簡(jiǎn)單邏輯電路

1、1、簡(jiǎn)單邏輯電路,模 擬 信 號(hào),1、正弦信號(hào),三角波,方波,鋸齒波,2、脈沖信號(hào),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?cè)跁r(shí)間和數(shù)值上具有連續(xù)變化的特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)可取任意實(shí)數(shù)值，通常稱之為模擬量。表示模擬量的電信號(hào)稱為模擬信號(hào)。,周期性模擬電信號(hào),,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(hào),模擬信號(hào)的特點(diǎn),1、物理量隨時(shí)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(hào),還有一類物理量在時(shí)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(gè)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(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。,數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,A／D轉(zhuǎn)換,模擬信號(hào)（ Analog ）,數(shù)字信號(hào)（ Digital）,,,音樂(lè)(模擬信號(hào)）,數(shù)字信號(hào),聲卡,,,,,,錄音,還

3、原,模擬信號(hào)如何變成數(shù)字信號(hào)？,采樣,量化,,時(shí)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(hào) → 二進(jìn)制代碼 → 計(jì)算機(jī),,數(shù) 字 信 號(hào),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(jìn)制代碼,數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn),1、時(shí)間不連續(xù)：只選取時(shí)間軸上特定時(shí)刻的信息。2、幅值不連續(xù)：幅值取近似（量化）值。,/v,轉(zhuǎn)換過(guò)程,采樣,量化,編碼,模擬電路和數(shù)字電路,處理模擬信號(hào)

5、的電路稱為模擬電路。,處理數(shù)字信號(hào)的電路稱為數(shù)字電路。,數(shù)字電路不僅能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，而且具有邏輯運(yùn)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(hào)和輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。,門(mén) 電 路,邏輯電路由門(mén)電路組合而成。最基本的門(mén)電路是：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén),與 門(mén),S1 和 S2 有 4 種組合,,,控制條件,控制結(jié)果,,這樣一種輸入和輸出的關(guān)系，就稱為“與”邏輯關(guān)系,邏輯電路研究的，是輸入和輸出之間的因果關(guān)系

6、。,真 值 表,規(guī)定：開(kāi)關(guān) 閉合為 1，斷開(kāi)為 0燈泡 亮為 1，熄滅為 0,電路符號(hào),,波形圖,實(shí)驗(yàn)器材：邏輯電路實(shí)驗(yàn)器,與門(mén),或門(mén),非門(mén),其它模塊,上開(kāi)關(guān),下開(kāi)關(guān),蜂鳴器,光照傳感器,溫度傳感器,“與門(mén)” 模塊,輸入 B,輸入 A,輸出 Z,,,,指示燈,,,不必了解模塊的內(nèi)部電路，只須知道這個(gè)模塊的兩個(gè)輸入端和輸出端之間存在“與”邏輯關(guān)系，使用中把它當(dāng)作“與門(mén)”看待。輸入端為 1，指示燈點(diǎn)亮；輸入端為 0，指示燈熄

7、滅。,“開(kāi)關(guān)” 模塊 和 “燈” 模塊,“斷開(kāi)”、“閉合”是指開(kāi)關(guān)的狀態(tài)斷開(kāi)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(shí)驗(yàn)器完成與門(mén)實(shí)驗(yàn),不斷改變兩個(gè)輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，對(duì)照真值表，理解“與門(mén)”的輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。,或 門(mén),具有“或”邏輯關(guān)系的電路,真值表,用邏輯電路實(shí)驗(yàn)器完成或門(mén)實(shí)驗(yàn),改變兩個(gè)輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，對(duì)照真值表，理解“或門(mén)”輸入和輸出之間的

8、邏輯關(guān)系。,非 門(mén),Z,,1,,,A,,,,,具有“非”邏輯關(guān)系的電路,真值表,用邏輯電路實(shí)驗(yàn)器完成非門(mén)實(shí)驗(yàn),改變輸入端的狀態(tài)，觀察輸出端對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，對(duì)照真值表，理解“非門(mén)”輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。,教 材 中 的 例 題,溫度傳感器,變阻器,,溫度傳感器,應(yīng)用非門(mén)構(gòu)成的火警報(bào)警器電路,拓展聯(lián)想——與非門(mén),真值表,用邏輯電路實(shí)驗(yàn)器完成與非門(mén)實(shí)驗(yàn),Z,,指示燈顯示：1、與門(mén)的輸出狀態(tài)2、非門(mén)的輸入狀態(tài),,,,教材中的習(xí)題 2,下

