電子控制技術(shù)匯編

1、電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)知識(shí)講座知識(shí)講座 電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)n電子控制系統(tǒng)概述n信息的獲取與轉(zhuǎn)換傳感器n信息處理數(shù)字電路n執(zhí)行部件電磁繼電器、晶閘管n設(shè)計(jì)及其應(yīng)用電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)數(shù)字電路數(shù)字電路電磁繼電磁繼電器電器電子控制系電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用統(tǒng)及其應(yīng)用傳感器傳感器電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)n電子控制系統(tǒng)n傳感器n數(shù)字電路nMULTISIM2010電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)n電子技術(shù)：根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子元器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。n控制技術(shù)n電子控制技術(shù)n電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)電子控

2、制系統(tǒng)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)被控對(duì)象象反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對(duì)象對(duì)象n經(jīng)典控制系統(tǒng)框圖經(jīng)典控制系統(tǒng)框圖電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)被控量輸入部分控制部分執(zhí)行部分被控對(duì)象比較器u開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)被控量輸入部分控制部分執(zhí)行部分被控對(duì)象反饋環(huán)節(jié)比較器u閉環(huán)電子控制系統(tǒng)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)u公園音樂(lè)噴泉自動(dòng)控制系統(tǒng)u十字路口的紅綠燈定時(shí)控制系統(tǒng)u家用窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)u樓道自動(dòng)聲控?zé)粞b置u賓館自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)u賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)u賓館自動(dòng)叫醒服務(wù)系統(tǒng)u公共汽車(chē)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)u普通全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)u可調(diào)

3、光臺(tái)燈控制系統(tǒng)u賓館自動(dòng)門(mén)加裝壓力傳感器防意外事故自動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)u加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)u花房溫度控制系統(tǒng)u夏天房間溫度控制系統(tǒng)u家用電冰箱溫度控制系統(tǒng)u糧庫(kù)溫、濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)u自動(dòng)電熱水壺控制系統(tǒng)u熱水器加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)的基本組成電子控制系統(tǒng)的基本組成 n輸入部分n控制部分n輸出部分輸入輸入被控對(duì)象被控對(duì)象輸出輸出控制控制(處理處理)信息信息電子控制系統(tǒng)框圖電子控制系統(tǒng)框圖傳感器傳感器定義n能感受規(guī)定的被測(cè)量（物理量、化學(xué)量、生物量等）并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出（一般多為電量）的器件或裝置。傳感器傳感器組成n敏感元件敏感元件（Sensing

4、element） 直接感受或響應(yīng)被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量n轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件（Transduction element） 能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。傳感器傳感器分類(lèi)按被測(cè)量對(duì)象分類(lèi)按被測(cè)量對(duì)象分類(lèi)u溫度傳感器溫度傳感器u濕度傳感器濕度傳感器u位移傳感器位移傳感器u速度傳感器速度傳感器u加速度傳感器加速度傳感器u壓力傳感器壓力傳感器u振動(dòng)傳感器振動(dòng)傳感器按工作原理分類(lèi)按工作原理分類(lèi)u電阻式電阻式u電容式電容式u電感式電感式u壓電式壓電式u電磁式電磁式u磁阻式磁阻式u光電式光電式u壓阻式壓阻式u熱電式熱電式u核輻射式核輻射式u半導(dǎo)體式傳半導(dǎo)體式傳

5、感器感器溫度傳感器溫度傳感器n熱電偶n熱電阻n熱敏電阻n輻射式溫度傳感器n集成溫度傳感器 測(cè)溫方式類(lèi)別原理典型儀表測(cè)溫范圍/接觸式測(cè)溫膨脹類(lèi)利用液體氣體的熱膨脹及物質(zhì)的蒸汽壓變化玻璃液體溫度計(jì)-200600壓力式溫度計(jì)-80600利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計(jì)-80600熱電類(lèi)利用熱電效應(yīng)熱電偶-2002000電阻類(lèi)固體材料的電阻隨溫度而變化鉑熱電阻-200850銅熱電阻-40140熱敏電阻-100300其他電學(xué)類(lèi)半導(dǎo)體器件的溫度效應(yīng)集成溫度傳感器-55125晶體的固有頻率隨溫度而變化石英諧振溫度傳感器-80250非接觸式測(cè)溫光纖類(lèi)用光纖的溫度特性或作為傳光介質(zhì)半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)-50120

