高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第4节 逻辑电路与自动控制学案 鲁科版选修3-1.doc

第4节 逻辑电路与自动控制1.如果要求输出z为1，只有输入a和b都为1才能实现，否则输出为0，这就是“与”逻辑。2如果要求输出z为1，只要输入a和b有一个是1就能实现，这就是“或”逻辑。3输出z是输入a的否定，这就是“非”逻辑。简单逻辑电路1.逻辑电路计算机的核心是由一些被称为逻辑电路的基本逻辑门电路构成的。这里所说的逻辑，是指“条件”与“结果”的关系。在计算机中，所谓的条件就是一些用电位的高低表示的电信号，执行类似逻辑任务的是一些电子开关，即逻辑门电路。逻辑门电路的信号只有两种状态，一是高电位状态，用1表示；一是低电位状态，用0表示。2各种基本的逻辑门电路符号、真值表及特点(1)“与”门“与”逻辑：如果要求输出z为1，只有输入a和b都为1才能实现，否则输出为0。“与”门的符号：&abz。“与”门的真值表：输入输出abz000010100111(2)“或”门“或”逻辑：如果要求输出z为1，只要输入a或b有一个是1就能实现。“或”门的符号：。“或”门的真值表：输入输出abz000011101111(3)“非”门“非”逻辑：输出z是输入a的否定。“非”门的符号： 。“非”门的真值表：输入输出az01101联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系()a“与”门b“非”门c“或”门 d“与非”门解析：联合国规定，只要常任理事国有一个反对，提案就不能通过。这和“与”门的逻辑关系一致。答案：a 逻辑电路的应用及集成电路 (1)逻辑电路是自动控制电路的核心，在生产、生活中有着十分广泛的运用。(2)实例：恒温热水器、火警自动报警器等。(3)半导体集成电路：电子产品已经广泛深入到人们生活的方方面面，这与半导体集成电路的发展密不可分。如今，集成电路技术的发展，已经成为一个国家电子技术发展的重要标志。(4)集成电路的特点：可靠性高，寿命长。专用性强，使用方便。体积小，功能多。应用领域广，发展前景大。复合门的真值表的表示(1)“与非”门：由一个“与”门和一个“非”门组成。它具有的逻辑关系用真值表表示为：(2)“或非”门：由一个“或”门和一个“非”门组成。参考“与非”门，它具有的逻辑关系用真值表表示为：2如图441所示，将两个“非”门和一个“与”门组成一个复合门电路，请在下表中填写该门电路的真值表。 图441输入输出aby 解析：先计算出两个非门的输出，然后将这两个输出进行逻辑“与”运算，即可得出整个复合门电路的输出结果。两个“非”门的输入输出真值表如下：a输入10输出01b输入10输出01将两个“非”门的输出作为“与”门的输入，真值表如下：输入输出aby110100010001 答案：见解析基本逻辑电路的分析 例1如图442所示，表示输入端a、b的电势随时间的变化关系，完成下题。求：图442 (1)“与”门电路的输出电压z随时间变化的关系；(2)“或”门电路的输出电压z随时间变化的关系。思路点拨“与”逻辑关系是当两个输入端都有信号时，输出端才有信号输出。“或”逻辑关系是当两个输入端的任意一个有信号时，输出端就有信号输出。由于已知的是输入端电信号随时间变化的关系，为了便于分析输出端的情况，借用真值表分析进行。解析(1)对“与”逻辑关系，先作出a、b、z的真值表，然后再确定输出z与时间的变化关系。a(ua)b(ub)z010100010111000111010100010 所以，uz随时间变化如图所示。 (2)对“或”逻辑，先作出a、b、z的真值表，然后再确定输出z与时间的变化关系。a(ua)b(ub)z011101011111000111011101011所以，uz随时间变化如图所示： 答案见解析图借题发挥 对于考查逻辑电路知识及逻辑运算的试题，解题时应首先由已知的逻辑电路图或已知的逻辑运算关系，找出输入和输出的关系，判定输出是输入的何种逻辑关系的输出信号；然后写出真值表，确定未知的逻辑值；最后得出输出与时间变化的关系。