簡單邏輯電路

1、1、簡單邏輯電路,模 擬 信 號,1、正弦信號,三角波,方波,鋸齒波,2、脈沖信號,自然界大部分信息以連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)，例如：溫度、壓力、速度等，它們在時間和數(shù)值上具有連續(xù)變化的特點，在一定范圍內可取任意實數(shù)值，通常稱之為模擬量。表示模擬量的電信號稱為模擬信號。,周期性模擬電信號,,位移（s-t）,速度（v-t）,溫度（比熱容）,力,聲音,電流（電磁波）,自然界的模擬信號,模擬信號的特點,1、物理量隨時間連續(xù)變化,t,u,,

2、,,,,,,,,,,,,,,,,,,8,7,6,5,4,3,2,1,0,2、物理量的幅值（大?。┻B續(xù)變化,數(shù) 字 信 號,還有一類物理量在時間和數(shù)值上離散存在，它們的大小以及每次的增減變化都是某個最小單位的整數(shù)倍，這一類物理量稱為數(shù)字量。表示數(shù)字量的電信號稱為數(shù)字信號。,數(shù)字信號,模擬信號與數(shù)字信號的轉換,A／D轉換,模擬信號（ Analog ）,數(shù)字信號（ Digital）,,,音樂(模擬信號）,數(shù)字信號,聲卡,,,,,,錄音,還

3、原,模擬信號如何變成數(shù)字信號？,采樣,量化,,時間離散,數(shù)值離散,,,,4,7,2,2,4,近似值,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8,7,6,5,4,3,2,1,0,t,u,t 1,t 2,t 3,t 4,t 5,聲音信息,,,,,,,,,,,,4.4,6.7,1.9,2.3,3.6,采集頻率越高，誤差越小。,量化信號 → 二進制代碼 → 計算機,,數(shù) 字 信 號,量化,編碼,,0 1 0 0

4、0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0,,,,,,接近0V用0表示；接近5V用1表示。,0100,0111,0010,0010,0100,二進制代碼,數(shù)字信號的特點,1、時間不連續(xù)：只選取時間軸上特定時刻的信息。2、幅值不連續(xù)：幅值取近似（量化）值。,/v,轉換過程,采樣,量化,編碼,模擬電路和數(shù)字電路,處理模擬信號

5、的電路稱為模擬電路。,處理數(shù)字信號的電路稱為數(shù)字電路。,數(shù)字電路不僅能對數(shù)字信號進行數(shù)值運算，而且具有邏輯運算和邏輯判斷功能，所以又稱為邏輯電路。,邏輯電路主要研究輸入信號和輸出信號之間的邏輯關系。,門 電 路,邏輯電路由門電路組合而成。最基本的門電路是：與門、或門、非門,與 門,S1 和 S2 有 4 種組合,,,控制條件,控制結果,,這樣一種輸入和輸出的關系，就稱為“與”邏輯關系,邏輯電路研究的，是輸入和輸出之間的因果關系

6、。,真 值 表,規(guī)定：開關 閉合為 1，斷開為 0燈泡 亮為 1，熄滅為 0,電路符號,,波形圖,實驗器材：邏輯電路實驗器,與門,或門,非門,其它模塊,上開關,下開關,蜂鳴器,光照傳感器,溫度傳感器,“與門” 模塊,輸入 B,輸入 A,輸出 Z,,,,指示燈,,,不必了解模塊的內部電路，只須知道這個模塊的兩個輸入端和輸出端之間存在“與”邏輯關系，使用中把它當作“與門”看待。輸入端為 1，指示燈點亮；輸入端為 0，指示燈熄

7、滅。,“開關” 模塊 和 “燈” 模塊,“斷開”、“閉合”是指開關的狀態(tài)斷開為 0；閉合為 1,“滅”、“亮”是指小燈的狀態(tài)滅為 0；亮為 1,用邏輯電路實驗器完成與門實驗,不斷改變兩個輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對應的狀態(tài)，對照真值表，理解“與門”的輸入和輸出之間的邏輯關系。,或 門,具有“或”邏輯關系的電路,真值表,用邏輯電路實驗器完成或門實驗,改變兩個輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對應的狀態(tài)，對照真值表，理解“或門”輸入和輸出之間的

