電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用(開(kāi)環(huán))

1、1.能用數(shù)字集成電路等安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路，并進(jìn)行調(diào)試2.能應(yīng)用實(shí)用電路設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)課標(biāo)要求：教學(xué)要求：1.理解簡(jiǎn)單開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作原理2.能設(shè)計(jì)、安裝簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試3.會(huì)分析和解決安裝過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題考試內(nèi)容考試內(nèi)容考核要求考核要求考試屬性考試屬性開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用（1）簡(jiǎn)單開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作原理（2）簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試（3）安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的分析和解決bcc加試考試要求：開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用1.簡(jiǎn)單實(shí)用電路的安裝與調(diào)試簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)2.開(kāi)環(huán)電

2、子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝 倘若電子控制系統(tǒng)的輸出結(jié)果對(duì)系統(tǒng)的控制沒(méi)有影響，也就是被控量的變化不會(huì)引起控制量的改變，即沒(méi)有反饋，這種電子控制系統(tǒng)叫做開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)。信息輸入控制（處理）輸出被控對(duì)象開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的基本方框圖開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的基本方框圖輸入量控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸出量R15kR25kKey=A0 %R32.2kR410kR5510Q12N2222AVCC5.0VK1EDR201A05V15V +-LED1開(kāi)、閉環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)、閉環(huán)控制系統(tǒng)一、簡(jiǎn)單實(shí)用電路的安裝與調(diào)試一、簡(jiǎn)單實(shí)用電路的安裝與調(diào)試常見(jiàn)的實(shí)用電路有： 多諧振蕩電路、觸發(fā)電路、存儲(chǔ)器和計(jì)數(shù)器等。多諧振蕩器多諧振蕩器：能自動(dòng)

3、產(chǎn)生周期性脈沖的自激振蕩器，常用來(lái)作為脈沖信號(hào)源。脈沖的周期由電路中的電容C和電阻R確定。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器：由觸發(fā)器或其他存儲(chǔ)元件構(gòu)成 的存儲(chǔ)陣列，用來(lái)存放數(shù)據(jù)和指令。計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：能統(tǒng)計(jì)時(shí)間脈沖數(shù)的組件，在電子控制系統(tǒng)中可用來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制、定時(shí)或延時(shí)等。小試驗(yàn)小試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模涸囼?yàn)?zāi)康模喊惭b和調(diào)試一個(gè)多諧振蕩器安裝和調(diào)試一個(gè)多諧振蕩器試驗(yàn)準(zhǔn)備：試驗(yàn)準(zhǔn)備：5V電源，電阻電源，電阻4只（共只（共2種電阻值，大小在種電阻值，大小在300800 之間），之間），電容電容4只（只（2種電容量，大小在種電容量，大小在0.110 F之間），開(kāi)關(guān)，示波之間），開(kāi)關(guān)，示波器，無(wú)源蜂鳴器，電路試驗(yàn)板，器，無(wú)源蜂鳴

4、器，電路試驗(yàn)板，CT74LS00 1只。只。試驗(yàn)過(guò)程：試驗(yàn)過(guò)程：（1）安裝電路）安裝電路 R1=R2,C1=C2. CT74LS00的引腳圖參照第三章第三節(jié)小資的引腳圖參照第三章第三節(jié)小資料。料。 檢測(cè)各個(gè)元器件的質(zhì)量檢測(cè)各個(gè)元器件的質(zhì)量 按照左圖所示在電路試驗(yàn)板上搭接電路按照左圖所示在電路試驗(yàn)板上搭接電路（2）調(diào)試電路）調(diào)試電路 在輸出端在輸出端A接示波器，觀察并記錄波形和周期。接示波器，觀察并記錄波形和周期。 在輸出端在輸出端A接無(wú)源蜂鳴器，聽(tīng)聲音。接無(wú)源蜂鳴器，聽(tīng)聲音。 更換兩只電阻，重復(fù)前兩個(gè)步驟更換兩只電阻，重復(fù)前兩個(gè)步驟 。 更換兩只電容，重復(fù)前兩個(gè)步驟更換兩只電容，重復(fù)前兩個(gè)步驟

