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专题23　电路设计(输入部分、控制部分、输出部分)
【基础巩固篇】
1.如图所示是小明设计的自动关窗模拟电路，下雨或傍晚时V2发光(模拟电机转动)，表示窗扇移动。窗户完全关闭时，干簧管闭合。IC1是电压比较器，V＋>V－时输出高电平，反之，输出低电平；IC2是雨水检测模块，检测到下雨时输出高电平，反之，输出低电平。下列选项中能实现虚线框中逻辑关系的是(　　)
　
2.如图所示的电路中，要求在光强或者低湿，发光二极管发光。请你在虚线框中利用一块芯片实现上述功能。下列电路连线正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
3.如图所示的表决电路，评委通过输入高电平，否则输入低电平。两评委都通过时，V1亮，V2不亮；两评委都不通过时，V1不亮，V2不亮；两评委意见不一致时，V1不亮，V2亮。V2亮，则需提交评委会仲裁。图中虚线框内选用的单个逻辑门是(　　)
A.与门 B.或门
C.与非门 D.或非门
4.如图所示是小明搭建的报警实验电路，天亮且温度高V2发光报警，其余情况不报警，其中Rt为正温度系数热敏电阻。题图虚线框位置需要设计部分电路，下列方案中不正确的是(　　)
5.小明设计制作了如图所示的亮灯开关电路，S1和S2均为按钮开关，按下时闭合，松开后断开。S1负责开灯，S2负责关灯，如不慎误触(同时按下S1和S2)，灯亮。虚线框中电路用其它电路替代，可行的方案是(　　)
6.如图所示逻辑电路，为了实现当A＝1时，E＝0，F＝C，当A＝0时，E＝B，F＝0，图中虚线框处应当选用(　　)
A.1个非门、1个与门 B.1个非门、1个或门
C.2个或非门 D.2个或门
7.如图所示逻辑电路，为了实现S＝0时F＝A，S＝1时F＝B，图中虚线框处应当选用(　　)
A.2个或门 B.2个或非门
C.2个与门 D.1个或门
8.如图所示是某一逻辑电路及其真值表，则图中虚线框所缺的电路可能是(　　)
A B F
0 0 1
0 1 0
1 0 1
1 1 1
9.如图所示是小明设计的门窗防盗报警器的电路。夜晚一旦门或窗被开启时(此时干簧管断开)，蜂鸣器报警。下列选项中能实现上述逻辑关系的是(　　)
10.某校文艺节海选节目中，有A、B、C三个裁判，要求至少2位裁判通过，输出F才出高，选手能晋级下一轮。用高电平表示通过，低电平表示不通过，为实现上述逻辑关系，图中虚线框处应当选用(　　)
A.或非门 B.或门
C.与门 D.与非门
11.如图所示的水位控制电路，RS1位于最低水位处，RS2位于最高水位处，M为抽水泵，M工作时为容器补水。为了实现将水位控制在上下限之间，虚线框中合适的为(　　)
12.如图a所示的逻辑电路，其功能表如图b所示。为了实现其功能，图中虚线框处可选用(　　)
A B F1 F2 F3
0 0 0 1 0
0 1 0 0 1
1 0 1 0 0
1 1 0 1 0
图b
A.2个非门 B.2个或门
C.2个与门 D.1个或非门
13.如图所示是小明设计的“两地控一灯”电路，A、B分别为楼上和楼下的开关，在两个地方通过两只开关中任意一个开关都可以控制楼梯灯的开或者关。当前状态下，灯不亮；无论在哪一端，拨动一下开关，灯点亮；再拨动一下开关，灯熄灭。要实现以上功能，虚线框中的组合逻辑电路正确的是(　　)
【能力提升篇】
1.由于学校实行各年级分时段就餐，小明发现最后一批就餐同学的饭菜是凉的。他设计了如图a所示的保温桶，针对保温桶的温度控制系统，温度控制在60 ℃～70 ℃之间。小明设计了如图b所示的温度控制电路。请完成以下任务。
