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文档简介

重难点之大专项五电子控制题讲20电子控制系统设计与综合应用一、JN6201音乐集成电路JN6201音乐集成电路的内部有微处理器和多个多谐振荡器,这些多谐振荡器具有不同的频率。它共有4个输入端口和4个输出端口,它们所对应的引脚如图所示:引脚功能说明1I1,输入触发端1,高电平有效2I2,输入触发端2,高电平有效3I3,输入触发端3,高电平有效4I4,输入触发端4,高电平有效5NC,空脚6GND,电源地7VCC,电源2.5VDC~5.5VDC8NC,空脚引脚功能说明9O4,输出4,默认为高电平,触发后有音乐输出时为低电平,音乐结束后恢复高电平10O3,输出3,默认为低电平,音乐输出时此引脚输出随音乐变化的脉冲信号,音乐结束后恢复低电平11O2,输出2,默认为低电平,触发后音乐输出引脚212NC,空脚13NC,空脚14O1,输出1,默认为低电平,触发后音乐输出引脚1(1)O1、O2为音乐输出端,通常接扬声器;O3通常接发光二极管;O4通常接继电器。输出端一般不直接接用电器,需通过三极管来控制。二、555集成电路555定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器,因此广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。(2)芯片属于高电平触发,当输入端I1、I2、I3、I4中任何一端输入为高电平时,O1、O2都会输出高频振荡的音频信号,O3输出频率较低的脉冲信号,O4输出低电平;当输入端I1、I2、I3、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。输入端I1、I2、I3、I4

四个引脚依次输入高电平(其余输入低电平),O1、O2会对应播放四首不同的乐曲,O3

如果接发光二极管,闪烁的频率也会有所不同。内部结构逻辑功能表555内部也是触发器,这样也会出现不使用的状态,2脚为0,6脚为1时,3脚出1,若此时转变为2脚为1,6脚为0,3脚将出现不确定状态,所以一般也将2脚为0,6脚为1称为不使用状态。三、由555集成电路构成的几种典型应用管脚排列图1.由555定时器构成多谐振荡器(无稳态)——脉冲产生电路多谐振荡器由555定时器和外接元件R1、R2、C构成,管脚2和管脚6直接相连。电路无稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需外接触发信号,即可产生振荡。(1)电源接通后,VCC通过电阻R1、R2向电容C充电。当电容上的电压等于VCC时,阀值输入端6脚受到触发,RS触发器翻转,输出电压u0=0,同时放电管T导通,电容C通过R2放电。(2)放电过程中,当电容上的电压等于VCC,RS触发器翻转,输出电压u0变为高电平。C放电终止,又重新开始充电,周而复始,形成振荡。(3)电容C在VCC~VCC之间充电和放电,形成脉冲波形。充电回路:电源正极→R1+R2→电容器C→电源负极;放电回路:电容器上极板→R2→7脚→电源负极(电容器下极板)。2.由555定时器构成单稳态触发器(单稳态)——脉冲整形电路(1)接通电源后未加触发脉冲,是高电平,ui>

VCC,电源通过电阻R向电容C充电至VCC时,RS触发器置0,输出u0=0,放电三极管导通,电容C通过7脚向地放电,电路处于稳定状态。(接通电源电路进入稳态u0=0)(2)当2脚加入ui<VCC时,RS触发器置1,u0=1,放电三极管截止。电容C又开始充电,6脚电压按指数规律上升。(当输入信号下降沿到达时,电路进入暂稳态)(3)当电容C充电到VCC时(即6脚电压),RS触发器置翻转,使输出u0=0。此时T又重新导通,C很快放电,暂稳态结束,恢复稳态,为下一个触发脉冲的到来做好准备。(电容放电,电路自动返回到稳态)3.用555定时器构成施密特触发器(双稳态)——脉冲变换电路(1)施密特触发器的原理只要将2脚、6脚连在一起作为信号输入端,即得到施密特触发器。输入信号ui为正弦波,正弦波幅度大于555定时器的参考电压UR1=

VCC(控制端S通过滤波电容接地)。①当ui处于0<ui<VCC上升区间时,OUT=“1”。②当ui处于VCC<ui<VCC上升区间时,OUT仍保持原状态“1”不变。③当ui处于ui≥

VCC区间时,OUT将由“1”状态变为“0”状态,此刻对应的ui值称为复位电平或上限阀值电压(可写作“UT+”)。④当ui处于VCC<ui<VCC下降区间时,OUT保持原来状态“0”不变。⑤当ui处于ui≤

