電子控制技術(通用技術選修一)詳解

1、電子控制技術概述本模塊是普通高中通用技術課程的一個選修模塊。本模塊的教學應緊緊圍繞技術課程的目標展開，著眼于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神、提高學生的技術素養(yǎng)。教學內容的選擇要注重基礎性、綜合性、人文性，努力反映電子技術的新成果。教學過程強調基于提高生活質量、基于問題解決、與學生日常生活密切相關、有利于培養(yǎng)學生興趣的教學設計。鼓勵設計方案的多樣性，注重引導學生在電子技術基本技能形成的同時領悟出電子技術設計的思想方法、注重提高學生在電子技術學習中的探究、試驗、創(chuàng)造和共通能力，使學生成為電子技術學習的主體，更好地面對當今技術社會的挑戰(zhàn)。本模塊的教學應反映必修模塊“技術與設計1”和“技術與設計2”中技

2、術設計的思想方法。本模塊分設傳感器、數(shù)字電路、電磁繼電器、和電子控制系統(tǒng)及其應用四個主題。模塊-主題結構如下圖。前面三個主題分別闡述了電子控制系統(tǒng)的三個主要組成部分，重點是各部分的作用、原理和應用，第四個主題是將前面三個主題組合成一個控制系統(tǒng)，通過應用性設計，對“技術與設計1”、“技術與設計2”的內容進行應用、綜合和拓展遷移。本模塊的重點是在電子控制系統(tǒng)及其應用上。模塊內容通過對日常生活、工農業(yè)生產(chǎn)、軍事武器的典型案例的分析，使學生建立起系統(tǒng)結構和電子控制系統(tǒng)結構的完整概念，明確傳感器、數(shù)字電路和電磁繼電器作為電子控制系統(tǒng)的三個主要環(huán)節(jié)的作用，了解電子控制系統(tǒng)設計的一般過程、應遵循的基本原則。

3、通過親歷設計過程，使學生理解電子技術、親近電子技術?？赡苡幸恍W生缺乏電子技術的基礎知識，建議教師在教學時補充電阻、電容、電感、三極管、放大器等知識和常用電子測量儀器如多用電表、示波器的使用方法。模塊的四個主題，建立電子控制系統(tǒng)的完整結構概念是前提，傳感器、數(shù)字電路、電磁傳感器掌握運用是基礎，電子控制系統(tǒng)的綜合應用是載體，通過電子技術的操作方法和試驗方法的掌握，領悟技術與設計的思想方法，提高學生探究問題的能力，促進所學知識與能力的遷移。第一節(jié)傳感器、內容結構圖:二、知識點列表學習結果（知識點）指標（當學生獲得這種學習結果時，他們能夠：表現(xiàn)水平常見傳感器的種類、型號能從外形和標識上識別光敏傳感器

4、、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見傳感器II常見傳感器的電路圖形熟悉光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見傳感器的電路圖形符號I常見傳感器的檢測能用多用電表檢測光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器等常見傳感器的特性并判斷好壞II常見傳感器的作用知道光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見傳感器的物理信息采集和電信號轉換原理和作用I常見傳感器典型應用舉例說明光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見傳感器在自動控制系統(tǒng)中的應用I三、重難

5、點分析（一）重點分析1、常見傳感器的作用傳感器象人體的感覺器官一樣能感受到外界物理信息的變化，它能將非電量的物理信息轉換成與之有確定關系的電信號，輸送給控制電路進行處理。在電子控制系統(tǒng)中，傳感器是能夠采集外界物理信息的唯一元器件，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器種類繁多，常見的電阻式傳感器是將被測量，如光、溫度、濕度、力、氣體濃度等物理量轉換式成電阻值（間接轉換成電流、電壓信號）這樣的一種器件。主要有光敏、熱敏、濕敏、壓敏、氣敏等電阻式傳感器件。光敏二極管和光敏三極管對紅外線敏感，可在紅外遙控電子控制系統(tǒng)中應用。2、常見傳感器的應用技術課程的學習要從學生的生活經(jīng)驗出發(fā)，了解傳感器在日

6、常生活、生產(chǎn)、軍事、環(huán)境監(jiān)測方面的應用，可以培養(yǎng)學生學習電子控制技術的興趣，可以引導學生對電子控制技術的人文因素的感悟和理解。（二）難點分析1、從外形和標識上認識傳感器從外形和標識上區(qū)別不同的常見傳感器是其應用的基礎，而傳感器種類繁多、外形各異，認識它們，對初學者有較大難度。2、常見傳感器的檢測通過用多用電表檢測常見傳感器的電氣特性，使學生加深對傳感器原理的感性認識，激發(fā)探究欲望，能比較、判斷傳感器的好壞及引腳極性，正確使用傳感器，這是一個是試驗、探究的過程，是理論和實踐的結合，是學生技術素養(yǎng)的一個觀察點。常見傳感器的檢測涉及到對常見傳感器結構、原理、特性的了解和有關電子測量儀器的使用，而且不

7、同的傳感器有不同的檢測方法，所以是傳感器教學中的一個難點。四、教學建議教師在教學中不要介紹傳感器的工作原理，重點要放在如何讓學生定性了解傳感器上。因此，教學中穿插學生動手實驗和教師課堂實物演示就顯的特別重要。如何上好這部分教學內容，建議把握好以下4個教學內容。1、了解常見傳感器的型號命名方法：（1）對于敏感型電阻式傳感器，其型號一般由四部分組成，第一部分是字母“M”表示敏感型元件，第二部分字母表示敏感類別（都是拼音的第一個字母），如：“Z”表示正溫度系數(shù)熱敏電阻、“F”表示負溫度系數(shù)熱敏電阻、“Y”表示壓敏電阻、“S”表示濕敏電阻、“Q”表示濕敏電阻、“G”表示光敏電阻、“C”表示磁敏電阻、“