逻辑电路的实际应用例2如图443所示，是一个应用某逻辑电路制作的简单车门报警电路图。图中的两个按钮开关s1、s2分别装在汽车的两道门上。只要其中任何一个开关处于开路状态，发光二极管(报警灯)就发光。请你根据报警装置的要求，列表分析开关状态与发光二极管的发光状态，并指出是何种门电路，在图中画出这种门电路的符号。图443审题指导解答本题应注意以下两点：(1)任何一个开关开路，二极管就发光的含义。(2)各种门电路的逻辑关系及表示方法。解析驾驶员离开汽车时，两个车门均处于关闭状态，跟两个车门对应的开关s1和s2均闭合，这时发光二极管不会发光报警，为什么这时发光二极管不发光呢？原来s1和s2闭合后，电流不通过发光二极管。当有其他人打开了某一个车门时，s1或s2就处于断开状态，这时就有电流通过发光二极管，使其发光报警，可见，这一装置实际上是一个“或”门电路。开关闭合及二极管不发光状态为“0”，开关断开及二极管发光状态为“1”。则开关状态及发光二极管发光状态对应如表，虚线框内门电路的符号如图所示。s1s2发光状态000011101111答案见解析 借题发挥 门电路的问题分析中，门电路往往要和一些常用的电学元件(如电阻、电键、热敏电阻、光敏电阻、二极管等)一起构成电路，通过电路中某一部分的变化(电键的通断、电阻的变化等)实现门电路输入端的电压变化，即电势的高低变化，从而通过门电路的输出端达到控制电路的目的，因此在分析这类问题时，除熟练掌握各种门电路的作用外，还要熟练的掌握电路的动态变化规律的分析，准确判断出电路中，尤其是门电路部分的电势高低的变化，从而达到正确解决问题的目的。随堂基础巩固1逻辑电路的信号有两种状态：一是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示。关于这里的“1”和“0”，下列说法中正确的是()a“1”表示电压为1 v，“0”表示电压为0 vb“1”表示电压为大于或等于1 v，“0”表示电压一定为0 vc“1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值，不表示具体的数字d“1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连解析：门电路是用来控制信号的“通过”或“截断”的一种开关电路。根据指定条件，门电路对输入、输出的因果关系作出判断。门电路的输入、输出信号都以电位的高低来表示。若把高电位看做有信号，表示某个条件存在或信号能通过，且以符号“1”表示；把低电位看做无信号，表示某个条件不存在或信号不能通过，以符号“0”表示。这种逻辑关系称为正逻辑，反之则称为负逻辑。在通常情况下，不加说明的都指正逻辑，所以“1”和“0”只是两个符号，是两种变量的可能的取值。故c选项正确。答案：c2如图444所示是由“与”门、“或”门、“非”门三个基本逻辑电路组成的一个组合逻辑电路，a、b、c为输入端，z为输出端，在完成下面的真值表时，输出端z空格中从上到下依次填写都正确的是() 图444abcz000001010011100101110111a.00010101 b00000010c00101010 d以上答案都不正确解析：三个逻辑电路组成一个组合逻辑电路，由图可得：“或”门和“非”门的输出端即为“与”门的输入端，可列真值表为：abcz1z2z000010001000010111011100100111101100110111111100答案：c3火警自动报警器用“非”门、电位器、热敏电阻、蜂鸣器和电池等按图445连接，调节电位器使蜂鸣器正好不报警，然后用火焰靠近热敏电阻，蜂鸣器就会发出报警信号。在不报警时，p为低电位记“0”，报警时，p为高电位记“1”。试问：(1)报警时，a点电位为高电位“1”还是低电位“0”？ 图445(2)当用火焰靠近热敏电阻时，热敏电阻的阻值是增大还是减小？解析：(1)报警时，p点为高电位“1”，由于此电路运用了“非”门电路，输出端p为高电位时，输入端a点一定是低电位“0”。