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1、电子控制技术,第五章电子控制系统的设计及其应用,考点基础精品梳理篇,一、开环电子控制系统的设计和应用(加试)1简单开环电子控制系统的工作原理开环电子控制系统是以电子技术为控制手段的开环控制系统。一般的开环电子控制系统工作原理为：由相应的_检测输入信息并转换成_，_对传来的电信号进行分析并发送指令，控制执行器(继电器等)形成控制量，_在控制量的作用下产生相应的输出量。,传感器,电信号,控制电路,被控对象,2常见的实用电路简单的开环电子控制系统设计、安装与调试(1)设计和安装开环电子控制系统的一般步骤依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。根据开环电子控制系统分析方框图，选择恰当的传感器，确定
2、控制(处理)部分使用的实用电路和元器件，选择合适执行部件。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。检测元器件或实用电路的质量。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。调试电路，检查触发电压的大小。,(2)常见的实用电路不同的实用电路可以实现不同的功能，常见的实用电路很多，如多谐振荡器、触发器、存储器和计数器等。多谐振荡器是能自动产生周期性脉冲的自激振荡器，常用来作为脉冲信号源，脉冲的周期由电路中的电容器C和电阻器R确定。计数器是能统计时钟脉冲数的部件，在电子控制系统中可用来实现顺序控制、定量或延迟等。存储器是由
3、触发器或其它存储元件构成的存储阵列，用来存放_和_。(3)JN6201音乐集成电路JN6201音乐集成电路的内部有微处理器和很多个多谐振荡器，共_个输入端口和_个输出端口。,数据,指令,4,4,JN6201的输入端口和输出端口对应的引脚如下图所示。,JN6201集成电路的组成方框图,3安装过程中常见问题的分析和解决(1)看懂、理解电子控制系统的原理图与装配图。(2)检查电路中焊接质量，防止出现假焊、虚焊、错连等问题。(3)检查各部件安装的位置、牢固性，特别是要检查传感器是否安装正确。(4)用示波器、万用表检测输入部分关键点的电压、波形等电子参数。(5)改变输入部分(传感器)的状态，用示波器、万
4、用表检测输出部分关键点的电压、波形等电子参数。(6)若有异常，根据(4)、(5)两步骤的检测，判断问题所在。,二、闭环电子控制系统的设计和应用(加试)1简单闭环电子控制系统的基本工作原理闭环电子控制系统是在开环电子控制系统的基础上增加_环节而构成的。2简单的闭环电子控制系统设计、安装与调试(1)设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤按照设计要求，确定被控量和被控对象。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。,反馈,根据闭环电子控制系统的方框图，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，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧
5、密地连接成一个完整的控制系统。按照电路图安装电路。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。通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优化。,(2)常见的闭环电子控制系统闭环电子控制系统具有较高的控制精度，能实现自动控制。如冰箱、空调、恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大多采用_环电子控制系统。 JN6201集成电路是常用的控制处理部分的电子元器件，如果缺失，可用555电路替换，也可用741运算放大器等替代。孵化室应选用_进行检测，并将检测到的_反馈到比