(1)当温度升高时，热敏电阻Rt的阻值________(在A.增大；B.不变；C.减小中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)小明搭接好电路测试时发现，Rp只能调节上限值和下限值中的一个，另一个值无法确定。于是他又设计了如图c所示的温度控制部分电路。其中Rp1调下限，Rp2调上限，IC1和IC2是电压比较器，当输入电位V＋>V－时，输出高电平；当输入电位V＋(3)小明搭接好电路，进行上限和下限的调试，正确的是________(在A.一定要先调下限再调上限；B.一定要先调上限再调下限；C.可以先调下限，也可以先调上限中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)小明设计的控制电路中忘记设计加热时的指示灯。请你在图d中虚线框内选择合适的端子连接，利用A、B、C、D四个接线端子选两个实现加热时指示灯V3亮。
(5)小明还想在控制电路中设计一个温度在60 ℃～70 ℃之间时的指示灯。请你在图e中虚线框内选择合适的端子连接，利用A、B、C、D四个接线端子和一个二输入或非门，任选接线端子实现温度在60 ℃～70 ℃之间时指示灯V4亮。
2.小明设计了如图a所示的温度报警部分电路。当温度在设定范围(20 ℃～30 ℃)内时，绿灯(LED2)亮，否则红灯(LED1)亮。其中Rt是负温度系数热敏电阻，Rp1、Rp2分别设定下限与上限温度。C1、C2是电压比较器，V＋>V－时，输出高电平，V＋(1)为实现电路功能，图a虚线框中电路分析正确的是________(在A.可选用1个或非门；B.可选用2个或非门；C.可选用1个与非门；D.可选用1个或门中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)小明对图a的电路进行了改进，设计了如图b所示的温度控制电路。室内有人时：温度低于下限，加热器H启动，关窗；温度高于上限，加热器H不启动，开窗；温度介于上下限之间，加热器H不启动，关窗。室内无人时：加热器H不启动，关窗。图b中IC为微波雷达探测模块，当探测到有人时，IC输出高电平，否则输出低电平。流经电机M的电流方向从左向右时，电机正转，开窗；反之，电机反转，关窗。为实现上述功能，请你用不超过四个2输入与非门设计图b虚线框中的电路；
(3)在调试图b所示电路时，
发现当窗户完全打开(或关闭)时电机M不能停止转动。为解决这个问题，小明重新设计了电路的输出部分，增加了K1、K2两个限位开关。当窗户完全打开后，K1被按压而断开；当窗户完全关闭后，K2被按压而断开。关于K1、K2两个限位开关安装的位置的说法中，正确的是________(在A.K1安装在A点、K2安装在B点；B.K1安装在B点、K2安装在A点；C.K1安装在C点、K2安装在D点；D.K1安装在D点、K2安装在C点中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)电路搭接完成后进行调试，小明发现有人且温度高于上限值时，窗户不能正常打开，下列故障原因中不可能的是____________(在A.R2连焊；B.Rt连焊；C.二极管V3接反；D.R5阻值过大中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
3.小明设计制作了一个鸡蛋孵化箱，如图1为孵化箱控制电路。当孵化室内温度低于37度时，电磁继电器吸合，闭合电加热器电路，电加热器对孵化室加温。当孵化室温度达到39度时，电磁继电器释放，断开电加热器电路，电加热器停止加温。图中Rt为负温度系数的热敏电阻，Rp2用于调节下限温度，Rp3用于调节上限温度，S1、S2为联动的行程开关，当孵化室门打开时，S1闭合S2断开，当孵化室门关闭时，S1断开S2闭合，如果孵化室门长时间未关闭，无论温度高低，电加热器都不加热。电压比较器当V＋大于V－时输出高电平；当V－大于V＋时输出低电平；IC555芯片功能表如图2。请回答以下问题：
输入 输出
6脚 2脚 4脚 3脚
