3-12.8逻辑电路和控制电路(导学案)

2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第1页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——课题：2.8逻辑电路和控制电路姓名：学号：班级：高一（）班知识与技能目标：了解“与”逻辑、“或”逻辑和“非”逻辑的意义，理解条件与结果的关系，以及这些逻辑关系的真值表教学重点：知道“与”门、“或”门和“非”门三种基本逻辑电路。教学难点：各种门电路的逻辑关系。〖〖导导学学过过程程〗〗〖导入新课〗一、引入课题情景1：（投影）数码相机、数码摄影机、条形码、遥控器和数字电视机图片。这些电子产品都是伴随数字技术的发展而出现的，还有信息高速公路，电脑多媒体，移动电话系统等也都运用到数字技术，为什么称之为数字技术呢？让我们先来看一下这样两类电信号。情景2：模拟信号和数字信号（用多媒体课件演示两种信号）设问：这两种信号有什么不一样？如图1中的这种信号，它的电压随时间是连续变化的，比如音频电信号，我们把它叫做模拟信号。如图2显示的电信号是跳跃式变化的，它们通常只有两种状态，即高电势（比如5v）和低电势（比如0v），高电势和低电势可以分别用数字“1”和“0”来表示，这样我们就可以用“1”和“0”组成的一串数字来表示这个电信号了，所以这类信号被称为数字信号。数字技术中处理数字信号的电路叫做数字电路。逻辑电路是数字电路的基本组成部分，今天我们就来学习逻辑电路中的基本门电路。1．三种基本逻辑电路（1）“与”门真值表输入结果ABY00011011（2）“或”门真值表2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第2页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——输入结果ABY00011011（3）“非”门真值表输入结果AY01二、教学过程1．“与”门我们先来看一个简单的电路（图3），让学生判断两个开关的状态怎样决定了这个灯是亮还是灭（见表1）。图3开关S1开关S2灯泡L断断灭断合灭合断灭合合亮表1如果规定开关闭合为“1”，断开为“0”，灯泡L亮为“1”，灭为“0”，那么表中开关和灯泡所处的状态就数字化了。开关S1开关S2灯泡L000010100111表2表2中开关S1和S2是控制条件，而灯泡L是控制的结果，我们把这种表示各种控制条件和对应控制结果的表格，叫做真值表。在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“与”门。它的两个输入端分别为A和B，有一个输出端Y。当输入A与输入B均是高电势时，输出Y才是高电势。直接给出“与门”的定义：2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第3页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——输入A与输入B均是高电势时，输出Y才是高电势的逻辑电路叫做“与”门。“与”门逻辑式：Y=A·B“与”门的真值表输入输出ABY000010100111教师阐述：门电路就像一扇门，当具备开门条件时，输出端就有一个信号输出；反之，门关闭，就有另一个信号输出。图4实验演示晶体二极管“与”门电路（如图4），说明此电路分为输入端和输出端以及中间的控制电路，让学生观察到只有A．B处都接1，即都输入高电势，输出端才输出电压（高电势1），认识“与”门电路所具有的输入电势与输出电势之间的逻辑关系，知道它具有这样的逻辑关系是由于二极管具有的加正向电压被导通、加反向电压被截止的特性造成的。2．“或”门图5在这个电路中（图5），两个开关的状态如何决定这个灯的亮或灭呢？类比“与”门的学习过程，指导学生自主填写表格（表3和表4），阐述：在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“或”门；并启发学生给出“或”门的定义。开关S1开关S2灯泡L断断灭2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第4页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——断合亮合断亮合合亮表3开关S1开关S2灯泡L000011101111表4输入A与输入B中任一个或者两个都是高电势，输出Y就为高电势的逻辑电路叫做“或”门。“或”门逻辑式：Y=A+B“或”门的真值表输入输出ABY000011101111图6实验演示晶体二极管“或”门电路（如图6），介绍该电路的输入端和输出端以及中间的控制电路，让学生观察到只要A、B处任意一个接1，即输入高电势，输出端就输出电压（高电势1），让学生知道“或”门电路所具有的输入电势与输出电势之间的逻辑关系。3．“非”门在这个电路中（如图7），这个开关的状态如何决定这个灯的亮或灭呢？经历了“与”门、“或”门的学习过程，让学生完全自主填写表格（表5和表6），指出：在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“非”门，并让学生尝试给出“非”门的定义。2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第5页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——图7开关S灯泡L断灭合亮表5开关S灯泡L断灭合亮表6输入A为高电势时输出Y为低电势，输入A为低电势时输出Y为高电势的逻辑电路叫做“非”门。“非”门逻辑式：Y=?A“非”门的真值表输入输出AY0110练习1：下图中用电信号的方式标出了“与”门输入端A、B上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第6页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——练习2：下图中用电信号的方式标出了“或”门输入端A、B上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。