6、光纖輻射溫度計(jì)6002500輻射類(lèi)利用普朗克定律光學(xué)高溫計(jì)8003200光電高溫計(jì)2001600輻射溫度計(jì)4002000比色溫度計(jì)8002000紅外測(cè)溫儀-503000主要溫度測(cè)量方法的分類(lèi)和適用范圍主要溫度測(cè)量方法的分類(lèi)和適用范圍溫度傳感器溫度傳感器熱電偶n將溫度變化轉(zhuǎn)換成電勢(shì)變化的熱電式傳感器 溫度傳感器溫度傳感器熱電阻n熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)鉑電阻鉑電阻20(1)tRRAtBt230(1(100) )tRRAtBtC tt0 OC t650 OC-200 OC t0OCv鉑電阻分度表鉑電阻分度表溫度傳感器溫度傳感器熱電阻0(1)tRRt銅電阻銅電阻 -50 OC tIbs ， 開(kāi)關(guān)閉合。V

7、VRRVIicesCccCcesccbsb7 . 0 , VV數(shù)字電路門(mén)電路R1DR2AF+12V +3VuAuF3V0.30V3.3嵌位二極管三極管非門(mén)數(shù)字電路門(mén)電路uAuF3V0.30V3.3AF0110邏輯式：AF 邏輯符號(hào)：1AF數(shù)字電路門(mén)電路R1DR2F+12V +3V三極管非門(mén)D1D2AB+12V二極管與門(mén)與非門(mén)邏輯式：BAF &ABF邏輯符號(hào)：數(shù)字電路門(mén)電路1. 體積大、工作不可靠。2. 需要不同電源。3. 各種門(mén)的輸入、輸出電平不匹配。分立元件門(mén)電路的缺點(diǎn)：數(shù)字電路門(mén)電路數(shù)字集成電路：在一塊半導(dǎo)體基片上制作出一個(gè)完整的邏輯電路所需要的全部元件和連線。使用時(shí)接：電源、輸入

8、和輸出。數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價(jià)格便宜的特點(diǎn)。數(shù)字電路數(shù)字集成電路100個(gè)以下：小規(guī)模集成電路 幾百個(gè)：中規(guī)模集成電路 幾千個(gè)：大規(guī)模集成電路 一萬(wàn)個(gè)以上：超大規(guī)模集成電路 數(shù)字電路數(shù)字集成電路TTL：輸入和輸出端結(jié)構(gòu)都采用了半導(dǎo)體晶體管CMOS：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，屬于電壓控制型電路。 優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)功耗極小，但速度要比TTL電路慢數(shù)字電路數(shù)字集成電路174LS00四四2輸入與非門(mén)輸入與非門(mén)274LS02四四2輸入或非門(mén)輸入或非門(mén)374LS04六反相器六反相器474LS05六反相器六反相器OC門(mén)門(mén)574LS08四四2輸入與門(mén)輸入與門(mén)674LS10三三3輸入與非門(mén)輸入與非

9、門(mén)774LS14六反相器六反相器施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)874LS20雙雙4輸入與非門(mén)輸入與非門(mén)974LS21雙雙4輸入與門(mén)輸入與門(mén)1074LS308輸入與非門(mén)輸入與非門(mén)1174LS32四四2輸入或門(mén)輸入或門(mén)1274LS644-2-3-2輸入與或非門(mén)輸入與或非門(mén)1374LS86四四2輸入異或門(mén)輸入異或門(mén)1474LS125四總線緩沖器四總線緩沖器三態(tài)輸出三態(tài)輸出數(shù)字電路數(shù)字集成電路1CC4001四四2輸入或非門(mén)輸入或非門(mén)2CC4011四四2輸入與非門(mén)輸入與非門(mén)3CC4030四異或門(mén)四異或門(mén)4CC4049六反相器六反相器5CC4066四雙向開(kāi)關(guān)四雙向開(kāi)關(guān)6CC4071四四2輸入或門(mén)輸入或門(mén)7CC407