8、L”表示力敏電阻，后面兩個部分表示用途和序號。例如：MF41是普通旁熱式負溫度系數(shù)熱敏電阻，MG42是可見光敏電阻，MSC-1是陶瓷濕敏電阻,等等。（2）對于非電阻式傳感器，就要查閱有關手冊，如光敏二極管常用型號是2CUXX,管殼上有一個光照窗口、一個正極性標志點，使用時注意兩個電極的正負極；光敏三極管常用型號是3DUXX，使用時要注意集電極C和發(fā)射極E的區(qū)別。2、定性認識常見傳感器教師可以先介紹一兩個常見傳感器將不同的物理信息轉換成電信號的最簡單原理和外形結構，教學中重點是定性介紹常見的傳感器如光敏傳感器、熱敏傳感器、磁敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器等的功能作用。比如，教師可以先介紹電阻型

9、敏感器，其物理信息直接轉換的電信號是電阻值的變化；如熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻是以鈦酸鋇為主和微量鍶、鈦、鋁等化合物配制成電阻體材料，其電阻值隨溫度的升高而升高；負溫度系數(shù)熱敏電阻是以錳、鎳、銅等的化合物為原料，按一定比例混合用陶瓷工藝制成，其電阻值隨溫度的升高而降低。對于非電阻型敏感器，如光敏二極管由硅材料構成PN結，具有單向導電性，工作在反向電壓下，管芯受到光照時，半導體材料原子結構中最外層的電子被激發(fā)出來，形成反向電流，且隨光強度增大而增大，所以光敏二極管是將光信息直接轉換為電流信號。例：認識常見傳感器件老師：給學生看光敏傳感器、熱敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器的實物，同時也展示磁敏

10、傳感器、力傳感器和位移傳感器的照片，并介紹各個傳感器的名稱。老師舉實物自問自答：為什么稱光敏傳感器。因為它能收集光的信息，并把它轉變?yōu)殡娦盘?。老師舉實物問：為什么稱熱敏傳感器。學生回答：因為它能收集熱信息，并把它轉變?yōu)殡娦盘?。老師：它能收集溫度信息，并把它轉變?yōu)殡娦盘?。溫度是反映物體熱度的物理量。學生：老師為什么氣敏傳感器引腳這么多，而熱敏傳感只有兩個引腳。老師：目前對天然氣（液化氣）敏感的傳感器，技術上還需要4個引腳其中兩個引腳需要外接輔助電源。這樣氣敏傳感器才能收集液化氣的信息并把它轉變?yōu)殡娦盘?。隨著技術的發(fā)展，會有一天氣敏傳感器的引腳與光敏傳感器的引腳一樣只有兩個引腳。3、使學生直觀認識

11、傳感器的作用傳感器獲得外界的輸入信息并通過它將非電量信息轉換成電信號輸出，其內部工作原理是復雜的。課標只要求學生知道傳感器的作用及其應用。因此教學設計要精選簡單易行的實物演示實驗，讓學生直觀地認識傳感器的作用。通過二三個不同傳感器的演示實驗引出一個結論各種傳感器的作用都是一樣的，將非電量信息轉換成電信號輸出，不同的是它們敏感的非電量信息不同，有的是光、有的是聲、有的是溫度。例：傳感器的作用老師實驗前準備：光敏電阻一只、熱敏傳感器一只、電吹風一把、指針式萬用表一架、電池組、電阻一個.老師上課演示，同學觀察。置萬用表于Rx1K檔,表筆分別接入光敏電阻的兩個引腳，察萬用表指示的電阻值約為1千歐；用手

12、遮蓋光敏電阻的受光表面，觀察萬用表指示的電阻值為30千歐，即光敏電阻無光照時電阻值增大，有光照時電阻值減小。用電吹風對光敏電阻加熱，對著光敏電阻叫喊，光敏電阻的電阻值都不發(fā)生變化，說明光敏電阻僅拾取光信息。置萬用表于Rx1K檔，表筆分別接入熱敏電阻的兩個引腳，觀察萬用表指示的電阻值為2千歐姆，用電吹風產(chǎn)生熱風吹熱敏電阻，熱敏電阻溫度上升的同時觀察萬用表指示的電阻值漸漸增大，即熱敏電阻隨著溫度的升高，電阻值增大，用手遮蓋熱敏電阻，使它不受光，觀察萬用表熱敏電阻的電阻值不發(fā)生變化，說明熱敏電阻僅拾取溫度的信息。如檢測光敏二極管可用光照法，多用電表選Rx1K電阻檔，用黑表筆（表內電池正極）接光敏二極

13、管負極，紅表筆接正極，用手遮住光敏二極管光照窗口，此時電阻接近無窮大；然后，讓光線照射光敏二極管，電阻會大幅度減小，可以直觀光敏二極管的特性、可以判斷光敏二極管的敏感性和好壞。光敏二極管還和普通二極管一樣具有單向導電作用，其正向電阻為8-9K0,反向電阻大于5MQ。老師做實驗小結：不同的傳感器可以用來收集不同的信息，將信息變化轉換為電阻值變化的信號的這類傳感器稱為電阻類傳感器。還有許多傳感器也是電阻類傳感器，如：濕敏傳感器、力敏傳感器、聲敏傳感器、磁敏傳感器。對于阻類傳感器，在要求不高的場合，它們的好壞可以用多用表測量，它的電阻值隨外界信息變化而變化的情況來判斷，若它們的阻值隨外界信息變化而變

14、化，則是好的，否則為不良的。不良的傳感器是不能用的。老師：如何將電阻類傳感器電阻隨外界信息變化而變化變換為輸出電信號隨外界信息變化而變化呢？觀察一個實驗如圖9.1所示。它由一個電阻R、一個光敏電阻RG和一個3伏電池組組成。V是電壓表用來測量輸出電壓。%Rg.Y岀舉電E圖9.1電阻性傳感器檢測電路用手遮蓋光敏傳感器輸出電壓隨光敏傳感器受光面的光強度而變化。老師：這個實驗電路告訴我們一個事實，電阻性傳感器在應用時要并接由E（電源）和R（電阻）相串聯(lián)組成的轉換電路。該轉換電路能使電阻類傳感器電阻隨外界信息變化而變化，變換為傳感器輸出電信號隨外界信息變化而變化。這樣光敏傳感器經(jīng)轉換電路變換后就能將光信

