普通高中教科书·通用技术 选择性必修 电子控制技术.pdf

电子控制技术电子控制技术通用技术通用技术TONGYONG JISHUPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU普 通 高 中 教 科 书选择性必修绿 色 印 刷 产 品 绿 色 印 刷 产 品 0614 通用技术封面选修1 电子控制技术 5毫米 10614 通用技术封面选修1 电子控制技术 5毫米 12022/8/2 16:502022/8/2 16:50普通高中教科书通用技术选择性必修 电子控制技术北京总 主 编：褚君浩副 主 编：朱志勇本册主编：韩定定编写人员：石春琦 张立为 刘彦博 韩定定责任编辑：谢李杉美术编辑：胡白珂普通高中教科书 通用技术 选择性必修 电子控制技术上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出版发行网（北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼 邮编：100081）址 http:/ 版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题，请登录中小学教材意见反馈平台：如发现印、装质量问题，影响阅读，请与本社联系。电话：400-810-5788致同学们通用技术是一门联系科学规律和技术应用的课程。人类在生产实践和科学实验的过程中，获得了知识，掌握了规律，形成了技术，进而在工程任务中利用技术，提升生产实践和科学实验的水平。实践认识再实践再认识，这样的过程循环反复，人类的科学技术不断提升，社会生产力不断发展。世界是物质的，物质是运动的。在我们周围充满着物质的多种多样的运动形式，除了常见的机械运动以外，还有光、声、热、电、磁、分子、原子、基本粒子、生命运动等。人们在观察和研究物质的这些运动形式时，发现了规律，运用规律发明了技术，相应产生了机械技术、光技术、声技术、热技术、电技术、磁技术、分子技术、核技术、生物技术等。这些技术分别或者集成起来在多类工程任务中得以应用，涉及机械工程、土木工程、热力工程、电子工程、光学工程、能源工程、环境工程、生物工程、航空航天工程、海洋工程、地质工程等。典型的工程，包括南浦大桥、世博会的中国馆、虹桥枢纽屋顶上的太阳能发电站、C919大飞机、风云四号等大工程，也包括制造服装、烹饪菜肴、室内装修、三维打印零件等小工程。工程任务完成后制造出各类产品，应用于社会方方面面不同领域，为社会创造财富。从事这些工作的勤奋踏实而富有创新精神的劳动者，成为了基础扎实的工程师和精益求精的工匠，他们是我们学习的楷模。我国古代人民的发现和发明造就了中国科学技术的辉煌历史，不仅有指南针、造纸术、印刷术、火药等重要发明，还有以都江堰水利工程、传统木建筑的榫卯结构等为代表的水利、天文、建筑、铸造、纺织、陶瓷、冶金、航海等古代科学技术，这些杰出的技术是中国古代科技文明的精粹，对人类文明发展和社会生产力的进步产生了巨大推动作用和深远影响。技术是人类利用自然规律实现某种功能和目标的一种能力，它的背后是科学规律，它的前面是工程任务。工程任务有明确目标，技术在完成工程任务中实现它的价值。例如，根据牛顿第三定律可以利用作用力的反作用力推进物体，这一原理可以用于火箭工程，再运用万有引力定律，可以发射地球卫星，甚至把嫦娥四号送到月球背面。技术的价值在工程任务中得到充分体现。把技术应用于工程，就要遵循工程的规范。实现技术的应用，完成一项工程任务，首先要明确这项工程的具体目标，提出完整可行并有创新的设计方案。设计方案又涉及工程目标物的结构、工艺流程、组成系统、意图控制等。方案的具体内容要用技术语言和图样表达出来，根据图样来操作加工，最后实现方案，完成工程任务。工程实施过程中的经验和教训，需要同行互相交流；是否完成了预期的目标要求，需要由外部专家和使用者进行评价。工程交付后，还要经受时间和应用的评判。同学们，新时代已经来临！新工业革命正在悄悄向我们走来。