第22课 电子控制系统设计5——控制部分3(555)-【精彩三年】2024-2025学年高中通用技术选择性必修1课程探究与巩固Word教参（苏教版2019）

第22课　电子控制系统设计5——控制部分3(555)(见学生用书P136) ——5　电子控制系统的设计及其应用，教材P98～116 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 能使用555芯片实现区间控制。 例1 2022·浙江6月选考如图所示，这是车间降温原理示意图及小明设计的温度控制试验电路。当车间温度高于上限时V2发光，表示风机和水泵运行，水泵工作产生水帘，风机排出热空气吸入经水帘冷却的空气，使车间降温。当车间温度低于下限时V2熄灭，表示风机和水泵停止运行。请完成以下任务。 2脚 6脚 3脚 7脚 ＜VCC 任意 高电平 断开 ＞VCC ＜VCC 保持 保持 ＞VCC ＞VCC 低电平 接地 　 (1)电路中的RT1应采用__B__(在“A.正温度系数热敏电阻；B.负温度系数热敏电阻”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)设定温度上限和温度下限，合理的调试手段是__B__(在“A.上限调R1，下限调R2；B.上限调R2，下限调R1”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)小明准备用1个继电器同时控制风机和水泵工作，用555电路3脚的输出信号通过三极管驱动继电器，当继电器吸合时风机和水泵运行。现有继电器J1(线圈额定电压3 V)、继电器J2(线圈额定电压6 V)、继电器J3(线圈额定电压9 V)、电阻器、二极管、NPN型三极管、PNP型三极管各1个，请选择4个合适的元器件在虚线框中完成电路设计，要求三极管采用共发射极接法，并标出所选继电器的编号。 例1题(3)图 　　　　例1题(4)图 (4)小明想用逻辑门代替555电路实现原有电路功能，请选用合适的逻辑门，并在虚线框中画出电路，要求电路简单。 【答案】 如图 或 或 【解析】 (1)“当车间温度高于上限时V2发光”，说明温度高时，2脚电位低，因此RT1阻值小，即温度高阻值小，是负温度系数热敏电阻。 (2)由题意可知，当3脚出高时，7脚断开，此时V1截止，R2未接入电路，而3脚出高时，表示风机和水泵运行，温度会下降至下限，所以R2对下限无影响。因此上限调节R2，下限调节R1。 (3)3脚出高要求继电器吸合，即3脚出高要求三极管导通，因此应选用NPN三极管。由于使用三极管驱动，当三极管饱和时，饱和压降很小，电源电压6 V几乎都加在继电器线圈的两端，应选用额定工作电压6 V的继电器J2。题目要求采用共发射极接法，因此继电器J2串接在三极管的集电极上，为保护三极管，基极需串联限流电阻，继电器两端需反向并联一个二极管。 (4)2脚低电平时，3脚输出高电平，是非门的逻辑，选用非门或者用与非门、或非门当非门使用。由于原电路具有温度范围控制功能，非门的输出需要通过R3、V1和R2返回到输入，使电路具有保持功能。 变式1 如图所示，这是小明设计的窗帘自动控制电路(暂不考虑电机如何自动停止)。当环境光线强度介于上限和下限之间时打开窗帘(通过电机的电流从“＋”到“－”)，当环境光线强度高于上限或低于下限时关闭窗帘(通过电机的电流从“－”到“＋”)。比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋<V－时输出低电平。请完成以下任务。 (1)打开窗帘时，关于V5、V6状态分析正确的是__A__(在“A.V5发光；B.V6发光；C.V5和V6同时发光；D.V5和V6交替发光”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)在环境光线强度介于上限和下限之间时，关于开关S功能分析正确的是__C__(在“A.S接通时打开窗帘，断开时不确定是否关闭窗帘；B.S接通时关闭窗帘，断开时不确定是否打开窗帘；C.S接通时关闭窗帘，断开时打开窗帘；D.S接通时打开窗帘，断开时关闭窗帘”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)若要使控制窗帘的环境光线强度上限不变、下限更低，合理的措施是__D__(在“A.增大R1的阻值；B.