15、息變換為電信號。經(jīng)過后續(xù)章節(jié)的學習可以了解到如何對該電信號進行處理，然后輸出執(zhí)行電路。如用光敏電阻實現(xiàn)對街上路燈的自動控制。它的控制過程為：天暗了，光敏傳感器將光信息變換為電信號，送處理電路處理后，輸出控制電壓送執(zhí)行電路。執(zhí)行電路接通路燈開關，路燈點亮，反之，路燈電源被切斷。4、學生動手實驗，加深對傳感器的應用了解。為了使學生能定性認識傳感器的功能和作用，加深學生對傳感器的了解，在教學設計中，可考慮安排學生一次動手實驗，學生可以幾個人一組。實驗的目的是認識常見的傳感器，能用多用表檢測傳感器，知道傳感器的作用及其應用。教師在選擇實驗電路時要盡可能考慮電路簡單、操作容易、突出學生對傳感器在應用性方

16、面的認識，使學生知道傳感器的作用在與收集信息；知道不同類別的傳感器能夠把不同類別的信號轉變?yōu)殡娦盘?；知道生活中常見的自動控制系統(tǒng)需使用什么類別的傳感器。例：老師：實驗教學資源準備。（微調電位器、光敏傳感器、濕敏傳感器、三極管、發(fā)光二極管電阻、多用表、電池組、調光臺燈、噴霧器、照度計、濕度計、聲強儀等）實驗電路：圖9.2傳感器試驗電路老師：圖9.2是一個信號處理電路（控制器）和執(zhí)行器組成的一個報警實驗電路，報警時，發(fā)光二極管£亮，圖中v2主要功能是信號處理，£是執(zhí)行器（執(zhí)行器也可以是繼電器或蜂鳴器等），R是限流電阻，限制V亮時的最大電流，通常R取2000,V亮時的流過

17、3;的電流約為10mA。R2也為限流電阻，防止因傳感器接錯，電源直接燒毀三極管的BE結。圖中，a、b兩點用于連接傳感器。當a、b兩點接熱敏電阻時，該電路的功能為濕度報警器，a、b兩點接光敏傳感電阻時，該電路的功能為照度報警器；當a、b兩點接聲傳感器時，該電路的功能為噪聲報警器。下面以a、b兩點接光敏傳感器為例介紹照度報警器電路工作原理。光照強度大時，光敏傳感器的電阻小，根據(jù)分壓原理，電源E在Rp的上的分壓值大，適當調整Rp的電阻值，使在b、G兩點間的電壓為0.7V。三極管V2因Vbe=0.7V飽和而導通。電源經(jīng)電阻R,發(fā)光二極管V三極管V2的C、E極構成了回路，電流流過發(fā)光二極管£，

18、發(fā)光二極管被點亮照度報警，說明當前照度太強了。老師：當光照度弱時，光敏傳感器的等效電阻值變得很大（幾十千歐或上百千歐），電源E在Rp上幾乎沒有什么分壓值，三極管V2的Vbe值幾乎為零，三極管截止，沒有電流流過三極管C、E極，發(fā)光二極管V不亮，說明當前光照度沒有超過"警戒線”老師：同學們想一想，上述電路中，微調電位器Rp的與電源E組成一個轉換電路，光敏傳感器經(jīng)轉換電路變換后，就能將光信息變換微電信號輸出。調整Rp的目的是改變在確定的照度條件下，轉換電路輸出的電壓，即報警照度為“警戒線”。老師：同學們討論一下怎樣調整照度報警器?學生：討論，回答（略）老師：小結，實驗步驟1）用照度計將臺燈

19、的光強度調到100Lx（報警照度）2）在實驗板上接入光敏傳感器，3）接通電源開關K4）調整微調電位器Rp，使發(fā)光二極管亮。5）用多用表直流電壓檔確認,VBE之間的電壓0.7V6）關閉臺燈，發(fā)光二極管不亮。用多用表直流電壓檔確認VBE之間電壓小于0.7V老師：實驗步驟5和6中用電壓表測量VBE的電壓這個操作可以省略。為什么要求大家做呢？因為Rp的端電壓值很重要，它是流過光敏傳感器的電流流過Rp產(chǎn)生的電壓降。該電壓可以理解為光敏傳感器的輸出電壓，該電壓是否0.7V決定信號處理管是導通還是截止，即發(fā)光二極管是亮還是暗。當VBE為0.7V時，三極管時導通，當Vbe<0.4V時，三極管時截止的。老

20、師：下面分小組做實驗。一組做一種傳感器實驗。同學們在做實驗的同時要發(fā)揮團隊精神，同時思考下面二個問題：1、想一想，在日常生活中，見過什么電子產(chǎn)品用過你做過實驗的傳感器2、報警器的功能有什么地方不滿意，提出建設性意見實驗結束前每一個小組派代表回答上述問題學生：實驗開始（略）學生：小組代表發(fā)言。同學們爭論（略）老師：最后作實驗小結（略）常見傳感器的檢測教學設計一、教學內容分析：本節(jié)課主要通過對磁敏、聲敏的定性檢測和對光敏、熱敏傳感器的定量檢測，使同學們對傳感器有一個感性認識，初步掌握傳感器的檢測方法，了解傳感器將物理量轉換為電量的特性，為使用傳感器進行電子控制系統(tǒng)的設計奠定基礎。根據(jù)日常生活中常見

21、電器使用傳感器的情況，選用光敏、聲敏（用于夜晚樓道聲響照明燈的開關）、熱敏（自動開水壺）、磁敏（門開防盜報警）這4種傳感器，檢測方法設計為2種：1、使用多用電表的歐姆檔，通過測量傳感器在外界物理量變化時的電阻值變化規(guī)律，并作好數(shù)據(jù)記錄；2、使用QXD-2型傳感器性能實驗儀，進行傳感器功能的演示實驗，該儀器在感受到傳感器輸入信號時，可控制發(fā)出四種音樂聲，以及進行燈光閃爍和繼電器控制。二、教學對象分析：雖然傳感器在日常生活中應用廣泛，但學生缺乏自己動手搭接傳感器電路的實際技術體驗，因此對傳感器對物理量感受和轉換作用并不理解，因此使用多用電表和演示儀器進行實驗，可增加實驗的趣味性，調動學生的探究欲望

