第二章第8节逻辑电路和控制电路

1 八 逻辑电路和控制电路 教学目标教学目标 1 知道 与 逻辑电路 或 逻辑电路 和 非 逻辑电路 三种基本逻辑电路 2 了解由基本逻辑电路可组成的一些控制电路 3 感悟电路知识应用蕴藏着无穷的潜力 重点难点重点难点 重点 三种逻辑电路的逻辑关系 难点 逻辑电路的应用 设计思想设计思想 逻辑电路是指以实现二进制数字运算为目的的电路 逻辑电路 的实现 也需要依靠我 们常见的各种电路连接方式以及控制元件 教材在对三种基本逻辑电路对应的实现方式进行 介绍后 提供了一些实例帮助学生了解基于逻辑电路的控制电路 如自动门控制电路 举重 裁判控制器和楼梯开关等电路 消除逻辑电路 控制电路 数字电路这些概念的神秘感 拓 宽了学生的知识面 激发了学生学习物理的积极性 教学资源教学资源 逻辑电路和控制电路 多媒体课件 声光控感应灯 三种逻辑电路演示示教 板 电压表等 教学设计教学设计 课堂引入 问题 问题 逻辑电路是计算机和自动化设备中的重要组成部分 它是如何运算和控制的呢 我们 来学习第八节 逻辑电路和控制电路 课堂学习 学习活动一 认识常见的逻辑电路学习活动一 认识常见的逻辑电路 问题问题 1 1 在计算机课程中我们经常遇见一些有关数字电路的概念 如模拟信号与数字信号 模拟电路与数字电路 二进制等 它们分别表示什么意义呢 1 模拟信号与数字信号 模拟信号与数字信号 自然界的物理量尽管各不相同 但就变化规律的特点来看可分为两类 一类是连续变化 的量 如模拟语言的音频信号 称为模拟信号 另一类是不连续的量 例如自动生产线的产 品计数器输出的信号 称为数字信号 数字信号在变化中只有两个对立状态 有 或 没有 如图所示 2 数字电路数字电路 用来传输数字信号 或对数字信号进行变换 放大或测量等工作的电路叫数字电路 3 进位制与二进制 进位制与二进制 我们日常生活和工作中最常用的计数进位制是十进制 每一位用 0 9 十个数码来表示 低位和相邻高位之间的关系是逢十进一 在数字电路中应用最广的是二进制 在二进制中 每一位仅有 0 和 1 两个可能的数码 低位和相邻高位之间的关系是逢二进一 注意注意 1 数字信号传输信息比利用模拟信号抗干扰能力强 现代电子技术中 往往把模 模拟信号数字信号 2 拟信号先转换为不连续的数字信号 叫做 量化 或 离散化 再进行放大 计数 译码等处 理 2 数字信号通常用二进制 0 和 1 组合的数码表示 表现为电信号就是一连串脉冲和电 平变化 例如产品计数器电子线路的输出端 每当 1 件产品通过时就输出 1 个脉冲 输出 端的电势有短暂的突然升高 用二进制数表示时可以用 1 表示高电平 用 0 表示低电平 或者说用 1 表示有脉冲 用 0 表示无脉冲 所以说 数字电路只有 0 和 1 两种状态 4 真值表 真值表 将一个逻辑电路的各个输入端所有可能的取值 和输出端相应的取值 共同排在一张表 上 叫真值表真值表 因为真值表列举了所有可能的事件 所以给出真值表便能全面反映一个逻辑 电路的功能 可见 真值表是研究逻辑电路的一种重要手段 问题问题 2 2 最简单的逻辑电路有几种 它们的输入与输出关系如何 1 与与 逻辑电路逻辑电路 如右图所示 两个开关 A B 串联起来控制同一灯泡 L 显然 只有 A 与 B 同时闭合时 灯 L 才会亮 在这个事件中 A B 闭合 是条件 灯 L 亮是结果 象这样一个事件的几个条件都满足后 该 事件才能发生 我们把这种关系叫做 与 逻辑关系 具有 与 逻辑 关系的电路称为 与 逻辑电路 将两个开关的通断及灯泡的亮熄组合起来列在表 1 中 再用数 学语言描述表 1 中的关系 一般把开关接通定义为 1 断开定义为 0 灯泡亮为 1 熄灭为 0 这样就制成了表 2 表 2 就用数字描述了各种控制条件的组合及其控制结果 这种表即真 值表 右上图是 与 