9、開(kāi)關(guān),下開(kāi)關(guān),下開(kāi)關(guān),用或門(mén)構(gòu)成的車門(mén)報(bào)警電路,教材中的習(xí)題 3,上開(kāi)關(guān),光照傳感器,蜂鳴器,用與門(mén)構(gòu)成的防盜報(bào)警器電路,＋5V,光照傳感器,上開(kāi)關(guān),習(xí)題6:逐個(gè)分析各門(mén)電路的邏輯關(guān)系,,,,,A,B,≥1,,,,,Z,＆,,1,,,,,0,0,1,1,1,1,簡(jiǎn) 單 設(shè) 計(jì),列出真值表與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,設(shè)計(jì)要求： 孩子打算出游，只需父母一方陪同即可成行。,設(shè)計(jì)：,簡(jiǎn) 單 設(shè) 計(jì)——光控路燈,0,1,夜晚，光敏電阻變大，燈點(diǎn)亮

10、。,白天，光敏電阻變小，燈不亮；,0,1,0,0,1,夜晚，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，暖風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作,白天，無(wú)論溫度如何，暖風(fēng)機(jī)都不工作,0,1,夜晚，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，暖風(fēng)機(jī)停止工作,0,0,1,0,1,×,1,簡(jiǎn) 單 設(shè) 計(jì),——光控、溫控暖風(fēng)機(jī),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(diǎn)亮,三與門(mén),2只開(kāi)關(guān)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(cè)量邏輯電

11、路,波形圖,與 門(mén),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(mén),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(mén),與 非 門(mén),與門(mén)輸出,非門(mén)輸入,,,或 非 門(mén),2、簡(jiǎn)單的模塊式電路學(xué)習(xí)包——自動(dòng)控制與模塊機(jī)器人,機(jī)器人由傳感器、控制

12、器和執(zhí)行器三個(gè)模塊組成,外界信息,感覺(jué)器官,傳感器,控制器,執(zhí)行器,大 腦,肌 肉,,,,,,,相當(dāng)于人的感覺(jué)器官、大腦和肌肉,模塊機(jī)器人的構(gòu)成,模塊機(jī)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(jì)算機(jī)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(cè)等。2、對(duì)外控制功能：微控制器。微控制器又稱單片機(jī)，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(zhuǎn)化成電信號(hào)，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。,執(zhí)行器模塊,警報(bào)器模塊,電風(fēng)扇,動(dòng)力小車模塊,電動(dòng)機(jī)模塊,自動(dòng)門(mén),小燈模塊,彩燈模塊,自動(dòng)控制的目的，就是要隨心所欲地控制這些電器、機(jī)械裝置。,程序下載,1、機(jī)器人表演,選用小車作為執(zhí)行器，控制程序選用 “即時(shí)控制”。先插入循跡傳感器。程序啟動(dòng)后，手持小車，此時(shí)車輪不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。將小車放在桌面上，小車立即向前開(kāi)動(dòng)。,

14、,,,換上紅外線傳感器，重新啟動(dòng)程序，小車原地不動(dòng)，用手接近紅外線傳感器，小車立即前進(jìn)。演示傳感器在自動(dòng)控制中的檢測(cè)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(gè)裝置的功能也不同。,,2、傳 感 器 實(shí) 驗(yàn),觸發(fā)傳感器,即時(shí)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。,更換不同的傳感器,了解傳感器在自動(dòng)控制中的作用。,,,,,,即時(shí)

15、控制程序,聲音,光,紅外線,磁場(chǎng),溫度,,3、控 制 器 實(shí) 驗(yàn),用同一個(gè)傳感器、同一個(gè)執(zhí)行器，不同的控制程序來(lái)產(chǎn)生不同的效果，從而體現(xiàn)控制程序的作用。,即時(shí)控制,延時(shí)控制,定時(shí)亮燈,非門(mén)控制,變速風(fēng)扇,定時(shí)滅燈,航標(biāo)警示燈,計(jì)數(shù)自動(dòng)門(mén),數(shù)字顯示警報(bào)器,4、執(zhí) 行 器 實(shí) 驗(yàn),各種裝置之所以能夠自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能，就是由于控制程序根據(jù)傳感器采集的外部信息，經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)指令，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的全過(guò)程。,光控警報(bào)器,光控電風(fēng)扇,光控自動(dòng)門(mén),