8、邏輯關系。,非 門,Z,,1,,,A,,,,,具有“非”邏輯關系的電路,真值表,用邏輯電路實驗器完成非門實驗,改變輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對應的狀態(tài)，對照真值表，理解“非門”輸入和輸出之間的邏輯關系。,教 材 中 的 例 題,溫度傳感器,變阻器,,溫度傳感器,應用非門構成的火警報警器電路,拓展聯(lián)想——與非門,真值表,用邏輯電路實驗器完成與非門實驗,Z,,指示燈顯示：1、與門的輸出狀態(tài)2、非門的輸入狀態(tài),,,,教材中的習題 2,下

9、開關,下開關,下開關,用或門構成的車門報警電路,教材中的習題 3,上開關,光照傳感器,蜂鳴器,用與門構成的防盜報警器電路,＋5V,光照傳感器,上開關,習題6:逐個分析各門電路的邏輯關系,,,,,A,B,≥1,,,,,Z,＆,,1,,,,,0,0,1,1,1,1,簡 單 設 計,列出真值表與實驗結果進行對照,設計要求： 孩子打算出游，只需父母一方陪同即可成行。,設計：,簡 單 設 計——光控路燈,0,1,夜晚，光敏電阻變大，燈點亮

10、。,白天，光敏電阻變小，燈不亮；,0,1,0,0,1,夜晚，當溫度低于設定值時，暖風機開始工作,白天，無論溫度如何，暖風機都不工作,0,1,夜晚，當溫度高于設定值時，暖風機停止工作,0,0,1,0,1,×,1,簡 單 設 計,——光控、溫控暖風機,深 入 研 究,A、B在何種狀態(tài)下使小燈熄滅,A、B、C在什么狀態(tài)下使小燈點亮,三與門,2只開關控制1盞燈,二人搶答器,具有“記憶”功能的小燈,B,A,使用邏輯分析傳感器測量邏輯電

11、路,波形圖,與 門,t1：A=0，B=0，Z=0；t2：A=1，B=0，Z=0；t3：A=0，B=1，Z=0；t4：A=1，B=1，Z=1。,或 門,t1：A=0，B=0，Z=0；t2：A=1，B=0，Z=1；t3：A=0，B=1，Z=1；t4：A=1，B=1，Z=1。,非 門,與 非 門,與門輸出,非門輸入,,,或 非 門,2、簡單的模塊式電路學習包——自動控制與模塊機器人,機器人由傳感器、控制

12、器和執(zhí)行器三個模塊組成,外界信息,感覺器官,傳感器,控制器,執(zhí)行器,大 腦,肌 肉,,,,,,,相當于人的感覺器官、大腦和肌肉,模塊機器人的構成,模塊機器人分為傳感器模塊、控制器模塊和執(zhí)行器模塊三部分。,控制器模塊,,,微控制器,計算機有兩大功能：1、信息處理功能，例如：文字、圖像、聲音處理，信息檢測等。2、對外控制功能：微控制器。微控制器又稱單片機，智能化家用電器中都嵌有微控制器。,傳感器模塊,光傳感器,聲傳感器,溫度

13、傳感器,磁傳感器,觸發(fā)傳感器,循跡傳感器,紅外線傳感器,傳感器將自然界的各種信息轉化成電信號，它是實現(xiàn)自動控制的首要環(huán)節(jié)。,執(zhí)行器模塊,警報器模塊,電風扇,動力小車模塊,電動機模塊,自動門,小燈模塊,彩燈模塊,自動控制的目的，就是要隨心所欲地控制這些電器、機械裝置。,程序下載,1、機器人表演,選用小車作為執(zhí)行器，控制程序選用 “即時控制”。先插入循跡傳感器。程序啟動后，手持小車，此時車輪不會轉動。將小車放在桌面上，小車立即向前開動。,

14、,,,換上紅外線傳感器，重新啟動程序，小車原地不動，用手接近紅外線傳感器，小車立即前進。演示傳感器在自動控制中的檢測作用。,,,,演示不同程序的控制作用：插入循跡傳感器，分別下載“邊沿小車”和“循跡小車”。由于控制程序不同，整個裝置的功能也不同。,,2、傳 感 器 實 驗,觸發(fā)傳感器,即時控制程序,小燈,先利用觸發(fā)傳感器控制小燈，表明傳感器和執(zhí)行器之間一一對應的關系。,更換不同的傳感器,了解傳感器在自動控制中的作用。,,,,,,即時