5、 。試驗(yàn)記錄：試驗(yàn)記錄：記錄記錄1_記錄記錄2_試驗(yàn)總結(jié)：試驗(yàn)總結(jié)：試驗(yàn)過(guò)程中你所聽(tīng)到的聲音有無(wú)變化？為什么？試驗(yàn)過(guò)程中你所聽(tīng)到的聲音有無(wú)變化？為什么？ 具有不同頻率的多諧振蕩器的組合可發(fā)出音樂(lè)聲，如由555集成定時(shí)器組成的簡(jiǎn)易電子琴。 555集成定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,555定時(shí)器含有兩個(gè)電壓比較器C1和C2,一個(gè)由與非門組成的基本R-S觸發(fā)器,一個(gè)放電晶體管T以及由三個(gè)5K電阻組成的分壓器. 555除了可以用于組成多諧振蕩器外,還可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和定時(shí)器等,用途比較廣泛. 簡(jiǎn)易電子鬧鐘的電路簡(jiǎn)易電子鬧鐘的電路 信息輸入控制（處理）輸出被控對(duì)象開(kāi)環(huán)電子控制系

6、統(tǒng)的基本方框圖開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的基本方框圖光信號(hào) 控制電路 繼電器 電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)二、開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝二、開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝JN6201集成電路調(diào)試集成電路調(diào)試 JN6201音樂(lè)集成電路內(nèi)部有微處理器和多個(gè)多諧振蕩器，這些多諧 振蕩器有不同的頻率，通過(guò)程序控制，JN6201音樂(lè)集成電路可以產(chǎn)生四首不同的樂(lè)曲。K1K2K3K46201O3O4小試驗(yàn)小試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模涸囼?yàn)?zāi)康模赫{(diào)試調(diào)試JN6201集成音樂(lè)電路。集成音樂(lè)電路。試驗(yàn)準(zhǔn)備：試驗(yàn)準(zhǔn)備：JN6201音樂(lè)集成電路板音樂(lè)集成電路板1塊，晶體三極管塊，晶體三極管3DG130A 1只，只，240k電阻電阻1只，電池只，電池2節(jié)，按鈕

7、開(kāi)關(guān)節(jié)，按鈕開(kāi)關(guān)4只。只。試驗(yàn)過(guò)程：試驗(yàn)過(guò)程：（1）對(duì)元器件逐一進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。）對(duì)元器件逐一進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。（2）按左圖中電路原理圖和印制電路板正確插裝元件）按左圖中電路原理圖和印制電路板正確插裝元件進(jìn)行焊接。進(jìn)行焊接。（3）檢查無(wú)虛焊和搭焊后，裝入電池。）檢查無(wú)虛焊和搭焊后，裝入電池。（4）接通電源，分別按動(dòng)）接通電源，分別按動(dòng)SW1、SW2、SW3、SW4，分辨揚(yáng)聲器中播放的樂(lè)曲及其播放的程序。分辨揚(yáng)聲器中播放的樂(lè)曲及其播放的程序。（5）分別按動(dòng)）分別按動(dòng)SW1、SW2、SW3、SW4，分辨揚(yáng)聲器，分辨揚(yáng)聲器中播放的樂(lè)曲及其播放的程序。中播放的樂(lè)曲及其播放的程序。（6）自己設(shè)計(jì)一個(gè)按動(dòng)按鈕的

8、程序，驗(yàn)證樂(lè)曲播放的）自己設(shè)計(jì)一個(gè)按動(dòng)按鈕的程序，驗(yàn)證樂(lè)曲播放的規(guī)律。規(guī)律。注意：不可同時(shí)按兩個(gè)或兩個(gè)以上的開(kāi)關(guān)，輸入的觸發(fā)注意：不可同時(shí)按兩個(gè)或兩個(gè)以上的開(kāi)關(guān)，輸入的觸發(fā)電壓不能低于電壓不能低于1.2V。試驗(yàn)記錄：試驗(yàn)記錄：（1）JN6201集成電路內(nèi)存放了集成電路內(nèi)存放了_首不同的樂(lè)曲。首不同的樂(lè)曲。（2）先后按動(dòng)不同的按鈕，從）先后按動(dòng)不同的按鈕，從_輸出口輸出輸出口輸出_樂(lè)曲。樂(lè)曲。試驗(yàn)總結(jié)試驗(yàn)總結(jié) 張大伯有一個(gè)剛上小學(xué)一年級(jí)的小孫子明明張大伯有一個(gè)剛上小學(xué)一年級(jí)的小孫子明明,每次回家時(shí)總要每次回家時(shí)總要敲門，有時(shí)大伯大媽在屋里面沒(méi)聽(tīng)見(jiàn)，常常急得他在門外啼哭。敲門，有時(shí)大伯大媽在屋里面

