2023学年完整公开课版讲逻辑电路

重难点之大专项五电子控制题讲19逻辑电路一、数字信号分类含义模拟信号数值上和时间上都是连续变化的信号。数字信号数值上和时间上不连续变化的信号。1.数字信号中“1”和“0”的意义数字电路中常用“1”和“0”来表达状态，事实上电路中并不存在数字意义上的“1”和“0”，而仅仅是一个代码，可以用来代表任意只有两种变化状态的量，在电子电路中，这两种状态实际上就是“高电平”和“低电平”。2.数字信号的优点：容易处理、处理精度高、便于保存。3.常见的数字信号（几种常见传感器采集电路）（1）数字量采集电路①开关（闭合输出高电平或者闭合输出低电平）；分类含义数字信号②按钮（按下输出高电平或者按下输出低电平）；③常开式干簧管（有磁输出高电平或者有磁输出低电平）；④电极式水位采集（有水输出高电平或者有水输出低电平）。（2）模拟量采集及将其转换为数字量的电路；①温度（温度高输出高电平或者温度低输出高电平）；②光照（光线强输出高电平或者光线暗输出高电平）；③土壤湿度（湿度高输出高电平或者湿度低输出低电平）。二、门电路门电路指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路，是构成数字电路的基本单元之一。依据分类按逻辑功能不同分与门、或门、非门、与非门、异或门、同或门、或非门、与或非门。按电路结构不同分TTL集成门电路（输入端和输出端都用）和COMS集成门电路（用互补对称MOS管）。按功能特点不同分普通门（推拉式输出）、输出开路门、三态门、CMOS传输门。名称逻辑表达式逻辑符号真值表逻辑运算规则与门F=ABA0

0

1

10

1

0

1有0得0全1得1BF0

0

0

1或门F=A+BA0

0

1

10

1

0

1有1得1全0得0BF0

1

1

1非门A0

1有0得1有1得0F1

0与非门A0

0

1

10

1

0

1有0得1BF1

1

1

0全1得0或非门A0

0

1

10

1

0

1有1得0BF1

0

0

0全0得1☆八种常用逻辑门实用知识名称逻辑表达式逻辑符号真值表逻辑运算规则异或门A0

0

1

10

1

0

1不同得1；BF0

1

1

0相同得0。同或门A0

0

1

10

1

0

1不同得0；BF1

0

0

1相同得1。与或非门A0

0

…

10

0

…

10

0

…

10

1

…

1AB或CD有一组或两组全是1，结果得0；BCD其余输出全得1。F1

1

0☆逻辑代数的基本公式和常用公式序号公式序号公式10·A=0110+A=A21·A=A121+A=13A·A=A13A+A=A4145A·B=B·A15A+B=B+A6A·（B·C）=（A·B）·C16A+（B+C）=（A+B）+C7A·（B+C）=A·B+A·C17A+B·C=（A+B）·（A+C）8189191020三、简单的组合逻辑电路组合逻辑电路是一些门电路通过适当的组合与连接，形成具有特定逻辑功能的电路。由于组合逻辑电路的输出只取决于某时刻的输入，因此不具有记忆功能。☆组合逻辑电路的设计方法（1）根据题目确定逻辑变量，分输入变量和输出变量。（2）根据题目中给定的逻辑关系列出真值表。（3）由真值表确定原始逻辑关系表达式。①把真值表中函数值为1的变量组合选出来。②把变量值是1的写成原变量，是0的写成反变量，把组合中各变量相乘得到乘积项。③把乘积项相加，便得到相应的逻辑表达式。（4）对得到的逻辑表达式利用逻辑代数方法进行化简，必要时还须化简成与非-与非式。普通表达式转化成“与非-与非式”的方法就是对原表达式求反再求反，然后对其中一个利用反演率进行转化。如：Y1=AB+AC+BC=。（5）根据逻辑表达式画出数字逻辑电路图。（6）选择相应数字电路进行电路设计。四、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用1．NPN型三极管的开关特性知识储备见讲17。2．PNP型三极管的开关特性知识储备见讲17。3．分立元件组成的门电路（1）二极管门电路②二极管或门电路①二极管与门电路（2）三极管非门电路及组合门电路①三极管非门电路（反相器）②组合门电路a.与非门电路

