简单逻辑电路(新)

2、简单的模块式电路
学习包——自动控制与模块机器人
机器人由传感器、控制器和执行器 三个模块组成
感觉器官 外 界 信 息 大 脑 肌 肉
传感器
控制器
执行器
相当于人的感觉器官、大脑和肌肉
模块机器人的构成
模块机器人分为传感器模块、控制器模块和执行器模块三部分。
传感器插口 蜂鸣器 数码管 执行器插口
复位键
模拟取暖器
6、资料光盘
有关模块机器人的操作方法、 程序下载、程序设计、扩展应 用等，可参考学习包提供的资 料光盘。
谢 谢！
简单设计——模拟电冰箱
即时控制程序 非门控制程序
模拟压缩机控制过程： 温度高于设定值开始工作； 温度低于设定值停止工作。
模拟冰箱门控制状态： 关门时指示灯不亮； 开门时指示灯点亮。
简单设计——模拟饮水机
危险值
恒温值
自编程序：
温度低于恒温值时，小灯点亮（加热）； 温度高于恒温值时，小灯熄灭（停止加热）； 温度高于危险值时，小灯闪烁报警。
第二种延时控制 控制器的输入端检测到外界信号后，输出端口立即有信号输出， 控制器同时开始计时， 无论输入端信号是否消失，输出信号都延续一段时间后结束。
简单设计——洗手间冲洗器
要求：使用者靠近时不工作；当使用者离开后自动放 水， 15秒钟后停止供水。
模拟冲洗器
第六种延时控制 控制器的输入端检测到外界信号后，输出端口没有信号输出， 当输入端信号消失以后，输出端口开始输出信号，控制器同时开始计时， 输出信号要延续一段时间后才结束。
内部有两个温度开关
简单设计——模拟取暖器
要求：用小灯模拟加热器。温度低于设定值时，通电加热； 温度高于设定值时，停止加热。
温度传感器
非门控制程序
两种温度传感器
＋5V
A
θ
1
Z
温度高于设定值时，电阻减小， A＝0，Z＝1，蜂鸣器工作。
火警报警器电路
＋5V θ
A
1
Z
温度低于设定值时，电阻增大， A＝0，Z＝1，通电加热。
或
开关A
开关B
门
小灯Z
t1
t2
t3
t4
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
门
连接线
与 非 门
输出口
输入口
A B C B D E C A D E
与门输出
非门输入
或 非 门
开关A 开关B 或门输出（非门输入） 小灯Z
速度（v-t）
声音
温度（比热容）
力
电流（电磁波）
模拟信号的特点
u
8 7 6 5 4 3 2 1 0
t
1、物理量随时间连续变化 2、物理量的幅值（大小）连续变化
数字信号
还有一类物理量在时间和数值上离散存在，它们 的大小以及每次的增减变化都是某个最小单位的整 数倍，这一类物理量称为数字量。 表示数字量的电信号称为数字信号。
S1
S2 L
“断开”、“闭合”是指开关的状态 断开为 0；闭合为 1 “灭”、“亮”是指小灯的状态 灭为 0；亮为 1
用逻辑电路实验器完成与门实验
不断改变两个输入端的状态，观察输出端对应的状态， 对照真值表，理解“与门”的输入和输出之间的逻辑关系。
或 门
S1 L S2
真值表 输入 输出 B 0 1 0 1 Z 0 1 1 1 A 0 0
L
A
改变输入端的状态，观察输出端对应的状态，对照真值 表，理解“非门”输入和输出之间的逻辑关系。
教材中的例题
＋5V
1
θ
变阻器
温度传感器
温度传感器
应用非门构成的火警报警器电路
拓展联想——与非门
真值表
输入 一级输出 最终输出
A
＆ Z
A
B
Z0
Z
B
0 0 1 1
0 1 0 1
0 0 0 1
1 1 1 0
设计要求： 设计一盏指示灯。白天指示灯自动点亮，夜晚自动熄灭。夜间如 果有人加班，被传感器检测到信号时，灯自动点亮；当人离开后，指 示灯自动熄灭。 1、分析： 有两个控制条件（1、光照强弱，2、是否有人靠近），一个被控 对象（指示灯）。两个控制条件与指示灯之间可能是“与”逻辑关系， 也可能是“或”逻辑关系。 ……… 经过分析，确认“或”逻辑关系。 光照强弱
声音信息
t
t1
采样时刻 采样电压
t2
t3
t4
t5
采样 量化
量化值/v
8 7 6 5 4 3 2 1 0
t1
4.4 4
t2
6.7 7
t3
1.9 2
t4
2.3 2
t5
3.6 4
时间离散 数值离散
近似值
t
量化信号
采集频率越高，误差越小。