VCC区间时,OUT又将由“0”状态变为“1”状态,此刻对应的ui值称为置位电平或下限阀值电压(可写作“UT-”)。(2)施密特触发器的特点施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路,与一般双稳态电路比较,它具有两个明显的特点:①施密特触发器是一种优良的波形整形电路,只要输入信号电平达到触发电平,输出信号就会从一个稳态转变到另一个稳态,且通过电路内部的正反馈过程可使输出电压的波形变得很陡。②对正向和负向增长的输入信号,电路有不同的阀值电平,这是施密特触发器的滞后特性或回差特性,提高了干扰能力,可有效滤除噪声。四、连线问题(输入、输出、控制)、调节问题、故障问题第17题的核心是考电子控制系统的设计,考题形式:补画电路、补画实物连线。掌握各元器件的特性、多用电表的使用、各功能模块实现的功能及各元器件在模块中的作用,特别应注意控制信号在整个控制过程中的路线及变化,以光控路灯为例,一开始是一个光线的变化→电阻的变化→低电压变化→继电器的通断→灯泡大电流的变化。电子控制系统的组成1.输入部分(复习常见的数字信号)(1)开关量(数字信号)①按钮;②开关;③干簧管;④电极式水位。(2)模拟量(模拟信号)①温度;②光照;③土壤湿度。(3)模拟信号转化为数字信号(电压比较器)2.输出部分(1)光(发光二极管)①IC直接驱动(高电平、低电平);②三极管驱动(高电平、低电平)。(2)声(有源、无源蜂鸣器和扬声器)①IC直接驱动(高电平、低电平);②三极管驱动(高电平、低电平)。(3)继电器①IC直接驱动(高电平、低电平);②三极管驱动(高电平、低电平)。电子控制系统的组成3.控制部分(1)分立元件(主要是三极管);(2)门电路;(3)基本触发器(低电平触发和高电平触发);(4)振荡电路;(5)运算放大器CF741;(6)555定时器;(7)JN6201。电子控制系统的设计(“积木式”设计思维)设计方法:(1)明确输入、输出部分;(2)选择控制部分;(3)在输入、输出和控制部分之间选择合适的接口电路;(4)完成设计并优化、试验。电子控制系统的调试“跟着变”方法输入信号信号处理电路控制对象及输出信号1.开关信号电开关信号;机械开关信号;其他开关信号。2.温度信号3.磁信号4.力信号5.气敏信号6.光敏信号7.湿敏信号8.声波信号1.放大电路交流放大电路;直流放大电路。2.比较电路、积分电路、微分电路3.延时电路4.保持电路5.波形发生电路6.电压电流变换电路7.电压频率变换电路8.调制解调电路9.用逻辑电路*10.常用单片机电路1.控制对象发光二极管、小型继电器;中间继电器、交流接触器;电磁阀、单相及三相交流电机。2.显示对象LED显示器、LCD显示器。3.输出信号开关信号;三极管、场效应管、可控硅、绝缘栅型场效应管。4.连续信号电压;电流。【例】五、电容问题延时作用特点:明显的充放电回路,采用容量大的电解电容。(1)快速充电,放电延时。(2)充电延时,快速放电。延时作用滤波含义:滤除有干扰的交流成分。特点:并联于输入信号、输出信号和电源。输入信号、输出信号一般采用小电容。耦合含义:滤出有用的交流成分。特点:串联于输入信号、输出信号。例1音乐集成电路JN6201的内部有微处理器和多个多谐振荡器,通过一定的程序控制,可以产生不同的乐曲,能输出音乐的引脚是()A.引脚9,引脚10B.引脚10,引脚11C.引脚9,引脚14D.引脚11,引脚14一、JN6201音乐集成电路D例2[2018绍兴模拟]如图所示为声音报警电路,MIC(传声器)、C1、V1、R1、R2、R3组成声音信号采集与放大电路,R5、V3组成光线报警,V2、扬声器SP组成声音报警。音乐集成电路JN6201芯片电源电压为3V,当1、2、3、4脚中任一脚输入高电平时,11、14脚输出音乐信号,10脚输出脉冲信号。以下对该电路中使用的电子元器件分析中正确的是()【解析】扬声器正负极接反不能发出声音;MIC在电路连接时需要考虑极性;三极管引脚朝下,切面朝自己,从左到右依次为发射极、基极、集电极。D例3[2017浙江联考]如图所示是JN6201音乐集成芯片示意图,有关它的部分资料如下: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(大于1.2V),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。③当I1、I2、I3和I4输入均为低电平或者输入悬空(小于1.2V)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)JN6201的电源电压的正、负极分别应该接____(在①14脚、7脚;②7脚、14脚;③6脚、7脚;④7脚、6脚中选择一项,将序号填写在“____”处);(2)小明想设计一个防盗报警电路,当窗户关闭时,干簧管闭合;窗户打开时,干簧管断开。要求窗户打开时,报警电路才声光报警。请你在图中的虚线框内选择合适的端子连线,完成电路设计;④答案