b.或非门电路五、常用数字集成电路类型数字集成电路的种类繁多，在实际应用中，广泛使用的是双极型（如TTL、HTL、DTL、ECL）等和单极型（如CMOS、PMOS、NMOS）等集成电路。CMOS和TTL集成电路是生产数量最多、应用最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。分类TTLCMOS工作电源VCC=5V。VDD=3V~18V。输出电平UOL=0.3V，UOH=3.6V。UOL≈0V，UOH≈VDD。阈值电压UTH=1.4V。UTH=0.5VDD。输入端串接电阻Ri当Ri>Ron（2.5kΩ），输入由0→1。在一定范围内,Ri的改变不会影响输入电平。输入端悬空即Ri=∞，输入为“1”。多余输入端的处理1.与门、与非门接电源；或门、或非门接地。2.与其它输入端并联。三极管是电流控制型器件，场效应管是电压控制型器件，因此场效应管很容易被静电损坏，所以场效应管中大多都有保护二极管。场效应管性能优良，但在分立元件中，低电源电压适应性比三极管要差。六、基本触发器的组成特征及应用基本触发器是数字电路的基本部件之一，具有记忆和存储的功能。基本触发器通常由2只或非门（或2只与非门）交叉连接而成。任何触发器都有2个输出端Q和，正常情况下Q和总是反相的，即不是（Q=0，和=1）就是（Q=1，和=0）。基本触发器有2个输入端S和R。基本触发器或非门触发器与非门触发器逻辑图功能表分类示例高电平基本触发器（2只或非门交叉连接构成）低电平基本触发器（2只与非门交叉连接构成）七、比较电路——集成运算放大器集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有高电压放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合放大器。它在发展初期主要用来实现模拟运算功能。后来，集成运放已成为像晶体管一样的通用增益器件，广泛用于模拟电子线路的各个领域。CF741是国产第二代集成运算放大器，采用双列直插式外形封装。它的管脚顺序是：管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。（1）引脚2、引脚3为输入端，引脚6为输出端；2脚通常为U－，3脚通常为U+。当U+>U－时，U6为高电平（+VCC）；当U+<U－时，U6为低电平（－VCC）；当U+=U－时，U6为零电平。（2）引脚1、5用来调0，引脚4接负电源（-VCC），引脚7接正电源（+VCC），引脚8空置。运算放大器通常有两个输入端，即同相输入端和反相输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。例1［2015.9浙江模拟］下列信号中属于模拟信号的是（）B一、数字信号【解析】车速信号是连续的，属于模拟信号。模板答题数字信号只有两个离散值：常用数字0和1来表示，这里的0和1没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑0和逻辑1。“1”和“0”并不表示数值的大小，“1”（高电平）和“0”（低电平）可以代表1位二进制数字，“1”（高电平）和“0”（低电平）也可代表信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等事物之间的关系。例2［2015.10浙江］如图所示为楼道照明灯的控制电路。用A和B分别表示2个单刀双掷开关的状态，“1”表示开关向上，“0”表示开关向下。用L表示灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯不亮。关于该电路的逻辑关系，下列真值表中正确的是（）A二、门电路【解析】本题考查基本逻辑门电路的逻辑关系，从图中可以看出开关同向电路通，所以A、B同为0或1时输出为1，故选A。例3［2017.11浙江］如图所示是一种两位二进制译码器的逻辑电路图，XY表示输入，F1F2F3F4表示输出。当X为1、Y为0时,F1F2F3F4为（）A．0000 B．0100 C．0010 D．0001D例4［2016.10浙江］如图所示是小明设计的蔬菜大棚自动报警电路示意图，Rt是负温度系数热敏电阻。当光线暗并且温度低于设定值时，蜂鸣器发声报警。图中虚线框处应选用的逻辑门是（）C【解析】本题考查逻辑门电路。当光线暗并且温度低于设定值时，蜂鸣器发出报警，光线暗时Rg阻值大，分到电压多，三极管V1基极电势高，三极管V1导通，集电极输出低电平；Rt是负温度系数热敏电阻，温度低时，其阻值大，分到电压多，三极管V2基极电势高，三极管V2导通，集电极也输出低电平；蜂鸣器响，则三极管V3导通，基极电势高。当输入都是低电平时，输出才是高电平，则逻辑门是或非门，C项正确。模板答题知识储备见本讲“知识整合”。例5［2018.4浙江］如图所示的电路，下列分析中正确的是（）A．V2始终不发光B．S断开时，V1不发光，V2发光C．S断开时，V1发光，V2不发光D.S闭合时，V1发光，V2发光B三、简单的组合逻辑电路【解析】S断开时，电路中上面的与门两个输入为：上面的为1，下面的为0，输出为0；下面的与门两个输入，其中上面的为0，因此输出为0。右边的或非门两个输入为0，输出为1，二极管V2阳极为高电平，阴极接地为低电平，因此V2发光，而二极管V1阳极为低电平，因此V1不发光，因此B项对。S闭合时，二极管V1阳极接高电平，阴极接地为低电平，因此V1发光。电路中上面的与门两个输入均为1，输出为1；下面的与门两个输入上面的为1。右边的或非门上面的输入为1，输出为0，二极管V2阳极为低电平，因此V2不发光，故D项错误。例6