22、。本課教學要求學生學會使用多用電表測量傳感器的電阻隨環(huán)境物理量的變化情況。學生對多用電表的使用熟練程度不一，可分組合作、互相學習，完成檢測任務。三、教學目標及分析1、了解常見傳感器的檢測方法；能夠根據(jù)檢測信息對幾種傳感器進行特性分析。學會使用多用電表檢測光敏電阻、正、負溫度系數(shù)熱敏電阻、磁敏傳感器；2、經(jīng)歷傳感器檢測的一般過程，從系統(tǒng)、信息、控制的角度分析傳感器的作用，從傳感器檢測儀的控制功能領悟“黑箱”原理；3、培養(yǎng)學生養(yǎng)成嚴謹細致的技術學習習慣（如不要將溫度計折斷、不要被開水燙了等）；樹立安全用電意識和遵守安全操作規(guī)程的習慣。注重學生觀察能力、運用知識解決問題能力的培養(yǎng)，領悟技術試驗的一般

23、思想方法。教學重點：學會認識、檢測幾種常見的傳感器。教學難點：對測量數(shù)據(jù)的分析歸納。四、教學策略及媒體的運用1、教師先搜集各種生活中傳感器應用和各種傳感器對照的圖片資料，擴大學生的知識面；2、將檢測流程簡單、現(xiàn)象明顯的光敏電阻的檢測安排在開始，集中觀察，然后由學生應用類似方法設計其它幾種傳感器的檢測；3、各小組根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行討論、推選代表發(fā)言歸納。五、教學準備多種傳感器1袋/組，多用電表1塊/組、傳感器功能演示儀1臺/組溫度傳感器特性測試試驗儀器：小電熱棒1個、溫度計1根、大玻璃杯1個光敏傳感器特性測試試驗儀器：調光臺燈1盞、照度計1臺六、教學過程過程教師活動學生活動及預期目標設計思路多媒體

24、用圖片展示各種生活中傳感器學生識別、舉例生活中接觸培養(yǎng)學生對展示應用事例和各種傳感器至啲傳感器，識別傳感器的傳感器的興名稱、符號和作用趣多用電1、演示用多用電表測量傳感器1、分組討論、確定檢測方運用基本方表檢測的電阻或通斷情況，并記錄數(shù)法、分組操作；法解決問題，據(jù)；2、加熱水杯，將熱敏傳感歸納檢測步2、提示學生改變傳感器接收物器置水中，測量并記錄其阻驟理信息的強度；注意特別注意值隨溫度變化情況；溫度傳感器在常溫和100C0時3、將調臺燈照射光敏傳感的阻值，注意測量光敏電阻的器，觀察記錄其阻值變化隨暗電阻；照度變化的情況；3、歸納舉例。3、交流、討論、歸納傳感器的特性儀器演1、介紹傳感器功能演示

25、儀器的1、在演示儀上接插不同的按"黑箱"理示使用；傳感器，觀察現(xiàn)象；論設計的路2、介紹“黑箱”理論。2、領悟“黑箱”理論;3、組織學生演示說明結論。3、分析試驗現(xiàn)象，歸納總結整1、總結幾種傳感器的特性和檢畫出電阻值隨環(huán)境物理量培養(yǎng)學生技理測方法；變化的規(guī)律曲線，核對檢測術學習的良2、介紹檢測傳感器的特性和檢報告并歸納整理好測方法1、溫度傳感器檢測實驗：多用電表置RxlOO電阻檔，兩個表筆分別接熱敏電阻的兩個引腳，將熱敏電阻放入水杯，溫度計測得起始加熱時的水溫為25C，此時多用電表測得熱敏電阻（型號：TTC103）的阻值是5KQ;用電熱棒加溫，隨著水溫不斷上升，熱敏電阻隨之下

26、降（負溫度系數(shù)）當水溫達到100C0時，熱敏電阻的阻值是500Q。學生可選擇10個不同溫度作為觀測點，測出熱敏電阻的10個不同電阻值，列出表格并畫出電阻值隨溫度變化的曲線。2、光敏傳感器檢測實驗：多用電表置RxlOO電阻檔，兩個表筆分別接光敏電阻的兩個引腳，用調光臺燈照射光敏電阻的感光窗口；調節(jié)燈光照度為1OOLUX,測得光敏電阻值為3KQ,隨著光照度不斷上升，光敏電阻隨之下降，當光照度達到672LUX時，測得光敏電阻值約為1.1KQ。學生可選擇10不同光照度作為觀測點，測出光敏電阻的10個不同電阻值，列出表格并畫出電阻值隨光照度變化的曲線。15、內容結構圖第二節(jié)數(shù)字電路二、知識點列表學習結果

27、（知識點）指標（當學生獲得這種學習結果時，他們能夠：表現(xiàn)水平數(shù)字信號的特性及優(yōu)點數(shù)字信號和模擬信號的區(qū)別？II了解數(shù)字信號的特性I舉例說明數(shù)字信號相對模擬信號的優(yōu)點II數(shù)字信號中“1”和"0”知道數(shù)字信號中“1”和“0”的意義II了解數(shù)字電路是能方便處理“1”和“0”兩種狀態(tài)信號的電路I三極管了解三極管的開關特性I了解三極管的開關特性是邏輯門電路的基礎I與門、或門、非門列舉與、或、非邏輯關系在日常生活中的表現(xiàn)事例I熟悉與門、或門、非門的電路符號I熟悉與門、或門、非門輸出信號與輸入信號之間的邏輯關系表達式I會填與門、或門、非門的真值表、會畫波形圖II與非門、或非們知道與非門、或非門的電

28、路符號I知道與非門、或非門輸出信號與輸入信號之間的邏輯關系表達式I會填與非門、或非門的真值表、會畫波形圖II數(shù)字集成電路類型知道數(shù)字集成電路有TTL和CMOS兩種類型I了解TTL型和CMOS型集成電路構成I識別TTL和CMOS數(shù)字集成電路I比較TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面的差別II了解使用TTL型和CMOS型集成電路的注意事項I數(shù)字集成電路應用能用數(shù)字集成電路安裝簡單的實用電路裝置II能夠對數(shù)字電路進行簡單的組合設計和制作，并進行試驗II三、重難點分析（一）重點分析1、基本邏輯門電路的邏輯關系、真值表和波形圖門電路是構成數(shù)字集成電路的基本單元，若將非常復雜的數(shù)字電路進行細分解，可