× × 0 0
＞Vcc ＞Vcc 1 0
任意 ＜Vcc 1 1
＜Vcc ＞Vcc 1 不变
图2
(1)孵化室门打开时V1基极电位将________(从A.升高；B.降低中选择合适的选项，将序号填入“________”内)；
(2)图中蜂鸣器的作用是________(从A.孵化室温度异常提醒；B.孵化室门长时间未关闭提醒；C.孵化完成提醒中选择合适的选项，将序号填入“________”内)；V4的作用是________(从A.孵化室照明；B.电源指示；C.加热器加热指示；D.无指示作用中选择合适的选项，将序号填入“________”内)；
(3)请用3个2输入与非门将图中虚线框内电路补充完整；
(4)小明对设计好的电路进行调试，发现孵化室内温度低于37度，而加热器没有加热，以下措施不可能有效的是________(从A.调大Rp2阻值；B.减小R6；C.增大R8中选择合适的选项填“________”内)。
4.如图a所示是某收费停车场的单通道车辆门禁系统，小明为其设计了如图b所示的实验电路。车牌识别正确时，A点(或B点)为高电平，出场收费成功后E点出高电平。当B点和E点同时为高电平或者A点为高电平时，V7发光，代表闸门打开；车在规定的时间内通过进场(或者出场)确认传感器时，V1(或V4)发出的光被遮挡，V8发光，代表闸门关闭。车离开车牌识别区时，A点(或B点)为低电平；延时器输出的高电平比A点(或B点)高电平的持续时间长15秒。请完成以下任务。
(1)车辆准备进场，车牌识别正确时，D点的电平为________(在A.高电平；B.低电平；C无法确定中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)如图c所示，电机(M)电流从“＋”到“－”，电机正转，打开闸门；电机电流从“－”到“＋”，电机反转，关闭闸门。请在虚线框内设计继电器控制电机正反转的电路，并标明J1、J2，要求三极管采用共发射极接法。提供的元件有：2个NPN型三极管、两个普通二极管、2个电阻、2个继电器；
(3)小明调试闸机时发现实验电路存在问题，在进场车牌识别正确时，________(在A.车未进场，闸门的打开与关闭间隔15秒进行；B.闸门打开又立刻关闭；C.车辆在15秒后才开到进场确认位置，车进场后门保持开启；D.车在闸门打开15秒内进场，闸门仍延时至15秒关闭中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)该系统除了题(3)中的问题之外还有另外一个问题。当进场车辆较多有跟车时，闸门在前一辆车进入后关闭闸门的过程中，闸门会打到后一辆进场的车。请你帮助小明将图d虚线框1中的电路用简单的逻辑门进行重新设计，要求前一辆车进入后关闭闸门的过程中，如果后面一辆车车牌识别正确就要重新打开闸门，其他功能与原电路相同(出场跟车问题不用考虑)，要求电路简单。
专题23　电路设计(输入部分、控制部分、输出部分)
基础巩固篇
1.D　[V2发光，模拟电机转动时，F出低电平。傍晚时，A出低电平；检测到下雨，B出高电平。选项A.F＝＋B，不符合。选项B.F＝A＋，不符合。选项C.F＝×B，不符合。选项D.F＝A×，符合，因此选D。]
2.B　[按题意，要满足A＝1或B＝0时，F＝0，逻辑表达式为F＝·B，再化成与非或者或非的表达形式，。从逻辑关系式上看，BC都对，但是这里电路的电源电压是9 V，B是CMOS电路，C是TTL，TTL的电源电压是5 V，CMOS是3～18 V。所以只能是B。这个考的点很偏，而且因为平时做题遇到的少，因为思维定式很容易忽略。]
3.C　4.D
5.B　[本题属创新好题，按逻辑门知识分析，原题S1按下F出高灯亮，S2按下时F出低灯灭，逻辑相同即可。]
6.C　7.B　8.A　9.D　10.B　11.A　12.A