(2)(3)小明想在第(2)题电路的基础上,设计一个天黑防盗报警的电路,要求天黑时,且窗户被打开,电路才报警。请你在图中的虚线框内选择合适的端子连线,完成电路设计;答案

(3)(4)现在要对第(3)题设计好的电路进行调试:a.为防止窗户关闭时,电路发生短路或者电流过大,先将___(在①RP调到最大;②RP调到最小中选择合适的一项,将序号填写在“____”处);b.白天,用手遮住光敏电阻,然后打开窗户,调节RP直到刚好报警;将手移开后,停止报警;c.若要在光线比原来更强时,打开窗户就报警,应该将____(在①RP调大;②RP调小中选择合适的一项,将序号填写在“____”处)。①②【解析】(1)集成电路VCC接电源正极,GND接电源负极。(2)打开窗户,干簧管断开;报警需要1脚输入高电平,关闭时,需要1脚输入低电平,因此R1和干簧管串联,通过干簧管接地。R1与干簧管连接点接1脚。当干簧管断开,1脚电压是电源电压,是高电平;当干簧管闭合时,1脚接地,是低电平。(3)先考虑天黑报警,天黑光线弱,光敏电阻变大,要使1脚高电压,RP与RL串联,RL分压作为信号连接点接1脚;再考虑干簧管电路,与(2)题相同,相当于把R1换成了RP,干簧管与RL并联构成电路。(4)a.防止电流过大,应将滑动变阻器电阻调到最大,确保电流足够小。c.因为输出不变,信号启动电压不变,光线比原来更强,说明RL电阻变小,根据“同大同小”原理,RP应该调小。模板答题☆1.利用JN6201芯片可以设计双向门铃、光控音乐闪烁电路、声控音乐电路、感应音乐电路、红外遥控输入控制电路、视力保护提醒电路、水箱水位控制电路等。☆2.JN6201芯片有四个输入端口,最多可连接四路输入装置;当1、2、3、4端口中某端口达到有效电压(1.3V~4.5V,不低于1.2V)时,该芯片触发有效工作;JN6201芯片有四路输出信号,最多可连接四路输出装置。例4[2019.4浙江]如图所示的温控电路,用RP设定555芯片5脚的电位VCT。当温度超过60℃时散热风扇电机启动。下列分析中不正确的是()A.R1应采用负温度系数的热敏电阻B.调大RH的阻值,电机启动时的温度低于60℃C.RP滑动触点向下移,电机启动时的温度高于60℃

D.温度从60℃以上降到60℃一下,电机就立即断电D二、555集成电路三、由555集成电路构成的几种典型应用【解析】当温度超过60℃时散热风扇启动,则3脚输出高电平,2脚电压<1/2Vct,即Rt分压降低,Rt的阻值应降低,而此时对应的温度超过60℃,故Rt采用负温度系数的热敏电阻,A项正确;调大RH的阻值,则Rt的分压降低,则此时温度不用达到60℃即可使Rt分压满足<1/2Vct,即2脚电压<1/2Vct,3脚输出高电平,电机启动,B项正确;Rp的滑动触点向下移,则5脚电位Vct变小,对应1/2Vct也变小,此时需要温度升高到60℃以上才能满足Rt的分压变小且当小于变小后的1/2Vct时,电机才能启动,故电机启动时的温度要高于60℃,C项正确;温度从60℃以上降低到60℃以下时,Rt的分压由<1/2Vct变为>1/2Vct,此时3脚输出为保持状态,即输出高电平,故电机保持转动,D项错误。例5[2018.4浙江]如图所示是小明设计的暗室报警电路。当暗室门被打开,光线强度达到一定时,蜂鸣器发出报警声。IC1的特性:U+>U-时,Uo为高电平;U+<U-时,Uo为低电平。IC2的特性:2脚电位低于VCC的三分之一时,3脚输出高电平;6脚电位高于VCC的三分之二时,3脚输出低电平。请根据描述和电路图完成下列任务:(1)当光线由弱变强时,光敏电阻Rg的阻值____(在A.增大;B.减小;C.不变中选择合适的选项,将序号填入“____”处);(2)继电器J-2触点闭合时的作用是____(在A.使二极管V1反向截止;B.使555集成电路3脚保持高电平输出;C.使蜂鸣器在暗室门关闭后继续报警中选择合适的选项,将序号填入“____”处);(3)小明搭建了测试电路,发现蜂鸣器始终不响。下列原因中可能造成该现象的是____(在A.555集成电路3脚被接地;B.二极管V2虚焊;C.电阻R4短路中选择合适的选项,将序号填入“____”处);BCC(4)小明搭建电路后,发现光线很强时才会报警,现在需要实现光线较弱时能报警,以下调节方法中不恰当的是____(在A.增大Rp1;B.增大Rp2;C.增大Rp3中选择合适的选项,将序号填入“____”处);(5)在测试过程中,小明将555集成电路损坏,准备用三极管来代替。请你帮助小明选择合适的三极管(NPN型或PNP型),在虚线框中画出你所选择的三极管,并采用共发射极接法完成电路的连接。要求保持电路原有的功能。C答案