29、以知道都是由與門、或門、非門這三種基本門電路構成的。門電路的輸出數(shù)據(jù)由輸入數(shù)據(jù)決定其邏輯關系函數(shù)表達式表達了門電路的輸出與輸入之間的關系，是分析和設計數(shù)字電路的基礎。真值表以表格形式反映了輸入信號所有變化可能性對應輸出信號的關系，是邏輯關系函數(shù)表達式的表格化形式，真值表是理解數(shù)字電路工作狀態(tài)的重要依據(jù)。波形圖反映了門電路的輸入、輸出信號電平隨時間變化的情況，也是由邏輯關系函數(shù)表達式?jīng)Q定的。邏輯關系函數(shù)表達式、真值表和波形圖以三種不同形式來表達數(shù)字電路的工作狀態(tài)，其本質都是一樣的。2、TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面的差別數(shù)字集成電路有TTL與CMOS兩種類型，例如集成與、或、非門也有

30、TTL與CMOS兩種類型，TTL主要由NPN型晶體管構成，CMOS主要由場效應管構成，由于使用器件不同，決定了這兩種集成電路的結構和電氣性能有很大不同，使用時，理解它們的特性非常重要。由于TTL型和CMOS型集成電路的最大額定電源電壓、邏輯電平、延遲時間等參數(shù)都有較大的差別，所以TTL型和CMOS型集成電路不能混合使用。比較項目TTL門電路CMOS門電路邏輯0電平（輸出時）0.30.4V00.4V邏輯0電平（輸入時）0.30.8V01.5V邏輯1電平（輸出時）2.43.6V3.5Vd（電源電壓）邏輯1電平（輸入時）23.6V3.5Vd（電源電壓）邏輯擺幅小大輸入阻抗低（約幾KQ）高（108Q以

31、上）工作電壓5V318V平均傳輸延遲時間快（約十幾ns）慢（約幾十ns）功耗大（約十幾mW）低（約幾個uW）閾值電壓約1.5V約2.5V（電源電壓為5V時）扇出系數(shù)8約50集成度低高抗輻射能力弱強雖然TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面有較大差別，但相同功能電路的邏輯關系是相同的，不影響對電路的邏輯分析。3、用數(shù)字集成電路安裝簡單的實用電路用數(shù)字集成電路構成簡單實用電路，是數(shù)字集成電路應用和構成較復雜組合數(shù)字電路的基礎。學生通過電路安裝，可以認識和熟悉電子元器件，初步掌握焊接、安裝技巧，體驗成功的快樂，培養(yǎng)對電子技術的興趣。在教學時可選用與、或、非、與非、或非等集成門構成多諧振蕩電路，利

32、用多諧振蕩器搭接電子門鈴、報警器等簡單、有趣電路，有興趣的學生除了學會安裝多諧振蕩器外，還可了解多諧振蕩器頻率的計算方法，以便調節(jié)頻率、改變音調。（二）難點分析1、什么是數(shù)字信號？模擬信號是直接反映外界物理信息變化規(guī)律的電信號，日常生活中有大量的事例，學生好理解；而數(shù)字信號是對模擬信號的人為加工和處理，它以另外一種形式（0和1的編碼）間接地反映外界物理信息的變化規(guī)律，雖然日常生活中有大量數(shù)字技術應用的事例，但很少能直觀、準確地解釋什么是數(shù)字信號，學生往往難以理解；所以準確理解數(shù)字信號是教學中的一個難點。2、數(shù)字電路簡單的組合設計和制作試驗學生通過數(shù)字電路簡單的組合設計，要學會優(yōu)化設計方案，選擇

33、、識別電子元器件，焊接、安裝電路、學會寫試驗報告，初步體驗電子技術試驗的一般過程。數(shù)字電路的組合設計要建立在簡單數(shù)字集成電路安裝的基礎之上，是對簡單數(shù)字集成電路的組合應用。四、教學建議1、正確理解數(shù)字信號教師在講解數(shù)字信號時，建議按以下內容順序講解數(shù)字信號的來龍去脈，使學生能較全面的了解數(shù)字信號、較準確地理解數(shù)字信號的特性：（1）模擬信號：自然界中聲、光、熱、力等物理信息經(jīng)相應的傳感器轉換成電信號，這樣的電信號就是模擬信號，它在數(shù)值和時間上是連續(xù)變化的，其變化規(guī)律反映了相應物理信息的強度和變化規(guī)律。（2）模擬信號的主要缺點： 噪聲容易疊加在模擬信號上，引起信號失真； 不便計算機處理。（3）十進

34、制數(shù)與成二進制數(shù)之間的轉換：如：9二（1001）2,7二（0111）2,5二（0101）2,3二（0011）2等等。掌握十進制數(shù)和二進制數(shù)的特性，可以幫助學生理解數(shù)字信號。（4）模擬信號轉化為數(shù)字信號的過程（示意）如下： 例如聲音信號經(jīng)聲敏傳感器（話筒）轉換成電壓Ua信號波形如圖9.3（a）所示： 根據(jù)采樣定理,由采樣電路對模擬信號進行采樣,輸出采樣電壓信號波形如圖9.3（b）所示，采樣信號是離散的模擬信號，只要采樣頻率足夠高，采樣信號能正確無誤地表示模擬信號； A/D轉換器將采樣后的模擬信號經(jīng)量化、編碼后轉換成數(shù)字信號，如圖9.3（c）所示，如2V電壓的編碼是0010,7V電壓的編碼是011

