高中物理第3章从电表电路到集成电路3_5逻辑电路与集成电路学案沪科版选修3-12 7页

3.5　逻辑电路与集成电路学习目标重点难点1．知道逻辑电路是由哪几种门电路构成，几种门电路各自对应的逻辑关系是什么。2．通过实例了解逻辑电路的应用。3．了解何谓集成电路以及集成电路的应用。重点：三种门电路的真值表及符号。难点：数字电路的意义及应用。1．逻辑电路处理数字信号的电路叫做数字电路。数字电路主要研究电路的逻辑功能。逻辑电路是由基本逻辑门电路构成的。逻辑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。按输入、输出关系的不同，可以将基本的逻辑门电路分为“与”门、“或”门、“非”门等。(1)如果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”门电路，简称“与”门。(2)若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”门电路，简称“或”门。(3)输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫做“非”关系，具有“非”逻辑关系的电路被称为“非”门电路，简称“非”门。预习交流1汽车内燃机的电动机启动时，要保证两个车门都关紧，才可能正常启动，这是哪一种逻辑关系？日常生活中你还能遇到哪些这样的逻辑关系？答案：与门关系2．逻辑电路的运用生活中的声控、光控开关，这种灯的打开条件是，在无光的条件下，当有声音发出时，灯的开关被打开，这应该是“与”逻辑电路。电热水器中水箱水位水温的自动控制是由分别接入的水位传感器和温度传感器完成的，只有当水箱充满水而且水温低于某一温时，才接通电路给水加热，这是一个“与”门电路。简单的车门报警器是只要不是按常规打开车门，就会报警，接入的逻辑电路应是：“或”门电路，因车有多个车门。3．集成电路(1)自真空电子管发明以来，电子器件的发展经历了五代。 第一代为电子管，第二代为晶体管，第三代为集成电路，第四代为大规模集成电路，第五代为超大规模集成电路。(2)集成电路是将二极管、三极管、电阻和电容等元件，按照电路结构的要求制作在一小块半导体材料上，形成一个完整的、具有一定功能并经过封装而制成的电路。(3)集成电路与由分立元件组装的普通电路相比，具有重量轻、体积小、性能好和省电等多项明显优势。预习交流2现在银行系统都设有自动取款机，请你分析一下自动取款过程中的事件与条件它们体现了一种怎样的逻辑关系？答案：先找出事件和条件，然后分析出现这种事件需要满足的条件，而判断是哪一种逻辑关系。事件是取出现金，条件有两个：一个是账号，另一个是与账号对应的密码，由于只有两者同时具备才能取出现金，即只有两个条件(账号和密码)都满足事件(取出现金)才能发生，所以是一种“与”逻辑关系。一、“与”门逻辑电路讨论：什么是“与”门电路？“与”门电路的符号和数字逻辑关系如何？答案：(1)如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫做“与”逻辑关系。具有这种逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门。如图所示，若把开关A闭合作为条件A满足，把开关B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果C成立。(2)“与”门的符号和数字逻辑关系如下：输入结果ABZ000010100111如图所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题。求：“与”门电路的输出电压Z随时间变化的关系。 解析：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)Z11110001011百度文库-让每个人平等地提升自我1000111010010100　　所以UZ随时间变化如图所示：　一般情况下，用“1”来表示高电平，“0”表示低电平，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Z的真值表，画出UZ随时间变化的关系。二、“或”门逻辑电路什么是“或”门电路？“或”门电路的符号和数字逻辑关系如何？答案：(1)若一个事件和几个条件相联系，当这几个条件中有一个满足，事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系，具有这种逻辑关系的电路称为“或”门电路，简称“或”门。如图所示，若把开关A闭合当作条件A满足，把开关B闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果C成立。(2)“或”门电路符号和数字逻辑关系如下：输入结果ABZ011 101000111如图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。答案：设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下表。虚线框内门电路的符号如图所示。输入输出S1S2D000011101111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。当有其他人打开了某一个门时，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。事件的条件可以是两个，也可以是多个，只要其中有一个满足就能产生相关结果，这个电路就是“或”门。三、“非”门逻辑电路什么是“非”门电路？“非”门电路的符号和数字逻辑关系如何？答案：(1)设正常逻辑关系为：当条件A满足时，结果C发生；当条件A不满足时，结果C不发生。与正常逻辑关系相反，如果条件A满足时，结果C不发生；条件A不满足时，结果C发生，这种关系叫“非”逻辑关系。具有这种逻辑关系的电路叫“非”门电路，简称“非”门。如图所示，若把开关A闭合当作条件A满足，把电灯亮当作结果C成立，当电灯L灭当作结果－C成立，则正常逻辑关系为：A⇒－C。 (2)“非”门电路的符号和数字逻辑关系如下：输入结果AZ0110在铁路与公路的交叉路口，安装有自动控制的信号灯。当火车来的时候信号灯亮，火车过去时信号灯灭。如图是这种信号灯的控制电路图。S1、S2为两个光控开关，光照到时接通，没照到时断开。只有两个开关都接通时，信号灯才是灭的。请在方框内画出符合要求的门电路符号。答案：见解析解析：开关闭合时输入为高电势，灯亮时输出为高电势。所以开关闭合为“1”，断开为“0”，灯亮为“1”，灯灭为“0”，则此时门电路的真值表应如图甲：这是“与非”门真值表，所以框内应为图乙。甲或乙要牢记“与”“或”“非”门电路的符号，以及其逻辑关系，并记住各自真值表，并会运用真值表解决实际问题。1．在基本的逻辑门电路中，当输入信号中有一个为“0”时，输出信号为“0”的逻辑门电路是(　　)。A．“与”门B．“或”门C．“非”门D．以上都不对答案：A解析：输入信号有一个为“0”时，“与”门电路的输出信号为“0”；“或”门电路输出什么信号要看另一个输入信号是什么，若另一个输入信号为“1”，那么“或”门电路输出信号为“1”；“非”门电路输入为“0”时，输出为“1”。2．门电路的真值表如下，它是(　　)。 输入输出ABQ000010100111A.“或”门电路B．“非”门电路C．“与”门电路D．“与非”门电路答案：C解析：由表可得只有当两输入端都成立时输出端才成立，这是“与”门的特性，所以C正确。3．如图所示是逻辑电路图及其真值表，此逻辑电路为______门电路，在真值表中X处的逻辑值为______。输入结果ABZ01110X000111答案：或　1解析：当开关A、B都合上时，用电器才工作的为“与”门；不论开关A或开关B，只要有一个合上时，用电器就工作的为“或”门；开关合上用电器不工作，开关断开，用电器才工作的为“非”门。从真值表中可以看出，只有B合上时用电器工作，两个都合上时也工作，所以为“或”门，所以X应为1。4．如图所示为两个“非”门和一个“或”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：输入输出ABY答案：如下表所示输入输出ABY001 101011110解析：分清“非”门与“或”门的特点，逐级推演出逻辑关系，列出真值表。5．A、B是一个门电路的两个输入端，Z是输出端，其真值表如下表所示，说明这是一个什么关系的电路。输入结果ABZ000011101111答案：“或”门电路