6、较器。,闭,温度传感器,温度信息,水箱水位控制系统中，由三根水位探头组成一个_，对水箱水位随时进行检测，并将水位信号反馈至_。水箱水位电子控制系统的输出部分由电磁继电器、电动机、水泵、水箱等组成。3安装过程中常见问题的分析和解决(1)电路连接题方法功能分析法：a.顺推法；b.逆推法；c.黑箱方法(对集成电路内部结构不清楚的情况下，通常可分析电路的输入和输出关系推断其内部结构和功能，即黑箱方法)。原理分析法：模块划分、建立功能表(逆推)。分析电路时，按功能将电路划分为四大模块，即输入、控制、执行和输出模块。,传感器,比较器,解题要领：a针对驱动电路，掌握NPN、PNP三极管的共射极接法。b针对执
7、行机构，掌握继电器线圈的电路结构及连接方式，常开、常闭触点的灵活运用。c针对控制电路，掌握门电路、运放比较电路、555电路、音乐集成等IC电路的连接法和分析方法。特殊值法模块化繁为简应变自如法(变换电子元器件),(2)电路连接题技巧输出电路中存在继电器时，通常使用二极管保护继电器，继电器一般接在集电极上；正确分析输入部分的电位高低：集成电路连线时，先根据电阻分压判断输入的高低电平，然后再根据输入判断输出的高低电平；判断电路中用不用继电器时，一看负载，二看控制需求；看芯片定输出和找触发；记住RS基本触发器、比较器的功能。,例1. 2017温州模拟如图a所示为小明设计的一款视力保护提醒器的电路图，
8、该装置在学习环境光线亮度高于(或低于)设定的亮度上限(或下限)时，发出警报声提醒注意保护视力，Rg1和Rg2为相同特性的光敏电阻，通过可调电阻Rp1和Rp2可以调节光线亮度范围的下限和上限，集成芯片JN6201的引脚图如图b所示。小明组装好电路后发现，光线暗时能正常报警，光线很亮时扬声器不报警。关于该故障的可能原因，下列分析中正确的是(),考点题组精品典例篇,一、开环电子控制系统的设计和应用二、闭环电子控制系统的设计和应用,图a,图bJN6201引脚图,A三极管V被击穿BRp1阻值过大C引脚1虚焊DRp2阻值过大,【答案】C,例2. 2016浙江联考如图所示是热带鱼鱼缸温度电子控制电路图，当水
9、缸内的热敏电阻(负温度系数)检测出水温低于最低设定水温时，水缸内的加热丝就加热，当水缸内的热敏电阻检测出水温高于最高设定水温时，水缸内的加热丝就停止加热，使水温稳定在一定范围内。(注：水温低时，集成芯片555 输入端2、6 脚电位很低，输出端 3 脚为高电平，继电器 J 吸合，电热丝通电加热。)将热敏传感器Rt放入设定水温的水中，不管怎么调电位器R1和R2，电热丝都不通电加热，下列可能的原因是() 二极管V接反了输出端3脚与继电器线圈虚焊热敏电阻Rt断路继电器J线圈内部断路ABCD,D,如图所示为某简易高温报警装置的电路图。已知电压比较器IC的3脚电位大于2脚电位时，1脚输出高电平；反之，1脚
10、输出低电平。请完成第34题。,例3. 2017衢丽湖舟联考电路图中热敏电阻Rt应选用下图中的类型是(),A,例4. 2017衢丽湖舟联考以下对该电路的分析中不正确的是()ARt是负温度系数的热敏电阻B将Rp1调大，报警温度被调高C将Rp2调小，报警温度被调低D温度升高，到达报警温度时，V1导通,B,例5. 2017.4浙江选考在电子控制技术实践课上，小明准备设计一个遮光、通风控制系统，选择光敏电阻和正温度系数的热敏电阻作为传感器。请完成以下各题：(1)光敏电阻值随光照强度变化的规律与_相似(从A；B；C中选择合适的选项，将序号填在“_”处)；,B,(2)小明提出的控制要求和设计的控制电路如图所
11、示，其中X点输入光照强度信号，Y点输入温度信号。根据控制要求分析电路，J1、J2的作用是_(从A.J1用作遮光控制、J2用作通风控制；B.J1用作通风控制、J2用作遮光控制中选择合适的选项，将序号填入“_”处)；,A,控制要求,(3)小明在测试电路时，发现R3和R4的阻值不符合电路要求，导致J1和J2始终都不能吸合，合理的调整措施是_、_(在A.增大R3；B.减小R3；C.增大R4；D.减小R4中选择合适的选项，将序号填入“_”处)；(4)请你根据控制要求，在虚线框内将传感器和电阻正确地连接到电路中。,B,D,例6.2016.10浙江选考如图所示是小明设计的水位控制系统，当水位低于b点时水泵M