35、1,9V電壓的編碼是1001。.江¥"iis"4J-圖9.3對模擬信號米樣、編碼示意圖(5) 數(shù)字信號的特點：數(shù)字信號是用0和1對采樣后的離散的模擬信號進行編碼、僅是由0與1兩種數(shù)據(jù)組成的信號，相對模擬信號有顯著的優(yōu)點： 數(shù)字信號容易克服失真問題：在傳輸、放大處理過程中失真的數(shù)字信號，經(jīng)限幅、整形處理后，即可復原； 數(shù)字信號抗噪聲干擾能力強：可采用多種算法對數(shù)字信號進行檢錯糾錯； 數(shù)字信號便于計算機和大規(guī)模數(shù)字集成電路存儲、處理。 經(jīng)數(shù)字電路處理后的數(shù)字信號，根據(jù)需要，可用D/A轉換器轉換成模擬信號。2、數(shù)字電路試驗電源的制作：一般數(shù)字集成電路使用電源電壓為5V,

36、使用1.5V電池疊加很不方便；建議用7805集成穩(wěn)壓器自己安裝簡單的5V電源供試驗室使用。5伏電源電路如圖9.4所示。集成穩(wěn)壓器7805為三端器件，腳為輸入端，腳為接地端，腳為+5V穩(wěn)壓輸出端；它具有1.5A的輸出能力，內部有限流保護、過熱保護和過壓保護，采用低噪聲、溫度漂移小的基準穩(wěn)壓電源，工作穩(wěn)定可靠。1IC780521C12200uF3C20.1uF+圖9.45V電源電路變壓器可選用8W以上電源變壓器，使用前要測一下線圈的直流電阻，線圈電阻大的為初級線圈接220V交流電源。橋式整流器可選用全橋整流塊，整流塊的、腳接變壓器次級線圈，腳接地，腳接三端穩(wěn)壓器的輸入端，濾波電容C1選用大容量電解

37、電容，C2為小容量電解電容以消除可能產(chǎn)生的高頻自激振蕩。3、數(shù)字集成門電路試驗通過判斷邏輯門的試驗，可以加深學生對真值表和邏輯函數(shù)關系表達的感性認識。例1:試驗判斷邏輯門一、教師先將學生分組（46個為一組）,分發(fā)給各組一套電子零配件如：2支電鉻鐵、焊錫絲、2個蜂巢板、尖嘴鉗、鑷子、小刀、數(shù)字集成電路74LS08和74LS32芯片、4個按鈕、4個10KQ電阻、2000和1000電阻、2個發(fā)光二極管、2個14腳集成電路插座、5V電源一個、多用電表一塊等等。老師在黑板上畫出兩個電路圖，如圖9.5和圖9.6所示；圖9.5與門試驗電路圖9.6或門試驗電路1、教師讓學生對照電路圖，認識元器件，注意集成電路

38、的型號和引腳的排列順序，電阻的阻值和發(fā)光二極管的極性、電源的正極和地。2、老師講解焊接的注意事項，如元件管腳去氧化處理鍍錫，為避免焊接時損壞芯片，對于集成電路最好加上插座，先將插座焊接在蜂巢板上，使用時再插上芯片等；3、【老師】：同學們，這節(jié)課的目的是通過試驗判斷門電路的邏輯關系，給大家的7408和7432是兩種不同功能的數(shù)字集成門電路，老師先不告訴你們它們是什么門電路，只告訴大家，腳和腳是門電路的兩個輸入端、腳是輸出端接發(fā)光二極管V。請同學們先畫出兩個電路發(fā)光二極管亮滅與按鈕A、B通斷的表格，并約定按鈕斷開為1,閉合為0,發(fā)光二極管V亮為1、不亮為0;如表9.1和表9.2所示，即為真值表:輸

39、入輸出V電壓A1B1V100011011表9.1與門試驗真值表輸入輸出V電壓A2B2V200011011表9.2或門試驗真值表二、學生自主探究:1、以小組為單位，利用分發(fā)的零配件，分別按圖9.5和圖9.6焊接電路；2、焊接完畢后，進行試驗:按表格要求觀察A、B通斷的四種不同組合的二極管V亮滅情況，同時測量芯片第腳的電壓值，并將試驗結果填入表格中；3、根據(jù)試驗結果，老師引導學生進行小組討論1）觀察分析真值表，導出邏輯關系函數(shù)表達式；（2）判斷數(shù)字集成電路的功能；（3）根據(jù)V的電壓值，判斷數(shù)字集成電路的類型（是TTL還是CMOS）。三、老師進行總結：（1）74LS08是四2輸入與門芯片（內部集成了

40、四個與門，每個與門有2個輸入端），74LS32是四2輸入或門；（2）TTL集成電路特性：0邏輯時的電平約為0.1V，1邏輯時的電平約為3.6V（如果是CMOS集成電路，邏輯時的電平約為0V，邏輯時的電平接近電源電壓約為5V）（3）R3的作用：是發(fā)光二極管的限流電阻，因為發(fā)光二極管的正向管壓降為1.6V-2V,最大正向電流小于50mA。如果不加限流電阻，發(fā)光二極管會燒毀。四、學生完成試驗報告：報告應包括：試驗目的、試驗器材、試驗電路、試驗結果、結果分析等五個方面主要內容。4、用數(shù)字集成電路安裝簡單的實用電路產(chǎn)生脈沖信號是數(shù)字集成電路的典型應用之一，脈沖信號既可作為數(shù)字系統(tǒng)的時鐘脈沖，也可構成有趣

41、的聲響電路。在教學時可選用集成門電路構成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩器搭接電子門鈴等簡單、有趣電路，有興趣的學生除了學會安裝多諧振蕩器外，還可了解多諧振蕩器頻率的計算方法，以便調節(jié)頻率、改變門鈴聲音。多諧振蕩器是一種自激振蕩器，通電后能自動產(chǎn)生連續(xù)的矩形波脈沖，由于矩形波中除基波頻率外，還含有豐富的高次諧波分量，所以矩形波振蕩器又加多諧振蕩器。用不同方法構成多諧振蕩器，目的是使學生掌握多種設計方案，以便試驗、比較、選擇。例2CMOS門電路構成非對稱式多諧振蕩器試驗用多諧振蕩器構成天亮叫醒電路如圖9.7所示（1）元器件作用：IC采用CD4011型CMOS四2輸入與非門，與非門U1的輸出與輸入之間接