9、沒(méi)聽(tīng)見(jiàn)，常常急得他在門外啼哭。 張大伯的鄰居李斌同學(xué)得知這一情況后，根據(jù)所學(xué)的電子控張大伯的鄰居李斌同學(xué)得知這一情況后，根據(jù)所學(xué)的電子控制的相關(guān)知識(shí)，圍繞幫助解決大人和小孩都能使用方便的電子門制的相關(guān)知識(shí)，圍繞幫助解決大人和小孩都能使用方便的電子門鈴這一問(wèn)題展開(kāi)了設(shè)計(jì)及應(yīng)用活動(dòng)鈴這一問(wèn)題展開(kāi)了設(shè)計(jì)及應(yīng)用活動(dòng) 【設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求】 (1)一個(gè)電子門鈴控制系統(tǒng)。一個(gè)電子門鈴控制系統(tǒng)。 (2)人和小孩都能方便地使用，人和小孩都能方便地使用， (3)能辨別是大人還記小孩在按動(dòng)門鈴。能辨別是大人還記小孩在按動(dòng)門鈴。 【設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)分析】 （1）可選開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)）可選開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng),它的被控量是它的

10、被控量是“聲音聲音”,被控對(duì)象被控對(duì)象是揚(yáng)聲器。是揚(yáng)聲器。 （2）設(shè)置兩個(gè)輸人端）設(shè)置兩個(gè)輸人端.安裝兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，這樣可以分別供身安裝兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，這樣可以分別供身高不同的大人和小孩方便使用。高不同的大人和小孩方便使用。 （3）控制）控制(處理處理部分可以使用電子電路作為控制核心。部分可以使用電子電路作為控制核心。案例分析：電子門鈴的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用案例分析：電子門鈴的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案A（1）挑選兩個(gè)發(fā)出不同聲音的音樂(lè)集成電路作為控制（處理）部分）挑選兩個(gè)發(fā)出不同聲音的音樂(lè)集成電路作為控制（處理）部分（2）根據(jù)本書(shū)第一章第一節(jié)練習(xí)中）根據(jù)本書(shū)第一章第一節(jié)練習(xí)中“電子控制報(bào)警器模型電

11、子控制報(bào)警器模型”，將干簧管改為按鈕開(kāi)，將干簧管改為按鈕開(kāi)關(guān)，即可成為門鈴電路關(guān)，即可成為門鈴電路（3）安裝兩組電子門鈴控制系統(tǒng)，并根據(jù)大小和小孩不同的身高和手的長(zhǎng)度，在門）安裝兩組電子門鈴控制系統(tǒng)，并根據(jù)大小和小孩不同的身高和手的長(zhǎng)度，在門框的適當(dāng)位置安裝兩只按鈕開(kāi)關(guān)框的適當(dāng)位置安裝兩只按鈕開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案+-IC9300K1K2ICIC+-+-93009300設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案B（1）根據(jù)前面小試驗(yàn)中的“安裝和調(diào)試一個(gè)多諧振蕩器”，在輸出端接上無(wú)源蜂鳴器，即可成為門鈴電路。（2）選擇兩組不同的R和C的值，制作能發(fā)出不同聲音的門鈴。（3）同方案A（3）設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案C 使用本節(jié)中JN62