量化信号 → 二进制代码 → 计算机
量化值/v
8 7 6 5 4 3 2 1 0
非门
与门
或门
其它模块
上开关 下开关
温度传感器
光照传感器
蜂鸣器
“与门” 模块
输入 B
A
＆
B
Z
指示灯
输出 Z
输入 A
不必了解模块的内部电路，只须知道这个模 块的两个输入端和输出端之间存在“与”逻辑 关系，使用中把它当作“与门”看待。 输入端为 1，指示灯点亮；输入端为 0，指 示灯熄灭。
“开关” 模块 和 “灯” 模块
光控警报器 光控动力小车
各种装置之所以能够 自动地实现某项功能， 就是由于控制程序根据 传感器采集的外部信息， 经过处理后，通过指令， 实现了自动化的全过程。
光控电风扇 光控抛球器
光控自动门
光控彩灯
5、学生分组设计
设计方案可以有多种途径：
①改变组合方式 提出一个自动化控制的设想，利用模块机器人现有的模块 （包括程序），通过新的组合来模拟这种装置。
量化信号
t
取样时刻 量化 编码 量化值
t1 4
t2 7
0111
t3 2
0010
t4 2
0010
t5 4
0100
二进制代码 0100
u 5
数字信号
0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0
t
0
接近0V用0表示；接近5V用1表示。
数字信号的特点
u
采样
8 7 6 5 4 3 2 1 0
简单设计
× 1 0
——光控、温控暖风机
1 0 0 1
＆
1 0
θ
1
夜晚，当温度低于设定值时，暖风机开始工作 白天，无论温度如何，暖风机都不工作 夜晚，当温度高于设定值时，暖风机停止工作
B A
深入研究
B B A C
C
Z
A
三与门 A、B在何种状态下使小灯熄灭 A、B、C在什么状态下使小灯点亮
B
E A F
用逻辑电路实验器完成与非门实验
A ＆
Z
B
A ＆ 1 Z
指示灯显示： 1、与门的输出状态 2、非门的输入状态
B
教材中的习题 2
＋5V ≥1 A B 0V
下开关 下开关
Z
下开关
用或门构成的车门报警电路
教材中的习题 3
光照传感器
＋5V
B A ＆
上开关 上开关
Z
蜂鸣器
0V
光照传感器
用与门构成的防盗报警器电路
门电路
逻辑电路由门电路组合而成。
最基本的门电路是：
与门、或门、非门
与 门
断开
S1
S1 和 S2 有 4 种组合 开关S1 开关S2 断开 闭合 断开 闭合 灯泡L 灭 灭 灭 亮 控制结果
断开 闭合
S2 L
闭合
控制条件
这样一种输入和输出的关系，就称为“与”逻辑关系 逻辑电路研究的，是输入和输出之间的因果关系。
≥1 Z
具有“或”逻辑关系的电 路
A
1 1
B
用逻辑电路实验器完成或门实验
S1
S2
L
改变两个输入端的状态，观 察输出端对应的状态，对照真 值表，理解“或门”输入和输 出之间的逻辑关系。
L
A
非 门
真值表 输入 输出 Z 1 0 A 0 1
具有“非”逻辑关系的电 路
A
1
Z
用逻辑电路实验器完成非门实验
选择键 运行键
电源
控制器模块
微控制器
计算机有两大功能： 1、信息处理功能，例如：文字、图像、 声音处理，信息检测等。 2、对外控制功能：微控制器。 微控制器又称单片机，智能化家用电器中 都嵌有微控制器。
传感器模块
传感器将自然界的各种信息转化成电信号， 它是实现自动控制的首要环节。
光传感器
触发传感器
Z
a
A B
b
A
具有“记忆”功能的小灯 二人抢答器
B
2只开关控制1盏灯
使用逻辑分析传感器 测量逻辑电路
u A B 0
波形图
1 0 1
0
0 t1 t2
1
1 t3 t4
Z
t
与 门
开关A 开关B 小灯Z
t1
t2
t3
t4
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。
1、简单逻辑电路
模拟信号
自然界大部分信息以连续变化的物理量形式出现，例如： 温度、压力、速度等，它们在时间和数值上具有连续变化的 特点，在一定范围内可取任意实数值，通常称之为模拟量。 表示模拟量的电信号称为模拟信号。
周期性模拟电信号
1、正弦信号
三角波
方波 2、脉冲信号
锯齿波
自然界的模拟信号
位移（s-t）
要求：当门关闭时，报警器不工作；当门打开时，报 警器工作。
磁铁
非门控制程序