42、有反饋電阻R1,它工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)，把它的輸出電壓直接接到U2的輸入端作為U2的靜態(tài)偏置電壓，就能使U2也工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)，其輸出經(jīng)電容C1反饋到U1的輸入端構成正反饋回路，B是蜂鳴器，Rg選用硫化鎘光敏電阻MG4123,其暗電阻>5MQ、亮電阻<5KQO(2)工作原理：天黑時，因RG>5MQ,Uk二“0”，振蕩器不起振，蜂鳴器B不叫；天亮時，因RG<5KQ,Uk二“1”，如果有一點小的干擾，就會在U1與U2之間引起自激振蕩，使電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)中轉換，于是電路不停地振蕩。由理論推導可知，電路的振蕩周期為：D1.4R1C1(適用TTL電路)(3)試驗：

43、 可調節(jié)W的電阻值，調節(jié)叫醒信號報警時的天亮程度； 可改變R1、C1的值，改變振蕩頻率，改變蜂鳴器的聲音。圖9.7非對稱式多諧振蕩器天亮報警電路例3CMOS門電路構成對稱式多諧振蕩器試驗320.47uF匚950Hz圖9.8對稱式多諧振蕩器電路對稱式多諧振蕩器電路如圖9.8所示，它由兩個與非門和一對RC定時元件組成，其中R廣R2二R，C廣C2二C，B是蜂鳴器，S是控制端。當s接5V電源時，振蕩器振蕩；S接地時，振蕩器停振。接通電源后，與非門U1和U2因輸出與輸入之間接有反饋電阻R1和R2,工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)，U1、C1、U2、C2構成正反饋回路，如果有一點小的干擾，就會引起自激振蕩，使電

44、路在兩個暫穩(wěn)態(tài)中轉換，于是電路不停地振蕩。由理論推導可知，電路的振蕩周期為：T44RC（適用TTL電路）在作試驗時，R、C可選用不同的值進行試驗，用示波器觀察輸出波形的變化，聽蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。5、數(shù)字電路簡單的組合設計和制作試驗數(shù)字電路的組合設計要建立在簡單數(shù)字集成電路安裝的基礎之上,是對簡單數(shù)字集成電路的組合應用?？蓪蓚€不同頻率的多諧振蕩器進行組合，用較高頻信號對較低頻信號進行調制，合成一個新的信號，并由此制作一個發(fā)出變調聲音的報警器，這就是常見的數(shù)字電路組合設計。例4可變調的天亮U叫醒電路將例2和例3電路進行組合設計將例2電路U2的輸出直接接到例3電路的控制端S,電路如圖9.9所示

45、。U1和U2組成第一級振蕩器產(chǎn)生較低頻率，U3和U4組成第二級振蕩器產(chǎn)生較高頻率，讓U1、U2產(chǎn)生的較低頻率振蕩控制U3、U4振蕩器的工作，這樣合成一個新的信號，就是較高頻率信號對較低頻率信號的調制。工作原理：(1) 天黑時，因RG>5MQ,Uk二“0”,U1、U2振蕩器不起振，控制端S為低電平，振蕩器U3、U4也不工作；(2)天亮時，因RG<5KQ,Uk二“1”，如果有一點小的干擾，U1、U2產(chǎn)生自激振蕩：從S端輸出周期性脈沖信號： 輸出脈沖信號高電平時：S二“1”,U3、U4振蕩器起振，輸出較高頻率信號； 輸出脈沖信號低電平時：S二“0”,U3、U4振蕩器暫停工作，無信號輸出。

46、其輸出信號V0的波形如圖9.10所示，T1為U1、U2振蕩器產(chǎn)生的振蕩周期，T2為U3、U4振蕩器產(chǎn)生的振蕩周期。VWR圖9.9可變調天亮報警電路25V圖9.10組合電路輸出調制信號第三節(jié)電磁繼電器一、內容結構圖電磁繼電器>直流電磁繼電器繼電器的使用繼電器常識可控硅單向可控硅雙向可控硅二、知識點列表學習結果（知識點）指標（當學生獲得這種學習結果時，他們能夠：表現(xiàn)水平常見繼電器種類知道繼電器是“以弱電信號控制高電壓、強電流工作電路”的執(zhí)行部件I知道電磁繼電器有直流、交流、時間繼電器等種類I知道無觸點繼電器有單向可控硅、雙向可控硅等類型I直流電磁繼電器了解單組觸點直流電磁繼電器的構造I描述述

47、直流電磁繼電器的工作過程I了解直流電磁繼電器的規(guī)格參數(shù)I會根據(jù)控制電路的電壓和電流、被控電路的電壓和電流、被控電路的路數(shù)和使用環(huán)境選擇繼電器的型號和規(guī)格II直流電磁繼電器的使用學會用直流電磁繼電器搭接簡單實用的控制電路II單向可控硅知道單向可控硅的構造和電路符號I了解單向可控硅的簡單工作原理I雙向可控硅知道雙向可控硅的構造和電路符號I了解雙向可控硅的簡單工作原理I嘗試用雙向可控硅簡單搭接簡單實用的控制電路I三、重難點分析（一）重點分析1、直流電磁繼電器的結構和工作過程直流電磁繼電器是利用電磁感應原理實現(xiàn)觸點閉合和斷開的控制元件，它可以小電流低電壓控制較大電流、高電壓，用直流控制交流等，并可將被

48、控電路與控制電路完全隔離在自動控制、保護電路等方面有廣泛的應用。繼電器由電磁線圈、銜鐵、常開觸點、常閉觸點、切換觸點組成，當電磁線圈通電吸合銜鐵，帶動觸點接觸變換。2、直流電磁繼電器搭接簡單實用的控制電路用直流電磁繼電器搭接簡單控制電路，驗證繼電器的原理和工作過程。3、雙向可控硅的簡單應用可控硅具有以小電流(電壓)控制大電流(電壓)作用，并具有體積小、重量輕、功耗低、開關速度快等優(yōu)點，在無觸點開關、可控整流、調壓、調光、調速等方面應用廣泛。(二)難點分析1、直流電磁繼電器的選用如果繼電器選用不當，會產(chǎn)生不能可靠工作、通電不能吸合、燒壞接觸點、尺寸不合適無法安裝等問題，繼電器種類很多，根據(jù)不同的