12、01音樂(lè)集成電路，在輸入端I1和輸入端I2接兩只按鈕開(kāi)關(guān)，輸出端O1接一個(gè)晶體三極管后再接一個(gè)揚(yáng)聲器，如下圖所示:安裝調(diào)試對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行比較，由于方案C電路簡(jiǎn)單，只要一個(gè)控制（處理）部分和一個(gè)揚(yáng)聲器，所以選用方案C。（1）按照電路圖準(zhǔn)備元器件，并檢測(cè)各個(gè)元器件的質(zhì)量。（2）根據(jù)電路圖安裝電路。（3）檢查焊接中是否有虛假焊點(diǎn)。（4）接通電路，檢查電子門鈴控制系統(tǒng)是否正常工作。（5）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在門框的不同高度處安裝兩個(gè)門鈴按鈕，并進(jìn)行布線和調(diào)試。討論：討論：根據(jù)日常生活需要，還可以設(shè)計(jì)具有哪些功能的電子門鈴探究：探究：如何讓門外的小孫子知道里面有沒(méi)有人？聲控，氣壓控制等，音樂(lè)芯片可以用于報(bào)警或

13、提醒裝置中方案1：在家里多個(gè)位置布上紅外傳感器，當(dāng)門外按動(dòng)按鍵時(shí)，觸發(fā)里面電路工作，如果有人，則將里面的信息在門外實(shí)現(xiàn)輸出。方案2：在I1、I2與I3、I4之間加一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，當(dāng)大人進(jìn)門時(shí)，將開(kāi)關(guān)由I1、I2切換到I3、I4，則當(dāng)小孩按動(dòng)按鍵的時(shí)候，則會(huì)發(fā)出不同的聲音，從而判別里面是否有人。設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的一般步驟如下：設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的一般步驟如下：（1）依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，確定被控量和被控對(duì)象。（2）根據(jù)開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅?，確定控制（處理）部分使用的實(shí)用電路和元器件，選擇合適的執(zhí)行部件。（3）參照相關(guān)資料，在輸入、控制（處理）和輸出部分之間

14、分別選擇合適的接口電路，設(shè)計(jì)或改進(jìn)原有的電路。（4）檢測(cè)元器件或?qū)嵱秒娐返馁|(zhì)量。（5）安裝電路，防止元器件錯(cuò)接、虛焊，要注意對(duì)未使用的引腳的處理，注意接地。（6）調(diào)試電路，檢查觸發(fā)電壓的大小。小辭典小辭典接口電路接口電路 從傳感器采集到的信號(hào)有的可能是模擬信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；有的可能信號(hào)太弱，需要進(jìn)行必要的放大. 所以在傳感器和控制（處理）器之間需要加一個(gè)“接口”。 從控制（處理）器送出的指令，往往需要進(jìn)行功率放大才能推動(dòng)執(zhí)行器工作，或者將數(shù)字信號(hào)指令轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，因此控制（處理）器和執(zhí)行器之間同樣需要加裝“接口”。在傳感器和控制（處理）器之間、控制（處理）器和執(zhí)行器之間要分別設(shè)置各種

15、接口電路以使信號(hào)通暢。上面虛線框處為典型的蜂鳴器三極管驅(qū)動(dòng)電路。鏈接：鏈接：如果你手里沒(méi)有JN6201音樂(lè)集成電路，那么可以使用555時(shí)基電路等。http:/http:/ JN62018234567191011121314Vcc傳感器Vcc+3V2.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目一盲人使用的水杯一般人用開(kāi)水泡一杯茶是一件輕而易舉的事情，但是一個(gè)雙目失明的殘疾兒童去做這件事情并不容易，一旦開(kāi)水溢出，可能發(fā)生燙傷事故。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一只能讓盲人安全使用的水杯，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）當(dāng)水量接近水杯口約3cm時(shí)，水杯會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這樣可以防止開(kāi)水溢出杯外。（2）使用簡(jiǎn)便可靠（3）價(jià)格便宜（4）畫(huà)出方框圖，選擇傳感器、控制（處理