10、3三三3輸入與門(mén)輸入與門(mén)8CC4077四異或非四異或非9CC40788輸入或輸入或/或非門(mén)或非門(mén)雙雙4輸入與門(mén)輸入與門(mén)10CC4086四路四路2-2-2-2與或非門(mén)與或非門(mén)可擴(kuò)展可擴(kuò)展11CC4093四四2輸入與非門(mén)輸入與非門(mén)施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)12CC4097雙雙8選選1模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)13CC4502六反相器六反相器/緩沖器緩沖器三態(tài)，有選通端三態(tài)，有選通端數(shù)字電路數(shù)字集成電路 1A 1B 2A 2B 2C 2YGNDVCC1C 1Y3C3B3A3Y12345671413121110 9 8 111011 15 (OC) 2A 2B 1A 1B 1C 1Y VSSVDD3C 3B3A3Y2

11、Y2C12345671413121110 9 8 4073三3輸入與門(mén)ABCY 數(shù)字電路數(shù)字集成電路 081008 09 (OC) 1A 1B 1Y 2A 2B 2YGNDVCC4B 4A4Y3B3A3Y12345671413121110 9 8 1A 1B 1Y 2Y 2A 2B VSSVDD4B 4A4Y3Y3B3A408112345671413121110 9 8四2輸入與門(mén)ABY 數(shù)字電路數(shù)字集成電路數(shù)字電路數(shù)字集成電路 TTLTTL和和CMOSCMOS電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，需要電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，需要采用接口電路。采用接口電路。一般要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一般要考慮兩個(gè)問(wèn)題

12、：一是要求一是要求電平匹配電平匹配，即驅(qū)動(dòng)門(mén)要為負(fù)載門(mén)提供符合，即驅(qū)動(dòng)門(mén)要為負(fù)載門(mén)提供符合標(biāo)準(zhǔn)的輸出高電平和低電平；標(biāo)準(zhǔn)的輸出高電平和低電平；二是要求二是要求電流匹配電流匹配，即驅(qū)動(dòng)門(mén)要為負(fù)載門(mén)提供足夠，即驅(qū)動(dòng)門(mén)要為負(fù)載門(mén)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。大的驅(qū)動(dòng)電流。數(shù)字電路數(shù)字集成電路 TTL門(mén)作為驅(qū)動(dòng)門(mén)，它的門(mén)作為驅(qū)動(dòng)門(mén)，它的UOH2.4V,UOL0.5V； CMOS門(mén)作為負(fù)載門(mén)，它的門(mén)作為負(fù)載門(mén)，它的UIH3.5V，UIL1V?？梢?jiàn)，可見(jiàn)，TTL門(mén)的門(mén)的UOH不符合要求不符合要求。 CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問(wèn)題。電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問(wèn)題。 解決電平匹配問(wèn)題解決電平匹配問(wèn)

13、題數(shù)字電路數(shù)字集成電路TTL門(mén)驅(qū)動(dòng)CMOS門(mén)a a、外接上拉電阻、外接上拉電阻R RP P在在TTL門(mén)電路的輸出端外接一個(gè)上拉電阻門(mén)電路的輸出端外接一個(gè)上拉電阻RP，使，使TTL門(mén)電路的門(mén)電路的UOH5V。（當(dāng)電源電壓相同時(shí)）。（當(dāng)電源電壓相同時(shí)） 數(shù)字電路數(shù)字集成電路a、選用、選用CMOS緩沖器緩沖器比如，比如，CC4009的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)4 mA。b、選用、選用高速高速CMOS系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品選用選用CMOS的的54HC/74HC系列產(chǎn)品可以直接驅(qū)動(dòng)系列產(chǎn)品可以直接驅(qū)動(dòng)TTL電路電路。 CMOS電路常用的是電路常用的是4000系列和系列和54HC/74HC系列產(chǎn)品，后幾位的系列

14、產(chǎn)品，后幾位的序號(hào)不同，邏輯功能也不同。序號(hào)不同，邏輯功能也不同。數(shù)字電路數(shù)字集成電路真值表真值表電路功電路功能描述能描述：用與非門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)舉重裁判表決電路。設(shè)舉重比賽有3個(gè)裁判，一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判。杠鈴?fù)耆e上的裁決由每一個(gè)裁判按一下自己面前的按鈕來(lái)確定。只有當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上裁判判明成功，并且其中有一個(gè)為主裁判時(shí)，表明成功的燈才亮。設(shè)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(jù)邏輯要求列出真值表。 1 窮舉法 1 A B CYA B CY0 0 00 0 10 1 00 1 100001 0 01 0 11 1 01 1 10111 2 ABCCABCBAmmmY765