如同18世纪以机械化为特征的第一次工业革命、19世纪以电气化为特征的第二次工业革命、20世纪以信息化为特征的第三次工业革命，21世纪人类将开启以智能化为特征的第四次工业革命。人类致同学们 I总是先在观察或实践中发现规律，在此基础上发明了技术，进而推动技术的应用与发展。人们发现了质能关系，发明核技术；发现了受激辐射规律，发明激光技术；发现了光纤中光传输规律，发明光通信技术；发现了电磁波规律，发明无线通信技术；发现了半导体光跃迁规律，发明半导体照明技术；等等。先进技术为构建人类绚丽文明打下基础。谁掌握了规律，谁发明了技术，谁就获得了主导权。智能制造是新工业革命的重要特征，而通用技术是智能制造的基础课程之一。同学们，机遇和挑战在等待着我们！通用技术课程必修内容包括“技术与设计1”“技术与设计2”2个模块，它们分别从技术和设计的角度阐述通用技术的一般概念，并通过实践来帮助同学们体验技术与设计的内涵。选择性必修内容包括“技术与生活”“技术与工程”“技术与职业”和“技术与创造”4个系列11个模块。整体框架由图0-1表示。学习这门课程要注重掌握概念和加强实践，尤其要通过动手实践，来培养自己的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养。本分册讲授电子控制技术的发展、电子元器件与电路的基础知识及其应用，带领同学们认识、学习电子控制系统，体验传感器、继电器等的实际应用。本分册共分为四章，分别介绍电子控制概述、模拟电路与数字电路、传感器与继电器、电子控制系统，内容层层递进，将同学们带入神奇的电子世界当中。学习本分册后，即使是原本没有电路和编程基础的同学，也能根据原理知识来完成项目，做出很多实用的作品。每一个项目的开始列出了所需的元器件，提供了电路图和连线图，带领同学们逐步操作，经历项目的全过程，让同学们在体验成功的同时，提升解决问题的能力。编 者 2019年8月II电子控制技术图 0-1 课程内容整体框架生活工程职业创造智能家居应用设计服装及其设计现代家政技术技术与职业探索职业技术基础机器人设计与制作工程设计基础电子控制技术基元技术创造力开发与技术发明产品三维设计与制造科技人文融合创新专题控制的设计系统的设计流程的设计结构的设计技术与设计2交流与评价方案与实现技术的设计技术的性质技术与设计1通用技术力技术电技术磁技术光技术声技术热技术人类科学活动和生产实践第一章 电子控制概述 1第 1 节 控制技术的发展 21.1 控制技术的发展 21.2 电子控制技术 21.3 电子控制系统 5第 2 节 现代控制技术的特点 72.1 电子化 72.2 网络化 82.3 智能化 9第 3 节 电子控制技术改变现代生活 103.1 从门锁演变看控制技术 103.2 电子控制技术对生活的改变 12第 4 节 常用电子元器件的识别及焊接 154.1 电子元器件的分类 154.2 电子元器件的认识 154.3 电路与电路符号 204.4 电路板焊接 22第二章 模拟电路与数字电路 27第 1 节 模拟信号和数字信号 281.1 模拟信号和数字信号的特性 281.2 模拟信号和数字信号之间的转换 29第 2 节 常用晶体管的基本原理和应用 322.1 晶体二极管的应用 322.2 晶体三极管 33第 3 节 晶体三极管的开关特性及其应用 383.1 晶体三极管的开关特性 383.2 常见的数字集成电路类型 39第 4 节 数字电路中的基本组合逻辑电路 414.1 逻辑代数的三种基本运算 414.2 基本门电路 424.3 常用组合逻辑电路 43目 录目录 I第 5 节 典型电路应用举例 465.1 简易声光报警电路 465.2 火情报警器 47第三章 传感器与继电器 51第 1 节 传感器的发展趋势 521.1 传感器的发展趋势 521.2 认识传感器 53第 2 节 传感器的特性及分类 552.1 传感器的一般特性 552.2 传感器的分类 56第 3 节 常见传感器的应用 573.1 温度传感器的应用 573.2 光敏传感器的应用 593.3 磁敏传感器的应用 61第 4 节 