逻辑电路的电路符号 表明它有两个输入端 A 和 B Y 是它的输出端 实 用的逻辑电路并非这种简单电路结构 而是由半导体材料制成的 2 或或 逻辑电路逻辑电路 如右图所示 两个开关 A B 并联起来控制同一灯泡 L A 或 B 闭 合时 灯 L 就亮 象本例这样 如果几个条件中 只要有一个条件得到 满足 某事件就会发生 这种关系叫做 或 逻辑关系 具有 或 逻辑关 系的电路称为 或 逻辑电路 将两个开关的通断及灯泡的亮熄组合起来列在表 3 中 同理可得 或 逻辑电路的真值表 表 4 右下图是 或 逻辑电路的电路符号 L A B 结果 条件 A B Y AB L 条件结果 3 3 非非 逻辑电路逻辑电路 在右图中 沿用以上讨论 与 逻辑电路和 或 逻辑电路时的 方法 实验时很容易发现 当输入为 1 时 灯泡被短路而熄灭 输出为 0 当输入为 0 时 灯泡是通路而照亮 输出为 1 象这样 输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系 叫做 非 逻辑 具有 非 逻辑关系的电路叫 非 逻辑电路 表 5 和表 6 是 非 逻辑电路的 状态组合情况和真值表 右下图是 非 逻辑电路的电路符号 非逻辑电路又叫做反相器 经过 非 逻辑电路信号变化情况如下图所示 学习活动二 学习几个控制电路实例学习活动二 学习几个控制电路实例 例题例题 1 1 自动门控制电路 教材 P72 例题例题 2 2 举重裁判控制器 教材 P72 例题例题 3 3 楼梯开关电路 教材 P73 例题例题 4 4 如图所示是用 非 逻辑电路构成一个简易火警报警器电路 R 是可变电阻 R 是一个 热敏电阻 当温度较低时 热敏电阻的电阻值非常大 即 R 远大于 R 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 L 是一个蜂鸣器 G 是一个 非 逻辑电路 请说明该报警器的工作原理 解析 由图可知 D 点接地 电势为 0 当温度较低时 由于 R 的电阻非常大 A 点的电势非常接近 5V 非 逻辑电路 G 的输入端为高电势 因此 非 逻辑电路的输 出端为低电势 蜂鸣器两端没有电势差 蜂鸣器不报警 L A 结果 条件 0 1 01 0 1 1 A B Y 1 AY G R R 1 5V 0V A D 4 当火警发生时 温度升高导致 R 的阻值变得很小 从而使输入端 A 点的电势接近 0 非 逻辑电路输出端为高电势 这样蜂鸣器两端获得一个能工作的电势差 蜂鸣器就会发出声音 报警 学习活动三 了解晶体管和集成电路学习活动三 了解晶体管和集成电路 1 1 实用逻辑电路 实用逻辑电路 有触点的开关电路有着许多应用 然而由于触点磨损 金属疲劳以及部件的动作速度慢 使之可靠性较差 应用范围受到了限制 现代计算机及其他数字设备中广泛使用晶体二极管 三极管或集成电路等组成逻辑电路 它们没有运动部件 动作速度要比开关或继电器快百万倍 以上 可靠性极高 2 2 集成电路 集成电路 电阻 电容 二极管等元件 在使用时总是需要以各种各样的方式组成一定的电路 对 于一个稍微复杂一些的电路 还要经过一定的调试才能使用 这就降低了人们的工作效 率 为了解决这一问题 集成电路应运而生 它是以半导体材料为基片 将组成电路的各种 元器件和连线集成在同一基片上 成为具有一定功能的微电路系统 如图甲所示是电子器件 中的集成电路板 从宏观上来看 已经分不清集成电路中哪些部分是元件 哪些部分是连线 它们已成为一个统一体 集成电路具有分立元件电路无可比拟的优点 与最紧凑的分立元件电路相比 集成电路 的体积小了几个数量级 重量轻了几个数量级 现代微电子技术可以在手指甲大小的半导体 硅片上 如图乙 制造出 20 亿 30 亿个晶体管 现在由超大规模集成电路制成的超轻 超 薄笔记本电脑 质量只有 