(5)【解析】(1)光敏电阻光线变强的时候电阻变小,光线变弱的时候电阻变大,因此选B。(2)当J-2触点闭合时,6脚点位为VCC,则3脚输出为低电平,电磁继电器的线圈保持有电流通过,J-1闭合,蜂鸣器响,因此选C。(3)当R4短路时,2脚点位为0,3脚输出始终为高电平,电磁继电器的线圈不会有电流通过,J-1不会闭合,蜂鸣器不会响,因此选C。(4)要想光线较弱时就能报警,即实现光敏电阻阻值较大的时候能够报警,同步调大Rp1可以实现,或者可通过增大Rp2或减小Rp3实现,因此选C。(5)要实现电路原有功能,需要用到NPN型三极管,当三极管基极为低电平的时候,三极管导通,电磁继电器的线圈保持有电流通过,J-1闭合,蜂鸣器响。例6[2016.10浙江]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抽水,水位达到a点时停止抽水。555集成电路6脚电位升至VCC时,3脚输出低电平,2脚电位降至VCC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(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①减小R1和R2的阻值;②减小R3的阻值;③减小R4的阻值;④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不发光;④答案

(3)(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。答案

(4)【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。(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④。(3)本小题考查串联电路、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。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如图所示是某电保温箱的电子控制电路原理图,其中IC是集成555芯片,输入输出逻辑关系见图中表格,Rt1、Rt2是负温度系数热敏电阻。该控制电路能将保温箱里的温度保持在一定范围内,可调电阻Rp1、Rp2分别用来调下限、上限温度,请完成以下任务:(1)关于电路中所用的继电器的触点说法正确的是____(在①常开触点,常开触点有一个静触点和一个动触点;②转换触点,转换触点中有一个静触点和两个动触点;③转换触点,转换触点中有两个静触点和一个动触点中选择一项,将序号填写在“____”处);(2)要将下限温度调高,可调电阻Rp1阻值应____(在①增大;②减小中选择一项,将序号填写在“____”处);③②(3)现给电路增设电热丝工作状态指示电路,请你在虚线框内选择合适的端点连接发光二极管V1和电阻R1使得电热丝不加热时V1发光,加热时V1不发光;答案(3)如图所示(共2分,电阻和发光二极管与转换开关中的常闭串联,给1分;发光二极极性接对,给1分)(4)安装该电路时,元器件中只有COM型CB7555(输入输出逻辑关系与集成555相同),下图中将继电器线圈接于电源正极和CB7555的输出脚3脚之间,CB7555的驱动继电器的效果更好,要使电路逻辑功能不变,请你将虚线框内a、b、c、d四个端点选择合适端点与电路连接。答案(4)如图所示(2分,两个点接对,给1分,全对,给2分)模板答题☆1.555集成电路的引脚排列:半圆标记在左侧,从左下方(缺口处)开始,逆时针从小到大数。☆2.连线题常考三极管的替换(将NPN管换成PNP管时,电路上下翻转)或加延时功能(增加一个三极管)。☆3.在分析555集成电路和二极管或三极管的工作状态时,可以采用逆推法。☆4.555电路会以定时电路、单稳态、多谐振荡电路等形式出现在电子控制非选择题中,希望在555电路上加以重视。例8如图所示为一款伸缩雨篷及小明为其设计的自动伸缩装置部分电路,其中Rt是负温度系数热敏电阻,RS为负特性湿敏电阻。当烈日暴晒或下雨时,要求电机运转,从而带动雨布轴将雨布伸出打开。请完成以下任务:四、连线问题(输入、输出、控制)、调节问题、故障问题五、电容问题(1)当湿度增加时,RS的电阻值将____(在①增大;②减小;③不变中选择一项,将序号填写在“____”处);②(2)小明设计的电路中还缺少继电器J,根据设计要求应将继电器J的线圈引脚接____(在①a、b连接点;②b、c连接点;③a、c连接点中选择一项,将序号填写在“____”处);(3)准备搭接电路时,小明发现错买了74LS02集成芯片,芯片引脚图如图所示。若换用该集成芯片实现原电路的功能,在输出部分连线不变的前提下,请选择合适的连接点,完成虚框内线路连接。②答案(3)7脚与电源负极连接、14脚与电源正极连接(1分);2、3脚作为输入端、1脚作为输出端连接(1分);5、6脚连在一起(1分)。例9[2017嘉兴模拟]如图1所示是小明设计的升旗控制系统。当按下按键开关SW1时,马达启动开始升旗;当旗帜升至最高点,顶住旗杆顶部SW2使之闭合,马达停止。555集成电路输入输出对应表如图2所示。请完成以下任务:图1(1)图中SE555集成块属于TTL型。相较于CMOS型集成电路,缺点是____(在①运行速度较快;②运行速度较慢;③消耗功耗较大;④消耗功耗较小中选择一项,将序号填写在“____”处);③(2)在测试电路时发现,旗帜从初始位置开始上升,还没有升到顶端电动机就停止了,合理的调节措施是____(在①减少Rp1;②增加Rp1;③减少Rp2;④增加Rp2中选择一项,将序号填写在“____”处);(3)为了更好地观察电动机的工作情况,小明在设计的控制电路(图3)中添加了发光二极管(LED)作为马达工作状态指示灯。在随后的测试中,他发现继电器的开关动作不稳定。请你在图4的虚线框内利用已有元件选择合适的端子(黑色圆点)重新连接马达状态指示电路,并避免影响继电器正常工作;②图3图4答案