16、）電路和執(zhí)行部件，繪制電路原理圖，并制作模型調(diào)試。 方案方案A：在杯口與杯底之間放置一個(gè)電路，如圖所示，在杯口與杯底之間放置一個(gè)電路，如圖所示，當(dāng)水加到所需要的水位的時(shí)候電路接通，場(chǎng)聲當(dāng)水加到所需要的水位的時(shí)候電路接通，場(chǎng)聲器發(fā)出提示聲，盲人關(guān)掉開(kāi)關(guān)即可。器發(fā)出提示聲，盲人關(guān)掉開(kāi)關(guān)即可。方案B：（1）根據(jù)前面內(nèi)容中講到的“多諧振蕩器”“IC9300”或”JN6201“控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）選擇水壓或水位傳感器來(lái)檢測(cè)杯內(nèi)水位的實(shí)際高度，并促使控制電路工作，讓揚(yáng)聲器發(fā)出提示聲。（3）選擇元器件，根據(jù)盲人使用的實(shí)際需要，在杯子上安裝該控制。9300IC JN620182345671910111213

17、14VccVcc水位/水壓 控制電路 三極管 喇叭 提示音+3V2.2設(shè)計(jì)項(xiàng)目二聾人使用的“鬧鐘”早晨起床可以用鬧鐘定時(shí)提醒，可是對(duì)于耳聾兒童來(lái)說(shuō)，他們聽(tīng)不見(jiàn)一般鬧鐘的響聲，這給他們準(zhǔn)時(shí)到校上課帶來(lái)極大不便。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一只沒(méi)有聲音的“鬧鐘”，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）這只鐘像一般鬧鐘一樣能夠定時(shí)“鬧”，并能夠方便地把耳聾兒童“鬧”醒。（2）可以調(diào)整定時(shí)時(shí)間。（3）畫(huà)出方框圖，選擇傳感器、控制（處理）電路和執(zhí)行部件，繪制電路原理圖，并制作模型調(diào)試。設(shè)計(jì)分析：1.可選擇開(kāi)電子環(huán)控制系統(tǒng)，它的被控量是電機(jī)的振動(dòng)，被控對(duì)象是電機(jī)。2.用時(shí)間來(lái)進(jìn)行控制，經(jīng)控制處理部分處理之后由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶

18、上偏振輪，使其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聾人的提醒。3.控制（處理）部分可以使用電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如（JN6201）等 。1.利用555時(shí)基電路等來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，在O1O4端的任意一個(gè)腳輸入一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。2.在JN6201芯片的O4腳接一個(gè)繼電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行與停止的控制。設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)方案：IC JN62018234567191011121314VccVcc+3VJ+-M定時(shí)觸發(fā)電路J-1定時(shí)觸發(fā)信號(hào)IC JN6201繼電器電動(dòng)機(jī)2.3設(shè)計(jì)項(xiàng)目三盲人電子眼睛電子拐杖盲人兒童上學(xué)往往需要家長(zhǎng)領(lǐng)路，如果有一根能探路的電子拐杖多好！請(qǐng)你設(shè)計(jì)一根電子拐杖，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）能探知前面路面是

19、否有積水或潮濕（2）夜晚過(guò)馬路時(shí)電子拐杖發(fā)出閃亮的紅燈，提醒騎車人或駕駛員注意盲人穿越馬路。（3）畫(huà)出方框圖，選擇傳感器、控制（處理）電路和執(zhí)行部件，繪制電路原理圖，并制作模型調(diào)試。設(shè)計(jì)分析：1.利用JN6201集成電路，在輸入端接一個(gè)濕敏傳感器，在O1輸出端接一只揚(yáng)聲器。將濕敏傳感器裝在拐杖的底部，當(dāng)接觸到水時(shí)，揚(yáng)聲器即發(fā)出聲音提醒。2.在拐杖上安裝一個(gè)頻閃電路，則外界光線的亮度控制，到晚上時(shí)，電路導(dǎo)通。LED燈發(fā)光提示。VccJN6201濕敏觸發(fā)音樂(lè)提示頻閃電路燈光提示 如圖a所示是聲光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)電路原理圖，電路中發(fā)光二極管V3在光線較弱且有聲音時(shí)才能發(fā)光。MIC（傳聲器）、C1、V1、R