12、抽水，水位达到a点时停止抽水。555集成电路6脚电位升至2/3Vcc时，3脚输出低电平，2脚电位降至1/3Vcc时3脚输出高电平。请完成以下任务：,(1)555集成电路管脚识别正确的是_(在下列选项中选择正确的选项，将序号填写在“_”处)。 (2)调试电路时发现，当555集成电路的3脚输出高电平时，继电器J不工作，合理的调节措施是_(在减小R1和R2的阻值；减小R3的阻值；减小R4的阻值；减小R5的阻值中选择合适的选项，将序号填写在“_”处)。,(3)小明设计的控制电路中忘记设置水泵工作状态指示灯，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管V3和电阻R6，使得水泵M抽水时V3发光，不抽水时V3
13、不发光。,(4)系统工作一段时间后，三极管V1损坏，小明准备用手头仅有的PNP型三极管替代原来的三极管，请你在虚线框内选择合适的端子重新连接电路。要求保持系统原有的功能，继电器线圈接在集电极上。,【解析】(1)本小题考查数字集成电路管脚的排列及读法。根据小圆点或缺口，字体正面朝自己，逆时针方向数管脚，故选。(2)本小题考查晶体三极管的放大与开关作用、直流继电器驱动及555的工作原理。由于3脚为高电平，说明555正常，继电器没工作，说明加在继电器线圈上的电压不够，Ic太小，即三极管Vce的电压太高。因此可减小R5的阻值，增大Ib，使三极管进入或接近饱和区，减小Vce，增大Ic，选。(3)本小题考
14、查串联电路、晶体二极管中的发光二极管。由于3脚为高电平，利用3脚的高电平控制指示灯，电阻起到降压限流的作用，连接时只要注意发光管的极性即可。(4)本小题考查晶体三极管的放大与开关作用、直流继电器驱动、线圈接在集电极。3脚为高电平时，NPN三极管导通，继电器工作，开始抽水。现换成PNP后，3脚为高电平时三极管截止，继电器不工作，不符合题意抽水的要求。因此需要设计继电器得电时水泵不工作，失电时水泵工作。在继电器触点上改变，即3脚为高时，继电器失电，其常闭触点接在水泵回路。,例7.2016.4浙江选考如图所示是小明设计的温度报警装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系见图中表格，Rt是负
15、温度系数热敏电阻。当温度达到或超过40时，要求该报警装置发出声、光报警信号。请完成以下任务：,(1)当温度升高时，Rt的电阻值将_(在增大；减小中选择一项，将序号填写在“_”处)。(2)当温度达到或超过40时，要求发光二极管V1发光，请根据电路的逻辑关系在a、b、c三点中选择合适的点连接V1和R4。,【答案】（2）,(3)运算放大器不能直接驱动蜂鸣器报警，请根据电路的逻辑关系选择合适的三极管(NPN型或PNP型，采用共发射极接法)，在虚线框中画出蜂鸣器驱动电路。,【答案】（3）,(4)在测试中发现温度超过40还没有报警，现要对电路重新调试，调试步骤如下：A.将_放入盛有冷水的烧杯，插入温度计，
16、加入热水使水温等于40(在IC；R3；Rt中选择一项，将序号填写在“_”处)；B_，直至报警装置发出声、光报警信号为止(在减小R3；增大R3；减小R3；增大Rt中选择一项，将序号填写在“_”处)。,【解析】(1)本小题考查认识常见的传感器、传感器的应用。由于是负温度系数，温度升高，电阻减小，故选。(2)本小题考查数字集成电路中比较器的应用，VV，输出为“1”，反之为“0”。由于Rt是负温度系数，温度升高，电阻减小，“”输入端电压升高，c端输出高电平，V1发光。(3)本小题考查晶体三极管的放大与开关作用及开环电子系统的设计应用。由(2)分析知，c端输出高电平，可采用NPN，利用共射极接法驱动蜂鸣
