电子控制技术教材课件.ppt

1、电子控制技术电子控制技术知识讲座知识讲座 电子控制技术电子控制技术n电子控制系统概述n信息的获取与转换传感器n信息处理数字电路n执行部件电磁继电器、晶闸管n设计及其应用电子控制技术电子控制技术数字电路数字电路电磁继电磁继电器电器电子控制系电子控制系统及其应用统及其应用传感器传感器电子控制技术电子控制技术电子控制技术电子控制技术n电子控制系统n传感器n数字电路nMULTISIM2010电子控制系统电子控制系统n电子技术：根据电子学的原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。n控制技术n电子控制技术n电子控制系统电子控制系统电子控

2、制系统控制器控制器执行器执行器被控对被控对象象反馈环节反馈环节控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象n经典控制系统框图经典控制系统框图电子控制系统电子控制系统被控量输入部分控制部分执行部分被控对象比较器u开环电子控制系统开环电子控制系统电子控制系统电子控制系统被控量输入部分控制部分执行部分被控对象反馈环节比较器u闭环电子控制系统闭环电子控制系统开环电子控制系统开环电子控制系统u公园音乐喷泉自动控制系统u十字路口的红绿灯定时控制系统u家用窗帘自动控制系统u楼道自动声控灯装置u宾馆自动门控制系统u宾馆火灾自动报警系统u宾馆自动叫醒服务系统u公共汽车车门开关控制系统u普通全自动洗衣机控制系统u可调

3、光台灯控制系统u宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统闭环电子控制系统闭环电子控制系统u加热炉的温度自动控制系统u花房温度控制系统u夏天房间温度控制系统u家用电冰箱温度控制系统u粮库温、湿度自动控制系统u自动电热水壶控制系统u热水器加热自动控制系统电子控制系统的基本组成电子控制系统的基本组成 n输入部分n控制部分n输出部分输入输入被控对象被控对象输出输出控制控制(处理处理)信息信息电子控制系统框图电子控制系统框图传感器传感器定义n能感受规定的被测量（物理量、化学量、生物量等）并按一定规律转换成可用信号输出（一般多为电量）的器件或装置。传感器传感器组成n敏感元件敏感元件（Sensing

4、element） 直接感受或响应被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量n转换元件转换元件（Transduction element） 能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器传感器分类按被测量对象分类按被测量对象分类u温度传感器温度传感器u湿度传感器湿度传感器u位移传感器位移传感器u速度传感器速度传感器u加速度传感器加速度传感器u压力传感器压力传感器u振动传感器振动传感器按工作原理分类按工作原理分类u电阻式电阻式u电容式电容式u电感式电感式u压电式压电式u电磁式电磁式u磁阻式磁阻式u光电式光电式u压阻式压阻式u热电式热电式u核辐射式核辐射式u半导体式传半导体式传

5、感器感器温度传感器温度传感器n热电偶n热电阻n热敏电阻n辐射式温度传感器n集成温度传感器 测温方式类别原理典型仪表测温范围/接触式测温膨胀类利用液体气体的热膨胀及物质的蒸汽压变化玻璃液体温度计-200600压力式温度计-80600利用两种金属的热膨胀差双金属温度计-80600热电类利用热电效应热电偶-2002000电阻类固体材料的电阻随温度而变化铂热电阻-200850铜热电阻-40140热敏电阻-100300其他电学类半导体器件的温度效应集成温度传感器-55125晶体的固有频率随温度而变化石英谐振温度传感器-80250非接触式测温光纤类用光纤的温度特性或作为传光介质半导体光纤温度计-50120

6、光纤辐射温度计6002500辐射类利用普朗克定律光学高温计8003200光电高温计2001600辐射温度计4002000比色温度计8002000红外测温仪-503000主要温度测量方法的分类和适用范围主要温度测量方法的分类和适用范围温度传感器温度传感器热电偶n将温度变化转换成电势变化的热电式传感器 温度传感器温度传感器热电阻n热电阻效应热电阻效应铂电阻铂电阻20(1)tRRAtBt230(1(100) )tRRAtBtC tt0 OC t650 OC-200 OC t0OCv铂电阻分度表铂电阻分度表温度传感器温度传感器热电阻0(1)tRRt铜电阻铜电阻 -50 OC tIbs ， 开关闭合。V