16、光控動(dòng)力小車,光控拋球器,光控彩燈,5、學(xué)生分組設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方案可以有多種途徑：①改變組合方式 提出一個(gè)自動(dòng)化控制的設(shè)想，利用模塊機(jī)器人現(xiàn)有的模塊（包括程序），通過(guò)新的組合來(lái)模擬這種裝置。,？,種組合,8個(gè),70種程序,5個(gè),請(qǐng)同學(xué)算一下：,,②改換情景,,紅外定時(shí)電風(fēng)扇紅外線、電風(fēng)扇,原有方案,新設(shè)計(jì)方案：,情景：定時(shí)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(jìn)行創(chuàng)作,小車走矩形,

17、小燈閃爍,小車走黑線,光照警報(bào)器,④自己動(dòng)手：制作簡(jiǎn)單的傳感器、執(zhí)行器,用控制器控制玩具,,,,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)（例題）,1、分析： 有兩個(gè)控制條件（1、光照強(qiáng)弱，2、是否有人靠近），一個(gè)被控對(duì)象（指示燈）。兩個(gè)控制條件與指示燈之間可能是“與”邏輯關(guān)系，也可能是“或”邏輯關(guān)系。 ……… 經(jīng)過(guò)分析，確認(rèn)“或”邏輯關(guān)系。,設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一盞指示燈。白天指示燈自動(dòng)點(diǎn)亮，夜晚自動(dòng)熄滅。夜間如果有人加班，

18、被傳感器檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，燈自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)人離開(kāi)后，指示燈自動(dòng)熄滅。,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)（例題）,光照傳感器,紅外線傳感器,小燈模塊,3、選擇“或門(mén)控制”程序 程序運(yùn)行后，當(dāng)有光照或者有物體接近紅外線傳感器時(shí)，小燈點(diǎn)亮。,2、選擇模塊：,組裝,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——電風(fēng)扇,要求：溫度升高，有人靠近時(shí)，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，除此之外都不轉(zhuǎn)動(dòng)。,與門(mén)控制程序,,,紅外線傳感器,溫度傳感器,,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——門(mén)禁裝置,要求：當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，報(bào)警器不工作；當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，報(bào)警器工作

19、。,非門(mén)控制程序,磁鐵,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——物件報(bào)警器,或非門(mén)控制程序,要求：白天，物件可以任意移動(dòng)；夜晚，當(dāng)物件離開(kāi)桌面時(shí)，立即報(bào)警。,光,循跡傳感器,,,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——節(jié)水開(kāi)關(guān),控制器的輸入端檢測(cè)到外界信號(hào)后，輸出端口立即有信號(hào)輸出，控制器同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，無(wú)論輸入端信號(hào)是否消失，輸出信號(hào)都延續(xù)一段時(shí)間后結(jié)束。,第二種延時(shí)控制,要求：有人靠近水龍頭時(shí)，自動(dòng)放水；15秒鐘后無(wú)論使用者是否離開(kāi)，均停止供水。,模擬水龍頭,,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——洗手間沖洗器

20、,控制器的輸入端檢測(cè)到外界信號(hào)后，輸出端口沒(méi)有信號(hào)輸出，當(dāng)輸入端信號(hào)消失以后，輸出端口開(kāi)始輸出信號(hào)，控制器同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，輸出信號(hào)要延續(xù)一段時(shí)間后才結(jié)束。,第六種延時(shí)控制,要求：使用者靠近時(shí)不工作；當(dāng)使用者離開(kāi)后自動(dòng)放水， 15秒鐘后停止供水。,模擬沖洗器,,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——模擬電冰箱,即時(shí)控制程序,非門(mén)控制程序,模擬壓縮機(jī)控制過(guò)程：溫度高于設(shè)定值開(kāi)始工作；溫度低于設(shè)定值停止工作。,模擬冰箱門(mén)控制狀態(tài)：關(guān)門(mén)時(shí)指示燈不亮；開(kāi)門(mén)時(shí)

21、指示燈點(diǎn)亮。,簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——模擬飲水機(jī),恒溫值,危險(xiǎn)值,自編程序：溫度低于恒溫值時(shí)，小燈點(diǎn)亮（加熱）；溫度高于恒溫值時(shí)，小燈熄滅（停止加熱）；溫度高于危險(xiǎn)值時(shí)，小燈閃爍報(bào)警。,內(nèi)部有兩個(gè)溫度開(kāi)關(guān),簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)——模擬取暖器,要求：用小燈模擬加熱器。溫度低于設(shè)定值時(shí)，通電加熱；溫度高于設(shè)定值時(shí)，停止加熱。,非門(mén)控制程序,溫度傳感器,兩種溫度傳感器,火警報(bào)警器電路,溫度低于設(shè)定值時(shí)，電阻增大，A＝0，Z＝1，通電加熱。,溫度高于設(shè)定值時(shí)，