49、電路選擇合適的繼電器，有一定難度。2、可控硅的簡單工作原理可控硅的工作原理比較復雜，不必深究。主要講解可控硅的觸發(fā)條件和工作過程，知道如何使用可控硅。四、教學建議教師在教學過程中要讓學生了解常見的直流電磁繼電器的構造、規(guī)格(參數(shù))和基本工作原理，并從構造和原理上說明它是電磁繼電器，有觸點開關。對于晶閘管不要介紹其復雜的工作原理，但要定性地讓學生知道晶閘管構造和其在電路中的符號，重點說明正常使用的條件，從構造和控制結果上說明它是無觸點繼電器，進而介紹它的優(yōu)點。根據(jù)本節(jié)教學內容的特點，建議教學方式以教師課堂實物觀摩和實際電路演示以及學生小組實驗為主，讓學生通過觀察、分析實驗的結果，掌握本節(jié)的教學內

50、容。教師可參照下面的實驗過程進行教學設計。1、直流電磁繼電器的選用原則要使學生學會根據(jù)控制電路的電壓和電流的大小、被控量是電壓還是電流、被控電路的路數(shù)、負載的性質(電阻性還是電感性)以及使用環(huán)境等因素選擇繼電器?，F(xiàn)以JZC-22FA005型超小型中功率直流電磁繼電器為例進行說明：(1)觸點形式：1H,1D,1Z;1個常開觸點，1個常閉觸點，1個轉換觸點；(2)額定工作電壓：5V繼電器正常工作時線圈電壓(3)吸合電壓：4v,繼電器產(chǎn)生吸合時的最小電壓，一般為額定值的75%80%;(4)線圈電阻：750,是繼電器線圈的直流電阻值；(5)額定工作電流：66mA，繼電器正常工作時線圈電流(6)觸點負荷

51、：3Ax220V交流或10Ax28V直流，是繼電器觸點的負載能力(7)外形尺寸：(LXWXH)=22.5X16.5x16.5mm2、直流電磁繼電器在數(shù)字電路控制系統(tǒng)中的使用建議(1)數(shù)字電路的電源一般是5V,為簡化電路以免設置多路電源，如無特殊要求，一般選用額定電壓為3V5V的小型直流繼電器;（2）一般不直接用數(shù)字電路的輸出去驅動直流繼電器，要加驅動電路。例1三極管作為繼電器驅動電路驅動信號輸入27如圖9.11電路所示，三極管VT工作在開關狀態(tài)，當輸入驅動的數(shù)字信號為1時，VT飽和導通，VT的集電極電壓Vc".2V,繼電器K吸合工作。當輸入驅動的數(shù)字信號為0時，VT截止，繼電器J不工

52、作。圖9.11繼電器驅動電路繼電器線圈實質是一個大電感，為避免驅動繼電器的晶體管被損壞，在繼電器線圈兩端并接保護二極管VD，在開關三極管VT截止斷開的瞬間，繼電器線圈產(chǎn)生的反向高壓可以通過二極管VD泄放，保護三極管VT不被反向高壓所擊穿。例2數(shù)字電路控制繼電器試驗目的：了解數(shù)字電路的輸出是如何驅動電磁繼電器工作的R110KVT圖9.12數(shù)字電路控制繼電器試驗電路如圖9.12電路是用數(shù)字門電路控制繼電器工作的電路。（1）元器件選擇：74LS00是四2輸入與非門，選用其中一個與非門，、腳為輸入端，腳為輸出端，將腳接+5V這樣將與非門變成了非門U3=A。保護二極管VD1選用1N4001,發(fā)光二極管（

53、LED）VD2選用BFP5直徑為5mm，開關三極管VT選用9013（功率為625mW），繼電器選用JRC-21F5VDC.（1）工作過程：按下按鈕A，輸入信號A=0,與非門輸出U=A=1,開關三極管VT飽和導通，繼電器J通電吸合工作，常開觸點閉合（能聽到觸點觸動聲）接通LED電路，點亮發(fā)光二極管。松開按鈕A,輸入信號A=1,與非門輸出U=A=0,開關三極管VT截止斷開，繼電器J斷電釋放，常開觸點復位（能聽到觸點觸動聲）切斷LED電路，發(fā)光二極管熄滅。3、雙向可控硅的觸發(fā)特性和工作過程：（1）雙向可控硅的電路符號是VS,有三個電極陽極A1、A2、控制極G；如圖9.13所示圖9.13雙向可控硅電路

54、符號(2)觸發(fā)條件：當A1A2間加有電壓(不論極性),A1G間加足夠大的觸發(fā)電壓和電流時(不論極性)，可控硅雙向導通；(3)可控硅導通后，去掉A1G間的觸發(fā)電壓，可控硅仍一直保持導通;A1A2G(4)當A1A2間的電壓消失，或改變極性而此時又沒有觸發(fā)電壓時，可控硅退出導通，A1A2間呈高阻截止狀態(tài)。例1用多用電表檢測雙向可控如圖9.14為雙向可控硅的管腳電極。(1)檢測控制極G與主電極Al、A2之間的電阻：將多用電表置“RxlQ”擋，測G與A1之間的正、反向電阻均應為較小阻值；圖9.14雙向可控硅正面引腳圖測G與A2之間的正、反向電阻，均應為無窮大。(2)檢測導通特性：將多用電表黑表筆接A1，

55、紅表筆接A2，阻值應為無窮大，用螺絲刀將G與A2短接一下，表針應向右偏轉并保持在十幾歐姆處，否則說明可控硅已損壞。如TLC386A雙向可控硅，其耐壓為700V，額定導通電流為3A。例2用可控硅設計、安裝可調光臺燈試驗電路如圖9.15所示1)元器件的選擇與作用：A2VSA1極性）高于VD的擊穿電壓（約幾十伏）,雙向二極管就擊穿導通。（2）工作原理：o交流電經(jīng)燈泡、W、R對電容C充電，當C上的電壓高于VD的擊穿電壓時，C通過VD向可控硅的控制極G放電，觸發(fā)雙向可控硅VS導通。改變W值，就改變了C的充電速度，圖9.15雙向可控硅調壓電路也就改變了雙向可控硅的導通角，本電路在交流電的正、負兩個半周都能工作，改變雙