高二物理逻辑电路与自动控制

第四章第四章 第四节第四节 逻辑电路与自动控制逻辑电路与自动控制 教学目的 1 认识与 或 非门电路的逻辑符号 知道它们的逻辑真值关系 2 能对与门 或门 非门电路进行简单的应用 由这三种基本门电路组成的复合门电 路广泛应用于自动控制 数控车床 全自动洗衣机的程序控制等方面 教学重点 三种门电路的逻辑功能 教学难点 理解逻辑关系的涵义以及动手操作验证基本门电路的逻辑功能 教学媒体 教学安排 新课导入 新课引入 让学生列举我们家庭生活中有哪些数字设备 提出问题 这些数字设备是如何工作的 它们是如何记录信号和传输信号的 我们就像生 活在数字化技术的 海洋 里 越来越多的数字电子设备正在走进我们的千家万户 那么什么 是数字化技术 有什么优点 让我们一起走进数字信号技术的基础电路 门电路 首先说明 在计算机中用二进制数 0 和 1 表示假和真可以使计算速度加快 而在门电路中也用0和1表示条件不成立或成立 新课内容 1 与门电路 实物投影课本实验一 如右图 请同学们观察与思考下列问题 1 只有 S1 闭合 灯泡亮吗 2 只有 S2 闭合 灯泡亮吗 3 什么时候灯泡才亮 4 假设开关闭合 逻辑 真 用 1 表示 反之 假 用 0 表示 同理灯 泡亮 用 1 灯泡灭 用 0 完成课本的真值表 如右图 所示 教师 与门的输出输入看起来象数学的什么运算 乘法 教师 对 与门的 与 在逻辑上就是共同的意思 即当全 部条件共同具备时 才能产生一定的结果 与门符号如右 论书本利用二极管实现与门功能的电路图 体会二极管 的单向导电性在这里所起的作用 2 或门电路 实物投影课本实验二 右图 请同学们观察与思考下列问题 1 只有 S1 闭合 灯泡亮吗 2 只有 S2 闭合 灯泡亮吗 3 S1 S2 同时闭合 灯泡亮吗 输入输出 A S1 B S2 Z Q 00 01 10 11 输入输出 4 开关闭合 逻辑 真 用 1 表示 反之 假 用 0 表示 同理灯泡亮 用 1 灯泡灭 用 0 请同学 们完成课本上或逻辑真值表 如右图 或门符号 如右图 3 非门电路 实物投影课本实验三 右图 请同学们观察与思考下列问题 1 灯泡什么时候亮 2 灯泡什么时候熄灭 3 开关闭合 逻辑 真 用 1 表示 反之 假 用 0 表示 同理灯泡亮 用 1 灯泡灭 用 0 请同学们完成课本上非逻辑真 值表 非门符号如右图 4 门电路的应用门电路的应用 三种基本的门电路在实践中更多的是以组合的形式出现复合门电路 这此复合的门电路可 以制成各种编码器 译码器 计数器 触发器 存储器等 广泛应用于社 会生产和人们生活中 如本节课开头我们列举的数字设备等 下面通 过实验来探究门电路的逻辑功能 1 非门电路的应用实例 简易火警报警器 请同学们看书本 P85 右下角的图 讨论其电路结构 请大家画成常见的电路图形式 如右图所示 可以看出 该电路图是一个应用非门构成的电路 图中 R 是可变电阻 R 是一个热敏电 阻 L 是一个蜂鸣器 G 是一个非门 请大家回顾上一节课的分组实验中 老师请你们测过热敏电阻 它有什么特点 温度升 高时阻值降低 对 这是一种负温度系数的热敏电阻 当温度较低时 热敏电阻的电阻 值非常大 而在电路中是由 R 和 R 串联分压 R 远大于 R 使 A 点表现为高电势 1 输 出为 0 蜂鸣器两端无电势差 不发声 而当火警发生时 热敏电阻的阻值就会降低 从而 远小于电阻 R 的阻值 从而使输入端 A 点的电势接近 0 非门输出端为高电势 这样蜂鸣器 两端获得一个能发声的工作电压 蜂鸣器就会发出声音报警 拓展 由于电阻 R 和 R 之间存在一个分配电压的问题 因此 调节可变电阻尺 可以 改变报警器的灵敏度 想一想 为了使报警器更灵敏 R 应取得大一些 还是小一些 2 与门电路的应用实例 温度和水位自动控制电路 如书 P85 在锅炉 冰箱 空调和热水器等用电器上都需要温度控制 比如热水器 我们希望设定 温度为 80 C 的话 要是水温经散热后一低于该设定 就能自动加热 但是又要防止一个危 险 如果水位低于某处 加热器是不能启动的 因为这时内部空气多 加热容易使容器爆裂 请大家思考一下 这里的条件和加热器启动的结果之间有什么逻辑关系 可以用什么门电路 来实现 学生讨论 把温度低于设定值做为一个条件 把水位高于临界线做为一个条件 只有 当两个条件都是真 1 的情况 加热器才能启动 1 这是与的关系 教师 很好 我们来看看书上的电路图 请大家具体讨论一下 A 的电势高低是怎样表 A S1 B S2 Z Q 00 01 10 11 输入输出 SQ 1 0 达了温度高时为 0 温度低时为 1 的条件的 类似于火警报警器 可用 Y 与 RT串联分压来 解释 B 的电势为什么又和水位能联系起来 当水位低时 R 所在线断路 R 为等势体 其 电势为零 水位高与接触器时 R 电路接通 B 电势为 5V 输入为 1 而 J 为继电器 教师简单画出电磁铁和衔铁 略述继电器的构造和原理 但 AB 条件同 时成立时输出的 Z 为高电势 1 所以 J 两端有电势差 将有电流产生磁性 吸引衔铁 接同 加热电路 使水温升高 5 巩固练习 手册例 3 要求学生用两个门电路实现三人表决的功能 先一或门 再一与门 小结 门电路可以看作是一种条件开关 它有一个或多个输入端和一个输出端 只有当输 入信号满足一定的