VO輸出高電平，對應“1” 。
K合------VO輸出低電平，對應“0” 。數字電路—門電路門
(電子開關)滿足一定條件時，電路允 許信號通過? 開關接通 。開門狀態：關門狀態：條件不滿足時，信號通不過 ? 開關斷開 。數字電路—門電路開關
作用二極管反向截止：開關接通開關斷開三極管（C,E)飽和區： 截止區：開關接通開關斷開 正向導通： 二極管開關作用D正偏→導通→UD很小→電路導通
UD ≈0.7V,硅管
UD ≈0.3V,鍺管D反偏→截止→UD很大→電路斷開數字電路—門電路二極管與門邏輯變量邏輯函數( uD=0.3V )數字電路—門電路邏輯式：F=A ? B邏輯符號：數字電路—門電路二極管或門數字電路—門電路邏輯式：F=A+B邏輯符號：數字電路—門電路三極管開關作用截止飽和放大Vbe Vbc反偏 反偏， ib＝ic ＝0，開關斷開。正偏 反偏， ic ＝ βib， 線性放大。正偏 正偏， ib >Ibs ， 開關閉合。數字電路—門電路嵌位二極管三極管非門數字電路—門電路邏輯式：邏輯符號：數字電路—門電路與非門邏輯式：邏輯符號：數字電路—門電路1. 體積大、工作不可靠。2. 需要不同電源。3. 各種門的輸入、輸出電平不匹配。分立元件門電路的缺點：數字電路—門電路數字集成電路：在一塊半導體基片上制作出一個完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。使用時接：電源、輸入和輸出。數字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價格便宜的特點。數字電路—集成數字電路100個以下：小規模集成電路
幾百個：中規模集成電路
幾千個：大規模集成電路
一萬個以上：超大規模集成電路 數字電路—集成數字電路TTL：輸入和輸出端結構都采用了半導體晶體管CMOS：互補金屬氧化物半導體，屬于電壓控制型電路。 優點：靜態功耗極小，但速度要比TTL電路慢數字電路—集成數字電路數字電路—集成數字電路數字電路—集成數字電路三3輸入與門數字電路—集成數字電路四2輸入與門數字電路—集成數字電路數字電路—集成數字電路 TTL和CMOS電路的電壓和電流參數各不相同，需要采用接口電路。
　　一般要考慮兩個問題：
　　一是要求電平匹配，即驅動門要為負載門提供符合標準的輸出高電平和低電平；
　　二是要求電流匹配，即驅動門要為負載門提供足夠大的驅動電流。TTL和CMOS電路的接口數字電路—集成數字電路　 ①電平不匹配
　　TTL門作為驅動門，它的UOH≥2.4V,UOL≤0.5V；
CMOS門作為負載門，它的UIH≥3.5V，UIL≤1V。
　　可見，TTL門的UOH不符合要求。
②電流匹配
　　CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。
③解決電平匹配問題TTL門驅動CMOS門數字電路—集成數字電路TTL門驅動CMOS門　　a、外接上拉電阻RP
　　在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使TTL門電路的UOH≈5V。（當電源電壓相同時） 數字電路—集成數字電路③解決電流匹配問題
a、選用CMOS緩沖器
比如，CC4009的驅動電流可達4 mA。
b、選用高速CMOS系列產品
選用CMOS的54HC/74HC系列產品可以直接驅動TTL電路。
CMOS電路常用的是4000系列和54HC/74HC系列產品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。　　數字電路—集成數字電路真值表電路功能描述例：用與非門設計一個舉重裁判表決電路。設舉重比賽有3個裁判，一個主裁判和兩個副裁判。杠鈴完全舉上的裁決由每一個裁判按一下自己面前的按鈕來確定。只有當兩個或兩個以上裁判判明成功，并且其中有一個為主裁判時，表明成功的燈才亮。　　設主裁判為變量A，副裁判分別為B和C；表示成功與否的燈為Y，根據邏輯要求列出真值表。 1 窮舉法 1 2 2 邏輯表達式 3 卡諾圖最簡與或表達式化簡 4 5 邏輯變換 6 邏輯電路圖 3 化簡 4 111Y=AB+AC 5 6 觸發器是具有記憶功能，能存儲數字信號的基本邏輯單元。
觸發器具有兩個穩定狀態，1狀態和0狀態。
在輸入觸發信號作用下，兩個穩定狀態可以相互轉換（從1→0或從0→1），并且在觸發信號消失后能保持信號作用時的穩態不變。數字電路—觸發器(a)與非門電路 (b)或非門電路
基本RS觸發器原理電路　　電路有兩個輸入端R和S，又稱觸發信號端；有兩個互反的輸出端Q和Q。把Q=1，Q=0的狀態稱為觸發器的“1”狀態，把Q=0，Q=1的狀態稱為觸發器的“0”狀態。　　數字電路—觸發器基本RS觸發器　　顯然，不應該出現Q=Q=0，或Q=Q=1的狀態。或非門基本RS觸發器工作原理1 0R=0 S=00 1R=0 S=0 都為無效輸入，電路保持現態不變。 即：Qn+1=Qn 。1 00 00 1R=0 S=10 1R=0 S=1 S有效，置“1”。但從“0”到“1”時歷經不定態0* 數字電路—觸發器或非門基本RS觸發器工作原理0 10 01 00 01 0R=1 S=0 R有效，置“0”。但從“1”到“0”時歷經不定態0* 0 10 01 0R=1 S=0R=1 S=1R=1 S=1 輸入都有效，電路處于不定態0* 數字電路—觸發器數字電路—觸發器特 性 表 數字電路—觸發器D觸發器（數據鎖存器） 鐘控D觸發器在時鐘作用下，其次態Qn+1始終和D輸入一致，因此常把它稱為數據鎖存器或延遲(Delay)觸發器。由于D觸發器的功能和結構都很簡單，因此目前得到普遍應用。 鐘控D觸發器的波形圖 鐘控D觸發器的狀態表 數字電路—觸發器數字電路—觸發器JK 觸發器 波形圖設初態為 0 翻轉翻轉置 0置 1置 0保持數字電路—觸發器

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