继电器的应用 634.1 继电器的作用与分类 634.2 电磁继电器的结构与工作原理 654.3 直流电磁继电器的规格 664.4 直流电磁继电器的应用 68第四章 电子控制系统 73第 1 节 电子控制系统 741.1 认识电子控制系统 741.2 开环电子控制系统 771.3 闭环电子控制系统 78第 2 节 开环电子控制系统设计 812.1 利用面包板搭建、焊接电路 812.2 开环电子控制系统示例 82第 3 节 闭环电子控制系统设计 873.1 开源微控制器平台介绍 873.2 闭环电子控制系统示例 87II电子控制技术控制，并不是一项新技术，早在古代就有人将控制技术应用到门闩的设计中，但是电子控制技术却是在现代才被广泛应用于生产、生活中。电子控制技术已经渗透到生产、生活的方方面面，工业生产中几乎每一个环节都有电子控制技术的身影，日常生活中电子控制技术也必不可少。那么，控制技术是如何发展的呢？电子控制技术有哪些特点和典型应用，又是如何改变现代生活的呢？电子元器件是电子控制系统的基本组成单元，常用的电子元器件有哪些呢？怎么将这些电子元器件集成后发挥作用呢？在本章的学习中，同学们将逐渐知道这些问题的答案。本章还增加了一些拓展阅读，拓宽同学们的视野，也设计了一些思考与练习环节，帮助同学们通过解决问题加深对电子控制技术的认识。本章旨在让同学们对电子控制技术的知识有初步的掌握，从而具备一定的专业素养。第一章 电子控制概述第 1 节控制技术的发展第 2 节现代控制技术的特点第 3 节电子控制技术改变现代生活第 4 节常用电子元器件的识别及焊接控制技术经历了一系列的发展，最终形成现代的电子控制技术。电子控制技术广泛应用于各个领域，是电子控制系统的核心，是现代技术中不可或缺的一部分。1.1 控制技术的发展控制技术，一般指人们为了使事物向着期望的目标发展所采用的手段或方法。随着人们需求的发展和技术手段的丰富，控制技术由最初的人工控制逐步发展为机械控制，再进一步演化出后来的电子控制，如图1-1所示。面对多种多样的控制技术，我们应当根据不同的需要以及被控对象的特点，选择合适的控制方式来实现控制目的。图1-1 控制技术的发展1.2 电子控制技术电子控制技术是一门运用电子电路来实现控制功能的技术。它不仅常用于日常生活，而且广泛应用于工业、农业、医疗、军事、航天等各个领域。现代工业中，一些车间的生产线（图1-2）常常采用自动化控制的方式，这样不仅大幅度节约了人工成本，还能保证产品的质量，人工控制机械控制电子控制第 节 控制技术的发展11.了解控制技术的发展过程及基本含义。2.掌握电子控制技术的定义及应用领域。3.理解电子控制系统的定义及组成。学习目标2电子控制技术减少生产材料的损耗，统一的流水线生产也使得车间的生产环境更加干净整洁，工作效率更高。电子控制技术在现代农业生产中同样扮演着不可或缺的角色。传统的人工操作逐渐被应用了电子控制技术的现代化农业机械所代替，这不仅解放了劳动人民的双手，还可以显著提高农业生产效率，增加农作物的产量，因此农民的收入得到提高，生活水平也得到改善。图1-3中就是一种现代农业中常用到的农业机械。图1-2 生产线在过去，很多疑难杂症，如天花、肺结核等，因为治疗条件和技术水平有限而难以治愈，导致很多患者最终失去生命，很多家庭支离破碎。如今，随着现代化控制技术以及其他先进的科学技术在医疗领域的应用，医疗设备不断进步，医疗水平也逐渐提高。图1-4中的医疗设备就是现代医疗中常见的核磁共振仪，其中也应用了电子控制技术。现代医疗技术的发展，使很多病症得以治愈。相信在不久的将来，电子控制技术的进一步发展和创新，将有助于更多的病症被攻克。图1-3 农业机械第一章 电子控制概述 3军事工业也是电子控制技术应用的一个重要领域。现代军事装备有导弹、坦克、潜水艇、航空母舰等，还有图1-5中正在进行飞行表演的战斗机，它们都离不开电子控制技术。高精尖的军事装备有利于提高我国的军事实力，更好地维护我国的国家安全和人民 利益。图1-4 医疗设备图1-5 军事装备从2003年的“神舟五号”首次升空，再到之后的“