增大R2的阻值；C.RP1触点下移；D.RP2触点下移”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (4)小明准备用555芯片来代替题图虚线框中的电路，555芯片的功能如表所示。请在下图虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能，要求A点与B点不能直接相连。 555功能表 1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚 GND ＜VCC 任意 高电平 断开 VCC ＞VCC ＜VCC 保持 保持 ＞VCC ＞VCC 低电平 接地 　　【解析】 (1)当打开窗帘时，通过电机的电流从“＋”到“－”，触点J1——1和J1——2接通，继电器J1吸合，J2释放，所以三极管V4饱和导通，发光二极管V5发光。 (2)记RP1端的比较器为C，RP2端的比较器为D，记R3端为高电平，在环境光线强度介于上限和下限之间时，S接通，C将输出高电平，D将输出低电平，二极管V1、V2与R3组成或门，所以F点为高电平，推出V3饱和导通，J2吸合，窗帘关闭；接着再将S断开，此时环境光线强度介于上限和下限之间，按照题意，窗帘应该打开。 (3)当F出高电平时，窗帘关闭。存在两种情况，第一种：C出高电平，D出低电平，此时光线过强；第二种：C出低电平，D出高电平，此时光线过弱。若光线介于上下限之间时，F出低电平，此时C出低电平，D也出低电平。根据以上的分析推断，C出高电平时光线过强，C与上限有关；D出高电平时光线过弱，D与下限有关，且单独调节RP1或RP2时，只能影响上限或下限。因此，要使上限不变，下限更低，只有调节RP2的选项D成立。 (4)555芯片的3脚能出高电平和低电平，但题目要求A点和B点不能直接相连，所以不能将它们都接在3脚上。当3脚出低电平时，7脚也接地，相当于低电平，所以可以将A接7脚，B接3脚。输入部分F的电位相同，所以它们可同时连2脚和6脚。 变式2 李明设计了一个如右图所示的用于庄稼地的驱鸟装置，通过控制电路控制电机正反转，摆杆上装有磁铁，摆杆摆动角度的极限位置两侧分别固定了干簧管1和干簧管2，当摆杆到达a处干簧管1时，电机开始正转，电机电流由“＋”流向“－”，当摆杆到达b处干簧管2时，电机反转。李明通过观察发现，光线过强的正午或晚上小鸟均不会出现，所以要求只有当光线在设定范围之内时电机工作。比较器IC1、IC2的功能：V＋>V－时输出高电平，V＋<V－时输出低电平。请完成以下任务。 　　　　　　　NE555特性表 输入 复位 输出 2脚 6脚 4脚 3脚 ≤VCC — 高电平 高电平 ＞VCC ≥VCC 高电平 低电平 ＞VCC ＜VCC 高电平 不变 　　　　　　　　 3脚和7脚引脚关系等效电路图 (1)当环境光线强度在设定范围之内时，按下开关S，则__A__(在“A.电机停止转动；B.电机继续转动；C.无法判断”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)若要使工作的环境光线强度下限不变、上限更高，合理的措施是__C__(在“A.增大R1的阻值；B.增大R2的阻值；C.RP1触点上移；D.RP2触点下移”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)李明只提供门电路，请在虚线框1中补画逻辑电路，要求所用的逻辑门数量最少，并标出对应继电器并连线。 (4)请在虚线框2中连线，将电路补画完整，并标出对应继电器。 【答案】 (4)如图 或 【解析】 (1)按下开关S时，相当于光线过强，继电器J3不吸合，电机停止转动。 (2)IC1的V－>IC2的V＋，所以IC1控制的是光线强度的上限，IC2控制的是光线强度的下限。现要求光线强度下限不变、上限更高，那就要求IC2的V＋不变，IC1的V－变高。所以RP1触点要上移。 (3)根据题干要求光线过强的正午或晚上光线过暗时，电机要停止工作，光线过强，A为1时，F要为0，或者光线过暗，B为1时，F也要为0，所以F与AB的逻辑关系为或非(如解析图)。 (4)输入端部分的设计抓住干簧管1和干簧管2不吸合状态下，要求3脚输出为保持状态，所以2脚的电位要求大于VCC，6脚的电位要求小于VCC，C、D两点电位为0低电位，如果C点从2脚输入，那么需要加一个NPN型三极管取非后输入，D点直接输入6脚。输出端部分的设计，当干簧管1闭合时，3脚为高电位1输出，要求电机正转，继电器J1吸合，所以3脚控制NPN型三极管的继电器为J1，PNP型控制的继电器为J2可以直接接3脚，也可以从7脚输出。