［2015.9浙江模拟］如图所示为某热敏电阻在不同温度下电阻值的变化曲线。现需要设计一个水箱水温提醒器,用该热敏电阻作为传感器,当水温达到100℃时,蜂鸣器发出提醒声。以下符合上述设计要求的电路是（电路图中Rt为热敏电阻）（）DABCＤ【解析】热敏电阻的阻值随温度上升而减小，选项D电路中，当水温达到100℃时，或非门的两输入端均为0，输出为1，蜂鸣器工作，故选项D正确。例7［2018浙江模拟］小明在搭接选修1中的四舍五入的逻辑电路时，发现需要一个三输入的或门（如图所示），现手头只有多个二输入的与非门、或非门，下列替代三输入或门的方案合理的是（）B例8如图所示是举重比赛裁判表决器的电路示意图。举重比赛设有1名主裁判和2名副裁判，电键A由主裁判控制，电键B和电键C分别由副裁判控制。规则规定，当两个或两个以上裁判（其中要求必有1个为主裁判）判定成功（闭合电键）时，表示成功的指示灯才亮。根据上述描述，请回答以下问题：（1）设Y为指示灯，1表示灯亮，0表示灯不亮。电键闭合为1，电键打开为0。请填写下列的真值表；（2）根据真值表写出逻辑表达式；（3）根据逻辑表达式画出逻辑电路。ABCY000001010011100101110111答案 (1)真值表： (2)逻辑表达式：Y＝AC＋AB (3)逻辑电路：ABCY00000010010001101000101111011111模板答题组合逻辑电路的常用解题方法：（1）顺向思维——高低电平标记法：从输入信号推断门电路的输出信号称为顺向思维。解题时，从门电路的输入脚出发，标记相应输入信号“0”或“1”，根据逻辑门功能，在输出脚上标记输出结果。以此类推，推断出最后的逻辑输出结果或现象。此法特别适用于“已知一种输入，推断相应输出”的题目，如2016.4第13题。（2）逻辑表达式法：根据已有逻辑电路图，写出相应逻辑表达式，再进行相应逻辑计算，计算出真值表中的逻辑结果。例9