7、VRRVIicesCccCcesccbsb7 . 0 , VV数字电路门电路R1DR2AF+12V +3VuAuF3V0.30V3.3嵌位二极管三极管非门数字电路门电路uAuF3V0.30V3.3AF0110逻辑式：AF 逻辑符号：1AF数字电路门电路R1DR2F+12V +3V三极管非门D1D2AB+12V二极管与门与非门逻辑式：BAF &ABF逻辑符号：数字电路门电路1. 体积大、工作不可靠。2. 需要不同电源。3. 各种门的输入、输出电平不匹配。分立元件门电路的缺点：数字电路门电路数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。

8、数字集成电路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。数字电路数字集成电路100个以下：小规模集成电路 几百个：中规模集成电路 几千个：大规模集成电路 一万个以上：超大规模集成电路 数字电路数字集成电路TTL：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管CMOS：互补金属氧化物半导体，属于电压控制型电路。 优点：静态功耗极小，但速度要比TTL电路慢数字电路数字集成电路174LS00四四2输入与非门输入与非门274LS02四四2输入或非门输入或非门374LS04六反相器六反相器474LS05六反相器六反相器OC门门574LS08四四2输入与门输入与门674LS10三三3输入与非门输入与非门774

9、LS14六反相器六反相器施密特触发施密特触发874LS20双双4输入与非门输入与非门974LS21双双4输入与门输入与门1074LS308输入与非门输入与非门1174LS32四四2输入或门输入或门1274LS644-2-3-2输入与或非门输入与或非门1374LS86四四2输入异或门输入异或门1474LS125四总线缓冲器四总线缓冲器三态输出三态输出数字电路数字集成电路1CC4001四四2输入或非门输入或非门2CC4011四四2输入与非门输入与非门3CC4030四异或门四异或门4CC4049六反相器六反相器5CC4066四双向开关四双向开关6CC4071四四2输入或门输入或门7CC4073三三3

10、输入与门输入与门8CC4077四异或非四异或非9CC40788输入或输入或/或非门或非门双双4输入与门输入与门10CC4086四路四路2-2-2-2与或非门与或非门可扩展可扩展11CC4093四四2输入与非门输入与非门施密特触发施密特触发12CC4097双双8选选1模拟开关模拟开关13CC4502六反相器六反相器/缓冲器缓冲器三态，有选通端三态，有选通端数字电路数字集成电路 1A 1B 2A 2B 2C 2YGNDVCC1C 1Y3C3B3A3Y12345671413121110 9 8 111011 15 (OC) 2A 2B 1A 1B 1C 1Y VSSVDD3C 3B3A3Y2Y2C1

11、2345671413121110 9 8 4073三3输入与门ABCY 数字电路数字集成电路 081008 09 (OC) 1A 1B 1Y 2A 2B 2YGNDVCC4B 4A4Y3B3A3Y12345671413121110 9 8 1A 1B 1Y 2Y 2A 2B VSSVDD4B 4A4Y3Y3B3A408112345671413121110 9 8四2输入与门ABY 数字电路数字集成电路数字电路数字集成电路 TTLTTL和和CMOSCMOS电路的电压和电流参数各不相同，需要电路的电压和电流参数各不相同，需要采用接口电路。采用接口电路。一般要考虑两个问题：一般要考虑两个问题：一是要

12、求一是要求电平匹配电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；标准的输出高电平和低电平；二是要求二是要求电流匹配电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。大的驱动电流。数字电路数字集成电路 TTL门作为驱动门，它的门作为驱动门，它的UOH2.4V,UOL0.5V； CMOS门作为负载门，它的门作为负载门，它的UIH3.5V，UIL1V。可见，可见，TTL门的门的UOH不符合要求不符合要求。 CMOS电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。 解决电平匹配问题解决电平匹配问题数字电