练习3：下图中用电信号的方式标出了“非”门输入端A上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。练习4：下图所示的电路图是一个应用“非”门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，热敏电阻的电阻值很大，即R'远大于R；而当火警发生时，热敏电阻的电阻值就会降低，从而远小于电阻R的阻值），L是一个蜂鸣器，G是一个“非”门。请分析说明其工作原理。2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第7页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——小结：今天我们学习的“与”门、“或”门、“非”门在工作时好像处在“是”和“非”的逻辑判断之中，因此得名逻辑电路。“与”门、“或”门、“非”门是逻辑电路中最小的结构单位，因此把它们叫做基本门电路。用这三个基本门可以组合成复合门（如“与非”门、“或非”门等）和更加复杂的逻辑电路。逻辑电路是数字电路的基本组成部分，数字电路处理的是数字信号，受外界干扰的影响小，它具有高速度、高保真等优点，因此现在一些高质量的电视机、音响、照相机、手机等都采用数字电路。〖课后作业〗P45，【典型例题】1、在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上（包括一名）副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号。试列出真值表2、如图（1）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（2）中输出Y随时间变化的关系。【针对训练】1、教室前门共有三把钥匙，这三把钥匙之间的关系是---------逻辑关系。请写出逻辑符号以及2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第8页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——真值表（钥匙存在为“1”，不存在为“0”，门打开为“1”，未打开为“0”）。钥匙结果ABCY2、十字路口的红绿灯的关系是------------。3、楼梯过道中的电灯往往采用如图电路控制，设高电压为“1”，底电压为“0”，试讨论灯泡4、L的亮暗情况，并列出真值表ABY5、请试着写出如图中A、B、C及Y的真值表6、一个与门的输出端与一个非门的输入端相连形成一个与非门，如图（1）所示。已知输入A、B的波形如图（2）所示，试画出Y的波形图2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第9页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——〖课堂检测〗1、如图是一个火警报警装置的逻辑电路图。Rt是一个热敏电阻，，低温时电阻值很大，高温时电阻很小，R是一个阻值较小的分压电阻。（1）要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件？（2）为什么温度高时电铃会被接通？（3）为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍抵些，R的值应大一些还是小一些？2、如图所示为三个门电路符号，下列判断正确的是A、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2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第10页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——3、如图所示是一个温度报警电路，R1为热敏电阻，R2为可变电阻，是斯密特触发器，为蜂鸣器，（1）请你说明工作原理，（2）怎样能够使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？3、（1）低温时R1较大，A点电势低，Y点电势高，蜂鸣器不响，高温时R1较小，A点电势高，Y点电势低，蜂鸣器响。（2）应减小R2的阻值。4、如图所示为热水系统的恒温器电路，当温度低时，热敏电阻的电阻很大，温度高时，热敏电阻的电阻就很小。只有当热水器中有水或水的温度低时，发热器才会开启并加热，反之，便回关掉发热器。（1）图中虚线框中应接入一个什么逻辑电路？（2）为将水温调高一些，应如何改变可变电阻的阻值？参考答案：例题：1、ABCY0000001001100100100010112011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第11页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——110111112、针对训练1、钥匙结果ABCY000000110101011110011011110111112、“非”逻辑关系3、ABY0000111011104、ABY1CY2Y0000110001000100110101001000111001001110111111015、2011—2012学年第一学期高二（物理）导学案（选修3-1）主备人：于锋时间：2011.8第12页共12页——成功就是脚踏实地从点滴做起——能力训练1、（1）温度较低时Rt的阻值很大，R比Rt小的多，因此PX之间电压较大。要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件是“非”门。（2）当高温时Rt阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出是高电压，电铃响起。（3）若R较大，由于分压作用，Rt两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃响起。因此R较大，反映较灵敏。2、C4、（1）“与”门电路（2）把可变电阻R1减小。