如果D点从2脚输入，那么需要加一个NPN型三极管取非后输入，C点直接输入6脚。输出端部分的设计，当干簧管1闭合时，3脚为高电位0输出，要求电机正转，继电器J1吸合，所以3脚控制PNP型三极管的继电器为J1，NPN型控制的继电器为J2可以直接接3脚，也可以从7脚输出。 |随|堂|检|测| 1．如图1所示，这是小明设计的教室照明节电控制电路。光敏电阻安装在教室内灯光照不到的位置，以采集自然环境光照的强弱。当教室内有人且光照强度低于下限值时，可以开灯照明，当教室内光照强度达到上限值时，不能开灯照明。若教室内无人，则自动关闭照明功能。按钮K1、K2按下时开关闭合，松开时，开关断开，IC1传感器检测到教室有人时，3脚输出高电平，否则为低电平。比较器IC2、IC3的功能：当V＋>V－时输出高电平，当V＋<V－时输出低电平。请完成以下任务。 (1)当灯L亮起时，VD3和VD4的状态分析正确的是__B__(在“A.VD3发光，VD4发光；B.VD3发光，VD4不发光；C.VD3不发光，VD4发光；D.VD3不发光，VD4不发光”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)为实现电路功能，虚线框1中只用一个逻辑门实现，应选择__A__(在“A.与门；B.或门；C.与非门；D.或非门”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)在环境光线介于上限和下限之间且教室有人时，对K1进行功能测试，下列分析正确的是__C__(在“A.按下K1时L发光，K1释放后L熄灭；B.按下K1时L发光，K1释放后L继续发光；C.按下和释放K1时，不能确定L的发光状态；D.按下K1时L不发光，K1释放后L不发光”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (4)当教室内有人且光照度低于设定值时，调试发现开启开灯开关，灯始终不亮，下列原因分析中不可能的是__D__(在“A.VT2虚焊；B.VD2接反了；C.RP2虚焊；D.R7阻值太大”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (5)小明准备用555芯片来设计原题中虚线框2中的电路，K1、K2保持原有功能。555芯片的功能如表所示，请在图2虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能。 555功能表 1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚 GND ＜VCC 任意 高电平 断开 VCC ＞VCC ＜VCC 保持 保持 ＞VCC ＞VCC 低电平 接地 【解析】 (1)当灯L亮起时，继电器应通电吸合，则VT1必须导通，因此VD3发光；环境光线低于下限值时可以开灯照明，RG阻值大，IC2V＋低电平，IC2输出低电平，IC3V－低电平，IC3输出高电平，则触发器输出高电平，因此VD4不发光。 (2)只有环境光线暗时A点为高电平，有人时，3脚高电平，VD1导通，B点高电平，灯亮意味着VT1导通，VT2需要导通。 (3)在环境光线介于上下限之间时，触发器处于保持状态，由于原始状态未确定，A点输出状态不确定，那么VT2是否导通不确定。如果VT2、VT1是导通的，那么K1按下时，VT3、VT4导通，由于R7的存在，可以维持VT3导通，使灯在K1释放后继续亮；如果VT2、VT1是截止的，那么无论是否按下K1，灯L均不会亮。 (4)选项A，VT2虚焊断路，则VT1截止，灯L始终不亮；选项B，VD2接反，则继电器被短路，始终不会吸合，灯L始终不亮；选项C，RP2虚焊断路，IC2的V－低电平，IC2输出高电平，IC3V＋低电平，IC3输出低电平，A点低电平，VT2截止，VT1截止，灯始终不亮；选项D，按下K1时，VT3、VT4导通，继电器吸合，灯亮，K1断开后，由于R7的存在，当VT4导通时，可以维持VT3导通，如果R7阻值过大，会影响Ib电流，导致K1释放后可能无法保持灯亮，但不影响K1按下时灯亮的状态。 (5)K1、K2保持原有功能，即按下K1时，继电器吸合，灯亮，按下K2时继电器断开，由于按下K1时下连接点低电平，555芯片2脚触发信号是低电平，因此下端连2脚；按下K2时上连接点高电平，因此接555芯片6脚；2脚低电平，3脚高电平，继电器要吸合，因此3脚连继电器上端，下端接地。 学科网（北京）股份有限公司 $$