13、路数字集成电路TTL门驱动CMOS门a a、外接上拉电阻、外接上拉电阻R RP P在在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻门电路的输出端外接一个上拉电阻RP，使，使TTL门电路的门电路的UOH5V。（当电源电压相同时）。（当电源电压相同时） 数字电路数字集成电路a、选用、选用CMOS缓冲器缓冲器比如，比如，CC4009的驱动电流可达的驱动电流可达4 mA。b、选用、选用高速高速CMOS系列产品系列产品选用选用CMOS的的54HC/74HC系列产品可以直接驱动系列产品可以直接驱动TTL电路电路。 CMOS电路常用的是电路常用的是4000系列和系列和54HC/74HC系列产品，后几位的系列产品，后

14、几位的序号不同，逻辑功能也不同。序号不同，逻辑功能也不同。数字电路数字集成电路真值表真值表电路功电路功能描述能描述：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。 1 穷举法 1 A B CYA B CY0 0 00 0 10 1 00 1 100001 0 01 0 11 1 01 1 10111 2 ABCCABCBAmmmY765 2 逻

15、辑表达式逻辑表达式 ABC0001111001ABACY& 3 卡诺图卡诺图最简与或最简与或表达式表达式化简 4 5 逻辑变换逻辑变换 6 逻辑电逻辑电路图路图 3 化简 4 111Y= AB +AC 5 ACABY 6 触发器是触发器是具有记忆功能具有记忆功能，能存储数字信号能存储数字信号的基本逻辑单元。的基本逻辑单元。触发器具有两个稳定状态触发器具有两个稳定状态，1状态和状态和0状态状态。在输入触发信号作用下，两个稳定状态可在输入触发信号作用下，两个稳定状态可以相互转换（从以相互转换（从10或从或从01），并且），并且在触发信号消失后能保持信号作用时的在触发信号消失后能保持信号作用时的稳态

16、不变。稳态不变。数字电路触发器(a)与非门电路与非门电路 (b)或非门电路或非门电路基本基本RS触发器原理电路触发器原理电路电路有两个输入端电路有两个输入端R和和S，又称触发信号端；有两个又称触发信号端；有两个互反的输出端互反的输出端Q和和Q。把。把Q=1，Q=0的状态称为触发器的状态称为触发器的的“1”状态，把状态，把Q=0，Q=1的状态称为触发器的的状态称为触发器的“0”状态。状态。& Q Q S R &1 Q Q S R 1 数字电路触发器基本基本RS触发器触发器显然，不应该出现显然，不应该出现Q=Q=0，或，或Q=Q=1的状态。的状态。或非门基本或非门基本RS触发器工作原理触发器工作原

17、理1 011Q=0， Q=1Q=0， Q=1R=0 S=00 111Q=1， Q=0Q=1， Q=0R=0 S=0 都为无效输入，电路保持现都为无效输入，电路保持现态不变。态不变。 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”。但从。但从“0”到到“1”时历经不定态时历经不定态0* 数字电路触发器或非门基本或非门基本RS触发器工作原理触发器工作原理0 10 01 00 01 011Q=0， Q=1R=1 S=0Q=0， Q=1 R有效，置有效，置“

18、0”。但从。但从“1”到到“0”时历经不定态时历经不定态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 输入都有效，电路处于不定输入都有效，电路处于不定态态0* 数字电路触发器数字电路触发器 R S Qn+1 功功 能能 0 0 1 0 0 1 1 1Qn01 不不 变变 置置 0 置置 1不允许不允许特特 性性 表表 数字电路触发器nD触发器（数据锁存器）触发器（数据锁存器） 钟控D触发器在时钟作用下，其次态Qn+1始终和D输入一致，因此常把它称为数据锁存器或延迟(Delay)触发器。由于D触发器的功能和结构都很简单，因此目前得到普遍应用。 DQn+10101钟控D触发器的波形图 钟控D触发器的状态表 数字电路触发器数字电路触发器J KQn+10 00 11 01 1Qn01Q波形图波形图设初态为设初态为 0 翻转翻转翻转翻转置置 0置置 1置置 0保持保持数字电路触发器