简单设计——物件报警器
要求：白天，物件可以任意移动；夜晚，当物件离开桌面时， 立即报警。
光
循迹传感器
或非门控制程序
简单设计——节水开关
要求：有人靠近水龙头时，自动放水；15秒钟后无论 使用者是否离开，均停止供水。
模拟水龙头
换上红外线传感器，重新启动程序，小车原地不 动，用手接近红外线传感器，小车立即前进。 演示传感器在自动控制中的检测作用。
演示不同程序的控制作用： 插入循迹传感器，分别下载“边沿小车”和“循 迹小车”。由于控制程序不同，整个装置的功能也不 同。
2、传 感 器 实 验
触发传感器
小灯 即时控制程序
先利用触发传感器控制小灯，表明传感器和执行器 之间一一对应的关系。
数字信号
模拟信号与数字信号的转换
模拟信号
（ Analog ） 音乐(模拟信号） 还原 声卡
A／D转换
录音
Байду номын сангаас
数字信号
（ Digital）
000001000101100010010111001100110101010000100000
数字信号
模拟信号如何变成数字信号？
u
8 7 6 5 4 3 2 1 0
更换不同的传感器
声音
光
了解传感器在自动控制 中的作用。
红外线
磁场 即时控制程序 温度
3、控 制 器 实 验
即时控制 计数自动门 延时控制 变速风扇 非门控制 定时亮灯 定时灭灯 航标警示灯 数字显示警报器
用同一个传感器、同一个执行器，不同的控制程序来 产生不同的效果，从而体现控制程序的作用。
4、执 行 器 实 验
8个 70种程序 5个
请同学算一下：
？
种组合
②改换情景
原有方案 新设计方案：
情景：定时亮灯 模块：声、灯
红外定时电风扇 红外线、电风扇
控制程序：不改变
③自己编程：利用现有传感器和执行器进行创作
小灯闪烁
光照警报器
小车走矩形
小车走黑线
④自己动手：制作简单的传感器、执行器
用控制器控制玩具
简单设计（例题）
t
/v
8 7 6 5 4 3 2 1 0
t1
t2
t3
t4
t5
量化
转 换 过 程
t
u
编码
0 1
0
0
0
1
1
1 0
0
1
0
0 0
1
0
0
1
0
0
t
1、时间不连续：只选取时间轴上特定时刻的信息。 2、幅值不连续：幅值取近似（量化）值。
模拟电路和数字电路
处理模拟信号的电路称为模拟电路。
处理数字信号的电路称为数字电路。 数字电路不仅能对数字信号进行数 值运算，而且具有逻辑运算和逻辑判 断功能，所以又称为逻辑电路。 逻辑电路主要研究输入信号和输出 信号之间的逻辑关系。
声传感器
红外线传感器
循迹传感器
磁传感器
温度传感器
执行器模块
自动控制的目的，就是要随心所欲地控制这些电器、机械装置。
小灯模块
彩灯模块
警报器模块
电动机模块
动力小车模块
自动门
电风扇
程序下载
1、机器人表演
选用小车作为执行器，控制程序选用 “即时控制”。 先插入循迹传感器。程序启动后，手持小车，此时车轮 不会转动。将小车放在桌面上，小车立即向前开动。
≥1
是否有人靠近
指示灯
简单设计（例题）
2、选择模块：
光照传感器
红外线传感器
小灯模块
组装
3、选择“或门控制”程序 程序运行后，当有光照或者有物体接近红外线传感器时， 小灯点亮。
简单设计——电风扇
要求：温度升高，有人靠近时，电风扇转动，除此之 外都不转动。
温度传感器
红外线传感器
与门控制程序
简单设计——门禁装置
规定： 开关 闭合为 1，断开为 0 灯泡 亮为 1，熄灭为 0
A A 0
真值表
输入 B 0 1 0 1 输出 Z 0 0 0 1
＆
B
电路符号
Z
0 1 1
u A B Z
波形图
0
1
0
1
0 0 t1 A t2 B
1 1 t3 Z t4 A
t
t1 t2 t3 t4
0
1 0
0
0 1
0
0 0
＆
B
Z
1
1
1
实验器材：逻辑电路实验器
习题6:逐个分析各门电路的逻辑关系
A
1 ≥1 0 ＆ 1 0
Z
B
1 1
1
简单设计
设计要求： 孩子打算出游，只需父母一方陪同即可成行。 设计：
父亲A A B
≥1
母亲B
孩子C C
＆
出行Z
列出真值表与实验结果进行对照
Z
简 单 设 计——光控路灯
＋5V
A
1
Z
1 0
0V
0 1
白天，光敏电阻变小，灯不亮； 夜晚，光敏电阻变大，灯点亮。