17、器。(4)A.本小题考查认识常见的传感器、传感器的应用。由题意分析，需要感知水温，必须采用温度传感器热敏电阻，故选。B.本小题考查数字集成电路中比较器及串联电路的分压原理。由于水温为40没有报警，说明VV，比较器输出为“1”，故选。,常见电路分析归纳：(1)如何调高设定湿度？,(2)如何调高设定亮度？,(3)如何调高设定温度？,例8.2015.10浙江选考如图a所示是声光控开关实验电路原理图，电路中发光二极管V3在光线较弱且有声音时才能发光。MIC(传声器)、C1、V1、R2、R3、R4组成声音信号采集与放大电路，R1、R5组成光线信号的采集电路，V2、R6、C2组成灯光延时电路。集成电路CC
18、4011为四2输入与非门(引脚见图b)，用于控制和输出逻辑电平。请完成以下任务：,图a声光控开关实验电路原理图,图bCC4011引脚图,(1)集成电路CC4011中与非门的2个输入端A(1脚)和B(2脚)与输出端Y(3脚)的逻辑关系是_；,【答案】,(2)当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值_(在增大；减小；不变中选择一项，将序号填写在“_”处)；(3)图a中，当CC4011的4脚输出高电平，二极管V2导通，由于V2导通时电阻值较小，电容C2很快被充电到高电平，此时发光二极管V3_(在发光；不发光中选择一项，将序号填写在“_”处)；,(4)小亮同学完成实验后，准备将该实验电路应用于楼道灯的控制
19、。楼道灯由220V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开关，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。请你根据上述要求在虚线框中帮助小亮画全电路图。,【答案】如：,【解析】(1)本小题考查数字信号、逻辑门及数字集成电路。与非门的逻辑关系是全高出低，有低出高。(2)本小题考查认识常见的传感器、传感器的应用。光敏电阻具有在光照条件下其阻值迅速减小的特性。所以当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值增大，故选。(3)本小题考查继电器的作用和类型、直流电磁继电器的构造、规格和构造原理及晶体三极管的放大与开关作用。有声音时，2脚为“1”，光线较弱时，光敏电阻阻值增大，两者同时成立时，1、2脚为“1”
20、，3脚为“0”，从而5、6脚为“0”，4脚为“1”；快速对电容C2充电，使8、9脚为“1”，从而10脚为“0”，使12、13脚为“0”，11脚为“1”，V3发光，故选。(4)本小题考查电子元器件和逻辑门、应用与非门知识及二极管单向导电性和正向导通电阻小。,例9.2017衢丽湖舟联考如图所示是小明设计的水箱水位报警电路，当水淹没a、b两个金属探头后，蜂鸣器发声报警。该电路的主控芯片采用JN6201音乐集成芯片，有关JN6201的部分资料如下：(1)芯片电源电压为3V；(2)当I1、I2、I3和I4中任一端输入高电平，O1、O2都会输出音频信号，O3输出频率较低的周期性脉冲信号，O4输出低电平。(
21、3)当I1、I2、I3和I4输入同时为低电平时，O1、O2、O3输出都是低电平，O4输出高电平。请完成以下任务：,(1)小明想在原电路的基础上增加闪光报警，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管和电阻，当水淹没a、b两个金属探头后，发光二极管闪烁，否则发光二极管熄灭。要求发光二极管和电阻都接在三极管的集电极上。,【答案】(1),(2)小明想用JN6201设计一个如图所示水箱水位的控制系统，当水位低于低水位b时，水泵抽水，当水位到达高水位a时，水泵停止抽水。请你在图中虚线框内选择合适的端子连接。,【答案】(2),(3)小明对第(2)小题的水箱水位控制电路进行调试，将水位传感器放入无水的容器中
22、，接通电源，听见继电器吸合的声音，但是水泵不抽水，最有可能的原因是_(在V2装反了；水位探头a、b与转换触点J1的常开、常闭触点接反了；转换触点J2的常开、常闭触点接反了中选择一项，将序号填写在“_”处)；,(4)小明想在第(2)小题的水箱水位控制电路的基础上增加手动加水功能，则如图所示手动开关可以_(在并联在R1两端；并联在继电器线圈两端；并联在V1的集电极和发射极两端中选择一项，将序号填写在“_”处)。,例10.2015.9浙江模拟如图所示是水箱水位闭环控制系统电路图。a、b、c三个水位探头(用粗铜电线制作)放置在水箱的不同位置。工作时合上水泵电源开关S，当水位下降到b点以下时，水泵向水箱