1kg 左右 厚度不到 4cm 而世界上第一台电子管式电子计算机 仅用 1 8 万只电子管 就占地 170m2 质量为 30 余吨 集成电路还具有可靠性高 运算速度 快 成本低廉等许多优点 目前 集成电路已经广泛应用于国民经济的各个领域以及人们日常工作和生活中 比如 卫星 导弹的控制系统 汽车 船舶的电子装置 电视 手机等家用电器的核心部件 无一 不采用集成电路 课堂小结课堂小结 问题问题 1 1 常见逻辑电路有哪几种 它们的输入输出真值表如何 常见逻辑电路有哪几种 它们的输入输出真值表如何 问题问题 2 2 逻辑电路有哪些应用 逻辑电路有哪些应用 问题问题 3 3 实用逻辑电路是由什么组成的 实用逻辑电路是由什么组成的 图甲图乙 5 问题问题 4 4 什么是集成电路 它有哪些应用 什么是集成电路 它有哪些应用 板书设计 第八节 逻辑电路和控制电路 一 常见逻辑电路 1 与逻辑电路 2 或逻辑电路 3 非逻辑电路 二 实用逻辑电路和集成电路 1 晶体管逻辑电路 2 集成电路 课堂反馈课堂反馈 1 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 逻辑电路 B 非 逻辑电路 C 或 逻辑电路 D 或非 逻辑电路 2 如图所示电路为 A 与 逻辑电路 B 或 逻辑电路 C 非 逻辑电路 D 无法判定 3 某单位进行歌咏比赛 有三名评委 以少数服从多数的原则判定选手能否过关进入决赛 用 A B C 表示三名评委 1 表示同意 0 表示不同意 用 Y 表示结果 1 表示通过 0 表示不通过 请列出这一事件的真值表 4 如图所示是用一个逻辑电路和按钮开关 光敏电阻 蜂鸣器等元件组成的一个简单防盗报 警器的电路图 该报警器的功能是 当放在保险箱前地板上的按钮开关 S 被脚踩下而闭合 同时安装在保险箱里的光敏电阻 R0被手电筒照射时 蜂鸣器就会发出鸣叫声 试回答该 报警器使用了哪一种逻辑电路 并在电路的虚框内画出该逻辑电路符号 R2 与 R0的大小 关系如何 参考答案 1 C 2 C R2 R0 5V 0V R1 S 6 3 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 4 开关 S 闭合给逻辑电路输入高电压 同时保险箱被打开 光敏电阻 R0受到光照 电阻减 小 R2分得较大电压 也给逻辑电路输入高电压 此时电铃才响起来报警 所以虚线框 内应为 与 逻辑电路 R2 与 R0的要求是这样的 当无光照时 R0大于 R2 当有光线照 射时 R0比 R2小得多 课后测评课后测评 1 如图 关于下列逻辑电路的符号 下列说法正确的是 A 甲为 非 逻辑电路 乙为 与 逻辑电路 丙为 或 逻辑电路 B 甲为 与 逻辑电路 乙为 或 逻辑电路 丙为 非 逻辑电路 C 甲为 非 逻辑电路 乙为 或 逻辑电路 丙为 与 逻辑电路 D 甲为 或 逻辑电路 乙为 与 逻辑电路 丙为 非 逻辑电路 2 联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权 假设设计一表决器 常任理事国投反对标时 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 逻辑电路 B 非 逻辑电路 C 或 逻辑电路 D 非与 逻辑电路 3 图为包含某逻辑电路的一个简单电路图 L 为小灯泡 光照射电阻时 其阻值将变得 R 远小于 R 该逻辑电路是 逻辑电路 填 与 或 或 非 当电阻受到 R 光照时 小灯泡将 填 发光 或 不发光 4 如上图和表格是逻辑电路图及其值表 此逻辑电路为 逻辑电路 在真值表中 X 处的 逻辑值为 输入输出 ABZ 000 011 10X 111 第第 3 题图题图第第 4 题图题图 7 5 如图所示 是一个火警报警