13.D　[本题可用代入法。当前状态(A、B都为0)灯不亮(C为1)，代入四选项后排除B、C选项。当A或B由0变1时，A选项的C输出不变，A错；D选项的C输出变0，D对。]
能力提升篇
1.(1)C　(2)如图所示
(3)C
(4)两种方案
(5)四种方案
2.(1)A　(2)如图所示　(3)D　(4)B
解析　(1)根据要求列出真值表。
A B F(红亮0，绿亮1)
低于下限 0 1 0
介于上下限之间 0 0 1
高于上限 1 0 0
(2)根据要求列出真值表
A B C(有人1，无人0) E(1开窗，0关窗) F(1加热，0不加热)
低于下限 0 1 1 0 1
介于上下限之间 0 0 1 0 0
高于上限 1 0 1 1 0
任意 任意 0 0 0
观察E列，只有A和C同为1时，E出1，故E＝。观察F列，只有B和C同为1时，F出1，故F＝。(3)J1闭合，电流由左向右，故J1负责开窗，J2负责关窗。如果开关放在AB点，则断开后，开窗关窗回路都断开，电机无法再次启动，因此限位开关要放在C、D点。K1为开窗后断开开关，要放在D点(J1开窗回路上)，K2为关窗后断开开关，要放在C点(J2关窗回路)，选项D正确。(4)R2连焊，相当于比较器比较电压为高电平，则A＝0，B＝1为低于下限状态，窗户关闭，故是可能的；Rt连焊，相当于温度高的状态，窗户应打开，故不可能；二极管V3接反，相当于J1被断路，不会开窗，故是可能的；R5阻值过大，V1截止，相当于J1断开，不会开窗，故是可能，选项B错误。
3.(1)A　(2)B　C(次序不可颠倒)
(3)如图所示　(4)C
解析　(1)当孵化室门打开时，S1闭合S2断开，当孵化室门关闭时，S1断开S2闭合，我们只要看左边部分，S1断开，S2闭合电容放电，S1闭合S2断开电容充电，孵化室门打开时，S1闭合，电容充电，V1的基极电位慢慢上升。(2)V1导通，26为高，3为低，蜂鸣器报警。所以是门打开时报警。触发器输出端，V2导通时，V4也是亮的，所以是工作指示灯。(3)图中Rt为负温度系数的热敏电阻，Rp2用于调节下限温度，Rp3用于调节上限温度，当孵化室门打开时，S1闭合S2断开，当孵化室门关闭时，S1断开S2闭合，如果孵化室门长时间未关闭，无论温度高低，电加热器都不加热。
(4)小明对设计好的电路进行调试，发现孵化室内温度低于37度，而加热器没有加热，可能是B没有出1，所以调大Rp2阻值可以。第二就是触发器已经出高电平，所以要调大Ib，减小R6阻值可以增大Ib，增大R8，Ib不会变。
4.(1)B　(2)如图所示　(3)C
(4)如图所示
解析　(1)车辆准备进场，车牌识别正确时，A点为高电平，三极管V3导通，三极管V2导通，车还没有通过进场确认传感器，V1发出的光照射Rg1，Rg1阻值小，所以D点的电平为低电平。答案为B。(2)V7发光，代表闸门打开，G点为高电平，F点为低电平，此时电机(M)电流从“＋”到“－”，电机正转，即继电器J1吸合，J2释放；V8发光，代表闸门关闭，G点为低电平，F点为高电平，此时电机(M)电流从“－”到“＋”，电机反转，即继电器J2吸合，J1释放。(3)车辆准备进场，进场车牌识别正确时，A点为高电平，触发器的上输入端为1，C、D都为0，触发器的下输入端为0，闸门打开。因延时器输出的高电平比A点(或B点)高电平的持续时间长15 s，当车辆在15秒后才开到进场输入位置，延时器输出已为0，三极管V3、V2都截止，D点电位为0。进场车牌识别后，A点电位也是0，触发器输入为0、0，车进场后闸门保持开启。因此答案为C。(4)15 s内进场确认A点电位为0、D点电位为1，触发器输入0、1，输出1、0，闸门开始关闭；当车辆较多有跟车时，后一辆车进场识别正确，A点又为1，只要满足F为0，即触发器的输入又为1、0，闸门重新打开。逻辑表达式为：F＝AD，其他功能与原电路相同。

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