(3)(4)系统工作一段时间后,三极管V1损坏,小明用一个规格相近的PNP三极管替换并重新设计了如图5所示的电路。请你在虚线框内选择合适的端子(黑色圆点)重新连接电路,要求按下SW1后,马达能够启动。答案

(4)例10[2018台州模拟]如图所示为智能巡线小车及工作电路图。光敏电阻分别安装在车头底部,间距略宽于黑色跑道宽度。当光源射到白色场地时,光线能反射到光敏电阻上,当光源射到黑色跑道时,光敏电阻无法接收到反射光。当小车上的RG1和RG2正对白色区域时,电机M1和电机M2都转动,带动小车前进。如果检测到是黑色轨道,说明小车跑偏,这一侧的电机就会停转,另一侧电机转动,修正小车运动方向,从而使小车能始终沿着黑色跑道行驶。根据示意图及工作电路图,完成以下任务。(1)当小车运动到如图2所示的位置时,电压比较器IC1和IC2输出情况是____(在①IC1输出低电平,IC2输出低电平;②IC1输出高电平,IC2输出低电平;③IC1输出低电平,IC2输出高电平;④IC1输出高电平,IC2输出高电平中选择一项,将序号填入“____”处);(2)在调试电路时,将安装在车头底部的RG1和RG2分别对准黑色轨道两边的白色区域,接通电路时,发现M1在转动,M2停止转动,以下调节措施合理的是____(在①增大RP1;②减少RP1;③增大RP2;④减少RP2;⑤增大R4阻值中选择合适的选项,将序号填写在“____”处);②③(3)请根据题中的控制要求,在图1虚线框内选择合适的端子连接电路;【答案】(3)IC1和IC2的“+”处接线正确,每处1分,共计2分;IC1和IC2的“-”处接线全正确或合理得1分。

(4)小明在调试电路时,不小心损坏了电压比较器,采用三极管代替电压比较器,对电路作了如图3修改,修改后的电路相比原电路____(在①与原有电路功能完全一样;②RP3往左调,更容易触发M1转动;③LED1比LED2更亮时更易触发小车右转中选择合适的选项,将序号填入“____”处)。③【解析】(1)当小车运动到如图2所示的位置时,左侧光敏电阻检测到黑色,电机M1不转动,V1截止,基极高电位;右侧光敏电阻检测到白色,电机M2转动,V2饱和导通,基极低电位;故IC1输出高电平,IC2输出低电平。(2)M1转动,M2停止说明V2基极电位不够“低”,即IC2反相输入端电位不够“高”,故应调高RP2。(3)由(1)可

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