電子控制技術匯編

1、電子控制技術電子控制技術知識講座知識講座 電子控制技術電子控制技術n電子控制系統(tǒng)概述n信息的獲取與轉換傳感器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設計及其應用電子控制技術電子控制技術數(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)及其應用統(tǒng)及其應用傳感器傳感器電子控制技術電子控制技術電子控制技術電子控制技術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：根據(jù)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。n控制技術n電子控制技術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)行器被控對被控對象象反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對象對象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)行部分被控對象比較器u開環(huán)電子控制系統(tǒng)開環(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)開環(huán)電子控制系統(tǒng)開環(huán)電子控制系統(tǒng)u公園音樂噴泉自動控制系統(tǒng)u十字路口的紅綠燈定時控制系統(tǒng)u家用窗簾自動控制系統(tǒng)u樓道自動聲控燈裝置u賓館自動門控制系統(tǒng)u賓館火災自動報警系統(tǒng)u賓館自動叫醒服務系統(tǒng)u公共汽車車門開關控制系統(tǒng)u普通全自動洗衣機控制系統(tǒng)u可調(diào)

3、光臺燈控制系統(tǒng)u賓館自動門加裝壓力傳感器防意外事故自動控制系統(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糧庫溫、濕度自動控制系統(tǒng)u自動電熱水壺控制系統(tǒng)u熱水器加熱自動控制系統(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象被控對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)定的被測量（物理量、化學量、生物量等）并按一定規(guī)律轉換成可用信號輸出（一般多為電量）的器件或裝置。傳感器傳感器組成n敏感元件敏感元件（Sensing

4、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n轉換元件轉換元件（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。傳感器傳感器分類按被測量對象分類按被測量對象分類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振動傳感器振動傳感器按工作原理分類按工作原理分類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半導體式傳半導體式傳

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 測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍/接觸式測溫膨脹類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-200600壓力式溫度計-80600利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計-80600熱電類利用熱電效應熱電偶-2002000電阻類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其他電學類半導體器件的溫度效應集成溫度傳感器-55125晶體的固有頻率隨溫度而變化石英諧振溫度傳感器-80250非接觸式測溫光纖類用光纖的溫度特性或作為傳光介質(zhì)半導體光纖溫度計-50120

6、光纖輻射溫度計6002500輻射類利用普朗克定律光學高溫計8003200光電高溫計2001600輻射溫度計4002000比色溫度計8002000紅外測溫儀-503000主要溫度測量方法的分類和適用范圍主要溫度測量方法的分類和適用范圍溫度傳感器溫度傳感器熱電偶n將溫度變化轉換成電勢變化的熱電式傳感器 溫度傳感器溫度傳感器熱電阻n熱電阻效應熱電阻效應鉑電阻鉑電阻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 ， 開關閉合。V

7、VRRVIicesCccCcesccbsb7 . 0 , VV數(shù)字電路門電路R1DR2AF+12V +3VuAuF3V0.30V3.3嵌位二極管三極管非門數(shù)字電路門電路uAuF3V0.30V3.3AF0110邏輯式：AF 邏輯符號：1AF數(shù)字電路門電路R1DR2F+12V +3V三極管非門D1D2AB+12V二極管與門與非門邏輯式：BAF &ABF邏輯符號：數(shù)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(shù)字電路門電路數(shù)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

8、和輸出。數(shù)字集成電路具有體積小、可靠性高、速度快、而且價格便宜的特點。數(shù)字電路數(shù)字集成電路100個以下：小規(guī)模集成電路 幾百個：中規(guī)模集成電路 幾千個：大規(guī)模集成電路 一萬個以上：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(yōu)點：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輸入與非門輸入與非門274LS02四四2輸入或非門輸入或非門374LS04六反相器六反相器474LS05六反相器六反相器OC門門574LS08四四2輸入與門輸入與門674LS10三三3輸入與非門輸入與非

9、門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輸入與非門輸入與非門974LS21雙雙4輸入與門輸入與門1074LS308輸入與非門輸入與非門1174LS32四四2輸入或門輸入或門1274LS644-2-3-2輸入與或非門輸入與或非門1374LS86四四2輸入異或門輸入異或門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輸入或非門輸入或非門2CC4011四四2輸入與非門輸入與非門3CC4030四異或門四異或門4CC4049六反相器六反相器5CC4066四雙向開關四雙向開關6CC4071四四2輸入或門輸入或門7CC407

10、3三三3輸入與門輸入與門8CC4077四異或非四異或非9CC40788輸入或輸入或/或非門或非門雙雙4輸入與門輸入與門10CC4086四路四路2-2-2-2與或非門與或非門可擴展可擴展11CC4093四四2輸入與非門輸入與非門施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)12CC4097雙雙8選選1模擬開關模擬開關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。一般要考慮兩個問題：一般要考慮兩個問題

12、：一是要求一是要求電平匹配電平匹配，即驅動門要為負載門提供符合，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；標準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，即驅動門要為負載門提供足夠，即驅動門要為負載門提供足夠大的驅動電流。大的驅動電流。數(shù)字電路數(shù)字集成電路 TTL門作為驅動門，它的門作為驅動門，它的UOH2.4V,UOL0.5V； CMOS門作為負載門，它的門作為負載門，它的UIH3.5V，UIL1V?？梢?，可見，TTL門的門的UOH不符合要求不符合要求。 CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。 解決電平匹配問題解決電平匹配問

13、題數(shù)字電路數(shù)字集成電路TTL門驅動CMOS門a a、外接上拉電阻、外接上拉電阻R RP P在在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使，使TTL門電路的門電路的UOH5V。（當電源電壓相同時）。（當電源電壓相同時） 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的驅動電流可達的驅動電流可達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)品可以直接驅動系列產(chǎn)品可以直接驅動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，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。序號不同，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(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 邏輯表達式邏輯表達式 ABC0001111001ABACY& 3 卡諾圖卡諾圖最簡與或最簡與或表達式表達式化簡 4 5 邏輯變換邏輯變換 6 邏輯電邏輯電路圖路圖 3 化簡 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，能存儲數(shù)字信號能存儲數(shù)字信號的基本邏輯單元。的基本邏輯單元。觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)觸發(fā)器具有兩個穩(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)信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可在輸入觸發(fā)信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可以相互轉換（從以相互轉換（從10或從或從01），并且），并且在觸發(fā)信號消失后能保持信號作用時的在觸發(fā)信號消失后能保持

16、信號作用時的穩(wěn)態(tài)不變。穩(wěn)態(tài)不變。數(shù)字電路觸發(fā)器(a)與非門電路與非門電路 (b)或非門電路或非門電路基本基本RS觸發(fā)器原理電路觸發(fā)器原理電路電路有兩個輸入端電路有兩個輸入端R和和S，又稱觸發(fā)信號端；有兩個又稱觸發(fā)信號端；有兩個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)稱為觸發(fā)器的狀態(tài)稱為觸發(fā)器的的“1”狀態(tài)，把狀態(tài)，把Q=0，Q=1的狀態(tài)稱為觸發(fā)器的的狀態(tài)稱為觸發(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，不應該出現(xiàn)顯然，不應該出現(xiàn)Q=Q=0，或，或Q=Q=1的狀態(tài)。的狀態(tài)?；蚍情T基本或非門基

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 都為無效輸入，電路保持現(xiàn)都為無效輸入，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”時歷經(jīng)不定態(tài)時歷經(jīng)不定態(tài)0* 數(shù)字電路觸發(fā)器或非門基本或非門基本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”時歷經(jīng)不定態(tài)時歷經(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