选择性必修1 第五章 电子控制系统的设计及其应用-【导与练】2024高考通用技术一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（浙江专用）

第五章　电子控制系统的设计及其应用 一、简单功能电路的安装与调试 利用数字集成电路可以安装许多实用电路,如多谐振荡器、触发器、储存器和计数器等。多谐振荡器是能自动产生周期性脉冲的自激振荡器,常用作脉冲信号源。脉冲的周期由电路中电容充放电时间确定,也就是由电阻R和电容C决定。很多集成电路中都包含多谐振荡器。 二、开环电子控制系统的设计和应用 1.开环电子控制系统结构简单、造价较低,没有反馈环节,适用于被控对象的状态变化较为简单、被控量的控制精度要求不高的情形,其执行部分一般由声或光报警组成,如蜂鸣器发声、扬声器发声、发光二极管发光等。 2.设计和安装开环电子控制系统的一般步骤是: (1)依据设计要求进行分析,确定被控量和被控对象。 (2)根据开环电子控制系统方框图,选择恰当的传感器,确定控制(处理)部分使用的实用电路和元器件,选择合适的执行部件。 (3)参照相关资料,在输入、控制(处理)和输出部分之间分别选择合适的接口电路,设计或改进原有的电路。 (4)检测元器件或实用电路的质量。 (5)安装电路,防止元器件错接、虚焊,要注意对未使用的引脚的处理,注意接地。 (6)调试电路,检查触发电压的大小。 三、闭环电子控制系统的设计和应用 1.闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈环节而成。它具有较高的控制精度,能实现自动控制。 2.设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤是: (1)按照设计要求进行分析,确定被控量和被控对象。 (2)如果对控制量控制的精确度要求较高,应利用有反馈的闭环电子控制系统对被控对象实施控制。 (3)根据闭环电子控制系统方框图,选择控制(处理)部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器,并参考有关资料,通过接口连接电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。 (4)按照电路图安装电路。 (5)将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中,输入预置控制量,根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰,并通过调整预置控制量等各种方法把干扰的影响减少至最低。 (6)通过制作、试验,发现涉及存在的问题,对方案进行改进或优化。 3.闭环控制系统的核心是控制处理部分,通常可以有以下几种类型: (1)晶体管(二极管、三极管)及电阻器、电容器。 (2)由门电路组成的逻辑电路、RS触发器等。 (3)555时基集成电路。 (4)集成运算放大器(简称运放)(电压比较器)。 (5)JN6201音乐集成电路。 有些经典的电路有相对比较固定的模式,我们可以把它们称为基本单元电路,比如,555时基集成电路的四种基本单元电路。我们对每种基本单元电路的原理搞清楚了,下次无论它出现在哪里,我们都清楚其工作原理,做到触类旁通,事半功倍。这就是电路学习中的模块化思想。 4.如何确定闭环电子控制系统的上限、下限 在闭环电子控制系统中,如温度控制、水位控制等,为了稳定输出量,通常是把被控量控制在上限和下限之间。以温度控制为例,在表示温度的数轴上,下限t下、上限t上把数轴分成了三个区间(如图所示)。①当t<t下时,执行器要使温度上升(启动加热或者停止散热);②当t下<t<t上时,执行器保持之前的动作(之前加热则继续保持加热,之前不加热则继续保持不加热);③当t>t上时,执行器要使温度下降(停止加热或者启动散热)。分析闭环控制系统时必须先理顺这一逻辑思路。 在理顺这一逻辑思路的前提下,再从电路的执行部分进行逆向推理,直到推出输入部分。在有上、下限的闭环控制系统中一般有两个输入部分Ui1、Ui2(一个检测下限、另一个检测上限),若Ui1在t下发生翻转(如:当t<t下时,Ui1为低电平;当t下<t<t上时,Ui1为高电平),则Ui1为下限。 以教材113页NE555时基电路组成的热水温度自动控制系统电路图为例来说明。 本电路的功能是把温度控制在37 ℃～40 ℃之间,NE555集成电路的2脚、6脚为两个输入端,3脚为输出端。根据以上的逻辑思路,我们可以得出: ①当t<37 ℃时,电热丝加热→继电器吸合→3脚为高电平→2脚<,6脚<; ②当37 ℃<t<40 ℃时,电热丝保持原来的状态→3脚保持原来的状态→2脚>,6脚<; ③当t>40 ℃时,电热丝停止加热→继电器释放→3脚为低电平→2脚>,6脚>。对比可发现,2脚在37 ℃发生翻转、6脚在40 ℃发生翻转,所以2脚控制下限、6脚控制上限。掌握这一思路和方法,只要熟悉集成电路的功能就可以快速分析出上限和下限了。 5.对运算放大器功能的理解 运算放大器的电路符号有下图两种。我们可以把它理解为电压比较器,当U+>U-时, Vo=VCC,当U+<U-时,Vo=0,当U+=U-时,Vo=。 6.对JN6201功能的理解如图所示,JN6201芯片共有14个引脚。其中引脚1～4是四个输入端I