［2016.4浙江］如图所示电路，V3工作于开关状态。当输入X=0、Y=1时，以下发光二极管状态中正确的是（）A.V1不发光、V2不发光

B.V1不发光、V2发光C.V1发光、V2不发光

D.V1发光、V2发光C四、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用例10［2018金华模拟］为了迎接新年的到来，小明要组织班级游园活动；小明为活动设定了三名裁判，其中班主任为主裁判A，班长和文艺委员分别为副裁判B和C；要求只有当主裁判A按下按钮，且副裁判B和C至少一位按下按钮才算成功，此时蜂鸣器鸣叫示意。请根据上述所述，来为小明设计一个裁判判定器：（1）根据题意，分析图中虚线框1中输入端D、E和输出端F的逻辑关系，并填写下列真值表；DEF0000110111（2）根据上述真值表的分析，在图中虚线框1中画出逻辑门电路；（3）试验时小明发现蜂鸣器发出的声音太轻，于是想用220V交流电供电的电铃代替蜂鸣器，而且发现原有的PNP型三极管V已经损坏，现手头只有NPN型三极管；要求系统保持原有功能；请你根据上述情况帮助小明在虚线框2中画全电路图。答案

(1)2分 (2)1分DEF000010100111答案

(3)3分，每处1分模板答题知识储备见本讲“知识整合”。例11［2018温州模拟］如图所示是实现夜里开门自动亮灯的电路图，以下对该电路原理分析不正确的是（）A.门打开时该电路中干簧管相当于断路B.傍晚想推迟系统工作时间应调小R1电阻阻值C.电阻R3起到限流作用D.用一个四2输入与非门集成电路可以实现电路中V部分逻辑门的功能B五、常用数字集成电路类型例12［2015.10浙江］如图a所示是声光控开关实验电路原理图，电路中发光二极管V3在光线较弱且有声音时才能发光。MIC（传声器）、C1、V1、R2、R3、R4组成声音信号采集与放大电路，R1、R5组成光线信号的采集电路，V2、R6、C2组成灯光延时电路。集成电路CC4011为四2输入与非门（引脚见图b），用于控制和输出逻辑电平。请完成以下任务：图a声光控开关实验电路原理图（1）集成电路CC4011中与非门的2个输入端A（1脚）和B（2脚）与输出端Y（3脚）的逻辑关系是＿＿＿＿；图b

CC4011引脚图（2）当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值＿＿＿＿（在①增大；②减小；③不变中选择一项，将序号填写在“＿＿＿＿”处）；（3）图a中，当CC4011的4脚输出高电平，二极管V2导通，由于V2导通时电阻值较小，电容C2很快被充电到高电平，此时发光二极管V3＿＿＿＿（在①发光；②不发光中选择一项，将序号填写在“＿＿＿＿”处）；（4）小亮同学完成实验后，准备将该实验电路应用于楼道灯的控制。楼道灯由220V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开关，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。请你根据上述要求在虚线框中帮助小亮画全电路图。答案