23、注水，当水位升至a点时，水泵即停止注水。请完成以下各题：,(1)当水位从a下降到b的过程中，三极管V1处于_状态(在“放大、饱和、截止”中选择一项，填写序号)。(2)为了显示水泵的工作状态，拟用发光二极管(红色)显示水泵正在给水箱注水，用发光二极管(绿色)显示水泵停止注水。现有1.5V的发光二极管2个(红色和绿色各1个)，限流电阻1个。请用以上元件在虚线框中补全该电路图。,【答案】(2),(3)为了防止控制电路出现故障时水溢出水箱，在水箱上端d处设置一个探头(用粗铜电线制作)，当水位升高至d处时，蜂鸣器能自动报警，以提醒人员断开水泵电源开关S。现有5V电源1个，蜂鸣器1个，可调电阻1个，四二输
24、入与非门1片(用其中的1个与非门即可，引出脚为13脚)，导线若干。请用导线连接以下元器件中未连接的部分，组成报警电路。,【答案】(3),【解析】本题考查简单电子控制系统的设计。(1)当水位处于探头a与b之间时，探头b与c同时在水中，水导电可以使3V电源为三极管V1的发射极提供正偏电压，使其导通。导通分两种，放大与饱和。这里没有信号的放大需求，只是开关量的变化，所以肯定处于饱和状态。(3)目的很明确，让探头b与d通过水导电连接后，蜂鸣器响起。若把蜂鸣器直接接两个探头上，由于水的电阻大，可能会导致驱动电流不够，所以最好使用有稳定输出能力的CT74LS00。,例11. 2017浙江期末如图所示是温度
25、自动控制的部分电路，能将温度控制在3739范围(环境温度低于30)。CB7555集成电路输入(2、6脚)输出(3脚)的逻辑关系见下表。根据电路请完成以下任务：,(1)Rt1和Rt2均为负温度系数热敏电阻，测试电路时发现温度低于37时，继电器J不吸合，需要对电路进行调节，合理的是_(在减小Rp1的阻值；减小Rp2的阻值；增大Rp1的阻值；增大Rp2的阻值中选择合适的选项，将序号填写在“_”处)；,(2)电路调试时用电压表实时监测，发现电热丝加热过程中，2脚的电压逐渐升高，当2脚电压达到1/3Vcc后，_(在继续加热，2、6脚电压同时继续升高；继续加热，2脚电压不变，6脚电压继续升高；加热立即停止
26、，2、6脚电压保持不变中选择合适的选项，将序号填写在“_”处)；(3)为了直观，需增加指示灯，要求加热时V1发光，V2不发光；保温时，V2发光，V1不发光，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管和限流电阻。,【答案】（3）,(4)系统工作一段时间后，继电器损坏，小明找到新的继电器，有两种触动类型，请你在虚线框内选择合适的点并连接电路。要求保持系统原有的功能。,【答案】（4）,例12. 2017温州模拟如图所示为LED发光实验电路，由两个运算放大器C1、C2，基本触发器及发光二极管组成，运算放大器及基本触发器输入输出的逻辑关系如表1、表2所示。请完成以下任务：,表1运算放大器逻辑关系表,表2
27、基本触发器逻辑关系表,(1)用四2输入与非集成芯片HD74LS00P(如图所示)搭接基本触发器，应该_(从将b脚接地，将d脚接Vcc端；将a脚接地，将c脚接Vcc端；将b脚接地，将c脚接Vcc端中选择合适的选项，将序号填写在“_”处)；(2)闭合电源开关后，将图中可变电阻Rp的滑片P从N端调至M端，LED灯的状态为_(从LED灯先亮后灭；LED灯先灭后亮；LED灯一直亮；LED灯一直不亮中选择合适的选项，将序号填写在“_”处)；,(3)小明同学打算将该电路应用于温度报警，使温度升高到一定值时，LED灯亮。选用负温度系数热敏电阻，请你完成虚框内电路的设计。,【答案】（3）,(4)在上一题的基础上，小明打算进一步改进电路，将温度升高时LED灯发光改为让加热丝停止加热。打算通过三极管驱动继电器工作，请在方形虚框处画上合适的三极管，并完成虚框内电路连接。,【答案】（4）,谢谢！,