(2)题图可等效电路图如图所示。当火焰靠近热敏电阻时，蜂鸣器报警，说明此时p点为高电位，a点为低电位，也就是说热敏电阻两端的电压减小，由电路图可知，热敏电阻的阻值减小。答案：(1)a是低电位“0”(2)减小课时跟踪训练(满分50分时间30分钟)一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分)1关于如图1所示门电路的符号，下列说法中正确的是()图1a甲为“非”门、乙为“与”门、丙为“或”门b甲为“与”门、乙为“或”门、丙为“非”门c甲为“非”门、乙为“或”门、丙为“与”门d甲为“或”门、乙为“与”门、丙为“非”门解析：根据“与”门、“或”门和“非”门的符号判断，可知c正确。答案：c 2.在基本逻辑电路中，何种逻辑门电路当所有输入均为0时，输出不是1()a“与”门电路b“或”门电路c“非”门电路 d都不可能解析：根据“与”门、“或”门、“非”门的真值表可知，a、b正确，c、d错误。答案：ab3走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为()a“与”门电路 b“非”门电路c“或”门电路 d上述答案都有可能解析：走廊两端的开关，只要满足其中1个为“1”，则输出端就为“1”，故满足yab，即体现了“或”逻辑，故c正确。a、b、d错误。答案：c4热水器在使用时，只有在既没有熄灭又没有停水的情况下才能使热水器工作，这种情况若用逻辑关系来表示，属于哪种逻辑()a“与”逻辑b“或”逻辑c“非”逻辑 d以上均不是解析：由于要满足没熄灭、没停水两个条件，热水器才能工作，只要有任意一个条件不满足，热水器均不能工作，故为“与”逻辑关系。答案：a5两个人负责安装一个炸药包，然后起爆，两个人分别控制两个相串联的开关。只有当两个人都撤出危险区，在安全区把开关接通时，炸药包才能爆炸。如果有一人未撤出危险区，开关没有接通，炸药包就不能起爆，这就是“与”的概念。如果用“0”表示不起爆，“1”表示起爆，用符号“”表示“与”的运算符合，则下列运算式正确的是()a000，表示二人都不起爆，炸药包不爆炸b011，表示一个不起爆，另一人起爆，炸药包爆炸c101，表示一人起爆，另一人不起爆，炸药包爆炸d111，表示二人都起爆，炸药包爆炸解析：只有两人都接通开关时，炸药包才能爆炸，这是“与”逻辑关系，对于“与”逻辑关系，只有输入都为“1”时输出才是“1”，只要输入有一个是“0”，则输出为0，故a、d正确，b、c错误。答案：ad6请根据下面所列的真值表，从图2的四幅图中选出与之相对应的一个门电路()输入输出abz001011101110图2解析：从真值表可看出不是单一的“与”、“或”关系，更不是单一的“非”关系，一定对应一个复合门电路，从真值表分析可得应为“与非”复合门电路，d选项正确。答案：d7下列是逻辑门真值表中的一些数值的说法，其中正确的是()a在“与”门中，当a0、b1时，z0 b在“或”门中，当a0、b1时，z0c在“或”门中，当a1、b0时，z1d在“非”门中，当输入为“0”时，输出必为“1”解析：根据逻辑门电路的特点可知，对“与”门，两事件都满足后才能成立，故a对，“或”门电路，有一个满足则成立，故c对，“非”门中两种关系相反，故d对。答案：acd 8.某同学设计了一个路灯自动控制门电路，如图3所示，天黑了，让路灯自动接通，天亮了，让路灯自动熄灭。图中rg是一个光敏电阻，当有光照射时，光敏电阻的阻值会显著地减小。r是可调电阻，起分压作用。j为路灯总开关控制继电器(图中未画路灯电路)。关于此电路，正确的是 ()图3a天黑时，rg增大，a为高电位，z为低电位，j使路灯亮b天黑时，rg增大，a为低电位，z为高电位，j使路灯亮cr调大时，傍晚路灯亮得早一些dr调大时，傍晚路灯亮得晚一些解析：a点电势ar，天黑时，光敏电阻rg阻值增大，a为低电位，“非”门输出端z为高电位，继电器工作使路灯亮，故b正确。r调大时，ua增大，假设此时输入端为高电位，“非”门输出端为低电位，路灯不亮，只有当天再晚一些，光敏电阻的阻值再大一些，r