(1)Y＝或全高出低，有低出高或(2)①

(3)①

(4)如：【解析】(1)本小题考查数字信号、逻辑门及数字集成电路。与非门的逻辑关系是全高出低，有低出高。(2)本小题考查认识常见的传感器、传感器的应用。光敏电阻具有在光照条件下其阻值迅速减小的特性。所以当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值增大，故选①。(3)本小题考查继电器的作用和类型、直流电磁继电器的构造、规格和构造原理及晶体三极管的放大与开关作用。有声音时，2脚为“1”，光线较弱时，光敏电阻阻值增大，两者同时成立时，1、2脚为“1”，3脚为“0”，从而5、6脚为“0”，4脚为“1”；快速对电容C2充电，使8、9脚为“1”，从而10脚为“0”，使12、13脚为“0”，11脚为“1”，V3发光，故选①。(4)本小题考查电子元器件和逻辑门、应用与非门知识及二极管单向导电性和正向导通电阻小。模板答题☆1.常考类型为CMOS型集成电路，如：CC4011集成电路。☆2.电路设计中数字集成电路连线方法（1）先接好集成电路的电源和接地，VCC（或VDD）脚接电源，GND（或VSS）脚接地；（2）根据要求选取集成电路中某个或几个门电路连线。☆3.某一功能模块的补画，按以下步骤完成：（1）明确功能模块所完成的控制信号的传输线路；（2）确定所需的元器件；（3）分辨信号线，电源正、负极；（4）完成线路的连线、设计。常见的输出部分功能模块如下：模板答题①三极管控制继电器模块模板答题②继电器常开触点控制电灯模块模板答题③继电器转换触点控制马达指示灯模块模板答题④三极管控制马达模块和蜂鸣器模块模板答题⑤传感器输入（传感器接上面、接下面）模板答题⑥二极管指示模块（接地，接电源）例13［2017.4浙江］下列关于如图所示电路的分析中，正确的是（）A.S断开时V不发光，S闭合时V发光B.S断开时V发光，S闭合时V不发光C.不管S闭合还是断开，V都发光D.因为电路的初始状态未知，所以不能确定V是否发光A六、基本触发器的组成特征及应用例14［2018浙江模拟］如图所示，采用由两个或非门组成的RS触发器。SB为连动式按钮，如图所示状态为与上面R连通，按下后与下面S连通，再按一下，又恢复到如图所示状态。请完成以下任务；（1）完成Q和S、R的真值表。SRQ00不变011011不使用（2）如下图所示为小通同学对上述电路进行改进，设计了一个可以实现触摸开关灯的电路。电路中输入部分为两对金属触摸触点，当用手触摸触点时触点接通，左边触点用于开灯，右边触点用于关灯。但该电路还存在一个设计缺点＿＿＿＿（在①不能同01①时触摸二个金属开关；②继电器吸合、释放时会发出声音中选择一项，将序号填写在“＿＿＿＿”处）；如果发现触摸开灯触点后，灯不亮，不可能的原因是＿＿＿＿（在①开灯金属触摸触点断路；②VT断路；③R3阻值过大；④VD断路中选择一项，将序号填写在“＿＿＿＿”处）；④（3）设计后，发现手头只有运算放大器，其输入输出关系如图，请你在虚线框内连线，实现按下SB灯亮功能。答案(3)2分模板答题知识储备见本讲“知识整合”。例15

［2018浙江模拟］小通同学设计了如图所示的温度指示电路，其中C1、C2为运算放大器，其特性如下表所示。当检测到的温度过高时，仅V1绿灯亮；温度过低时，仅红灯V2亮。调试过程中，发现温度过高时，发光二极管V1不亮，V2反而亮，温度过低时反之。造成该现象可能的原因是（）A.R4阻值偏小

B.R6阻值偏大C.C1与C2位置接反了

D.V1和V2位置接反了D七、比较电路——集成运算放大器例16［2017.11浙江］小明设计了如图所示的温度报警电路。当检测到的温度高于设定值后，V3随温度升高逐渐变亮，如果温度继续上升到一定值后，V4、V5开始变亮，最后蜂鸣器HA发出报警声。根据电路图和功能要求完成下列任务：（1）Rt应选择＿＿＿＿（在A.正温度系数热敏电阻；B.负温度系数热敏电阻；C.可调电阻；D.定值电阻中选择合适的选项，将序号填入“＿＿＿＿”处）；（2）从V3变亮到V4、V5变亮的过程中，V1集电极c和发射极e之间的电压＿＿＿＿（在A.降低；B.升高；C.保持不变中选择合适的选项，将序号填入“＿＿＿＿”处）；（3）小明搭建了测试电路，测试中，先固定Rp1，然后改变温度，发现发光二极管V3、V4、V5温度高时不亮，温度低时反而亮。造成该现象不可能的原因是＿＿＿＿（在A.V1误用了PNP型；B.Rt与Rp1位置接反了；C.Rp1阻值偏小中选择合适的选项，将序号填入“＿＿＿＿”处）；BAC（4）小明在调试电路时，不小心损坏了三极管V1，准备用电压比较器代替三极管V1来实现温度过高报警，请你帮助小明在电路图虚线框中将比较器连接好；答案 (4)（5）修改后的电路相比原电路＿＿＿＿（在A.功能完全一样；B.V3、V4、V5同时亮灭；C.Rp1和Rp2能分别设定报警温度的上限和下限中选择合适的选项，将序号填入“＿＿＿＿”处）。B例17［2016.4浙江］如图所示是小明设计的温度报警装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入