15、控制程序,聲音,光,紅外線,磁場,溫度,,3、控 制 器 實 驗,用同一個傳感器、同一個執(zhí)行器，不同的控制程序來產生不同的效果，從而體現(xiàn)控制程序的作用。,即時控制,延時控制,定時亮燈,非門控制,變速風扇,定時滅燈,航標警示燈,計數(shù)自動門,數(shù)字顯示警報器,4、執(zhí) 行 器 實 驗,各種裝置之所以能夠自動地實現(xiàn)某項功能，就是由于控制程序根據(jù)傳感器采集的外部信息，經過處理后，通過指令，實現(xiàn)了自動化的全過程。,光控警報器,光控電風扇,光控自動門,

16、光控動力小車,光控拋球器,光控彩燈,5、學生分組設計,設計方案可以有多種途徑：①改變組合方式 提出一個自動化控制的設想，利用模塊機器人現(xiàn)有的模塊（包括程序），通過新的組合來模擬這種裝置。,？,種組合,8個,70種程序,5個,請同學算一下：,,②改換情景,,紅外定時電風扇紅外線、電風扇,原有方案,新設計方案：,情景：定時亮燈模塊：聲、燈,,,控制程序：不改變,③自己編程：利用現(xiàn)有傳感器和執(zhí)行器進行創(chuàng)作,小車走矩形,

17、小燈閃爍,小車走黑線,光照警報器,④自己動手：制作簡單的傳感器、執(zhí)行器,用控制器控制玩具,,,,簡單設計（例題）,1、分析： 有兩個控制條件（1、光照強弱，2、是否有人靠近），一個被控對象（指示燈）。兩個控制條件與指示燈之間可能是“與”邏輯關系，也可能是“或”邏輯關系。 ……… 經過分析，確認“或”邏輯關系。,設計要求： 設計一盞指示燈。白天指示燈自動點亮，夜晚自動熄滅。夜間如果有人加班，

18、被傳感器檢測到信號時，燈自動點亮；當人離開后，指示燈自動熄滅。,簡單設計（例題）,光照傳感器,紅外線傳感器,小燈模塊,3、選擇“或門控制”程序 程序運行后，當有光照或者有物體接近紅外線傳感器時，小燈點亮。,2、選擇模塊：,組裝,簡單設計——電風扇,要求：溫度升高，有人靠近時，電風扇轉動，除此之外都不轉動。,與門控制程序,,,紅外線傳感器,溫度傳感器,,簡單設計——門禁裝置,要求：當門關閉時，報警器不工作；當門打開時，報警器工作

19、。,非門控制程序,磁鐵,簡單設計——物件報警器,或非門控制程序,要求：白天，物件可以任意移動；夜晚，當物件離開桌面時，立即報警。,光,循跡傳感器,,,簡單設計——節(jié)水開關,控制器的輸入端檢測到外界信號后，輸出端口立即有信號輸出，控制器同時開始計時，無論輸入端信號是否消失，輸出信號都延續(xù)一段時間后結束。,第二種延時控制,要求：有人靠近水龍頭時，自動放水；15秒鐘后無論使用者是否離開，均停止供水。,模擬水龍頭,,簡單設計——洗手間沖洗器

20、,控制器的輸入端檢測到外界信號后，輸出端口沒有信號輸出，當輸入端信號消失以后，輸出端口開始輸出信號，控制器同時開始計時，輸出信號要延續(xù)一段時間后才結束。,第六種延時控制,要求：使用者靠近時不工作；當使用者離開后自動放水， 15秒鐘后停止供水。,模擬沖洗器,,簡單設計——模擬電冰箱,即時控制程序,非門控制程序,模擬壓縮機控制過程：溫度高于設定值開始工作；溫度低于設定值停止工作。,模擬冰箱門控制狀態(tài)：關門時指示燈不亮；開門時

21、指示燈點亮。,簡單設計——模擬飲水機,恒溫值,危險值,自編程序：溫度低于恒溫值時，小燈點亮（加熱）；溫度高于恒溫值時，小燈熄滅（停止加熱）；溫度高于危險值時，小燈閃爍報警。,內部有兩個溫度開關,簡單設計——模擬取暖器,要求：用小燈模擬加熱器。溫度低于設定值時，通電加熱；溫度高于設定值時，停止加熱。,非門控制程序,溫度傳感器,兩種溫度傳感器,火警報警器電路,溫度低于設定值時，電阻增大，A＝0，Z＝1，通電加熱。,溫度高于設定值時，