15、 2 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式 ABC0001111001ABACY& 3 卡諾圖卡諾圖最簡(jiǎn)與或最簡(jiǎn)與或表達(dá)式表達(dá)式化簡(jiǎn) 4 5 邏輯變換邏輯變換 6 邏輯電邏輯電路圖路圖 3 化簡(jiǎn) 4 111Y= AB +AC 5 ACABY 6 觸發(fā)器是觸發(fā)器是具有記憶功能具有記憶功能，能存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)能存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)的基本邏輯單元。的基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，1狀態(tài)和狀態(tài)和0狀態(tài)狀態(tài)。在輸入觸發(fā)信號(hào)作用下，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可在輸入觸發(fā)信號(hào)作用下，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換（從以相互轉(zhuǎn)換（從10或從或從01），并且），并且在觸發(fā)信號(hào)消失后能保持信號(hào)作用時(shí)的在觸發(fā)信號(hào)消失后能保持

16、信號(hào)作用時(shí)的穩(wěn)態(tài)不變。穩(wěn)態(tài)不變。數(shù)字電路觸發(fā)器(a)與非門(mén)電路與非門(mén)電路 (b)或非門(mén)電路或非門(mén)電路基本基本RS觸發(fā)器原理電路觸發(fā)器原理電路電路有兩個(gè)輸入端電路有兩個(gè)輸入端R和和S，又稱(chēng)觸發(fā)信號(hào)端；有兩個(gè)又稱(chēng)觸發(fā)信號(hào)端；有兩個(gè)互反的輸出端互反的輸出端Q和和Q。把。把Q=1，Q=0的狀態(tài)稱(chēng)為觸發(fā)器的狀態(tài)稱(chēng)為觸發(fā)器的的“1”狀態(tài)，把狀態(tài)，把Q=0，Q=1的狀態(tài)稱(chēng)為觸發(fā)器的的狀態(tài)稱(chēng)為觸發(fā)器的“0”狀態(tài)。狀態(tài)。& Q Q S R &1 Q Q S R 1 數(shù)字電路觸發(fā)器基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器顯然，不應(yīng)該出現(xiàn)顯然，不應(yīng)該出現(xiàn)Q=Q=0，或，或Q=Q=1的狀態(tài)。的狀態(tài)?；蚍情T(mén)基本或非門(mén)基

17、本RS觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器工作原理1 011Q=0， Q=1Q=0， Q=1R=0 S=00 111Q=1， Q=0Q=1， Q=0R=0 S=0 都為無(wú)效輸入，電路保持現(xiàn)都為無(wú)效輸入，電路保持現(xiàn)態(tài)不變。態(tài)不變。 即：即：Qn+1=Qn 。1 00 00 111Q=0， Q=1Q=0， Q=0R=0 S=1Q=1， Q=00 111Q=1， Q=0R=0 S=1Q=1， Q=0 S有效，置有效，置“1”。但從。但從“0”到到“1”時(shí)歷經(jīng)不定態(tài)時(shí)歷經(jīng)不定態(tài)0* 數(shù)字電路觸發(fā)器或非門(mén)基本或非門(mén)基本RS觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器工作原理0 10 01 00 01 011Q=0， Q=1R=1 S=0Q=0， Q=1 R有效，置有效，置“0”。但從。但從“1”到到“0”時(shí)歷經(jīng)不定態(tài)時(shí)歷經(jīng)不定態(tài)0* 0 10 01 011Q=1， Q=0Q=0， Q=0R=1 S=0Q=0， Q=111Q=0， Q=1Q=0， Q=0R=1 S=111Q=1， Q=0Q=0， Q=0R=1 S=1 輸入都有效，電路處于不定輸入都有效，電路處于不定態(tài)態(tài)0* 數(shù)字電路觸發(fā)器數(shù)字電路觸發(fā)器 R S Qn+1 功功 能能 0