教案.第四講-無關(guān)項函數(shù)化簡法與表達式變換及分立元件門電路

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第四講 無關(guān)項函數(shù)化簡法與表達式變換及分立元件門電路本講重點1.具有無關(guān)項的邏輯函數(shù)化簡法；2.邏輯函數(shù)形式的變換；3.半導(dǎo)體二極管構(gòu)成邏輯與門以及或門；4.雙極型三極管構(gòu)成邏輯非門。本講難點1.邏輯函數(shù)最簡表達形式變換法；2.如何利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)；3.分立元件邏輯門電路工作原理。教學手段本講宜教師講授，安排練習與學生互動，用多媒體演示為主、板書為輔。教學步驟教學內(nèi)容設(shè)計意圖表達方式1回顧上一講常規(guī)邏輯函數(shù)化簡法內(nèi)容，為本次課第一部分內(nèi)容做準備?；仡櫳弦恢v常規(guī)邏輯

2、函數(shù)化簡法內(nèi)容：1）最簡與或表達式最簡與或表達式的標準是：該與或式中包含的乘積項的個數(shù)最少，且每個乘積項所包含的因子數(shù)也最少。2）公式化簡法常用公式化簡法：并項法、吸收法、消因法、配項法、消項法，綜合法。3）卡諾圖化簡法的規(guī)則和步驟化簡依據(jù)：邏輯相鄰性的最小項可以合并，并消去因子。化簡規(guī)則：能夠合并在一起的最小項是2n個（畫圈）。如何最簡：圈的數(shù)目越少越簡；圈內(nèi)的最小項越多(圈大)越簡。步驟：為了與前次課內(nèi)容銜接，需要進行簡單地復(fù)習與回顧。之后，引入新教學內(nèi)容，如此處理教學效果會好。為了節(jié)約課時采用課件PPT演示方式組織教學。2提出問題，導(dǎo)入具有無關(guān)項邏輯函數(shù)化簡內(nèi)容討論。1）實際當中可能遇到

3、對某些輸入變量組合不允許出現(xiàn)的邏輯問題，也即邏輯上對某些輸入變量存在約束時，如何表示約束條件，又如何化簡這樣的邏輯函數(shù)；2）邏輯函數(shù)化簡表達式有哪些形式，采用什么方法得到？用問題激發(fā)學生聽課的興趣。3對上述問題的逐一講解、解答。3.1講解無關(guān)項的概念3.2講解利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)的方法。3.2講解邏輯函數(shù)形式的變換方法。1. 邏輯函數(shù)式中無關(guān)項概念及利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)式中的無關(guān)項包含約束項和任意項。約束項：當限制某些輸入變量的取值不能（或不允許）出現(xiàn)時，用輸入變量對應(yīng)的最小項恒等于0來表示。任意項：在輸入變量的某些取值情況下，無論函數(shù)值是1還是0皆可，并不影響電路的功能。稱不影響

4、電路功能所對應(yīng)的最小項為任意項。2. 利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)在卡諾圖（或真值表）中用符號“”、“”或“d”表示無關(guān)項產(chǎn)生的邏輯輸出。在化簡具有無關(guān)項函數(shù)時，按照有利于得到最簡函數(shù)原則，無關(guān)項既可以認為它是1，也可以認為它是0?；啎r沒被利用的無關(guān)項不必關(guān)注。例2：設(shè)計監(jiān)測電機是否工作的邏輯電路。有3個開關(guān)A、B、C分別控制電機F的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。若用1、0表示分別開關(guān)的閉合、斷開，用1、0表示電機工作、停止，請求出該監(jiān)測電路的邏輯最簡表達式。解：把問題根據(jù)題意抽象成邏輯真值表利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)不利用無關(guān)項的化簡結(jié)果若利用無關(guān)項的化簡結(jié)果利用公式化簡邏輯函數(shù)3. 邏輯函數(shù)形式的變換根據(jù)邏輯

5、表達式，可以畫出相應(yīng)的邏輯圖，表達式的形式?jīng)Q定門電路的個數(shù)和種類。在用電子器件組成實際的邏輯電路時，由于選擇不同邏輯功能類型的器件，因此需要將邏輯函數(shù)式變換成相應(yīng)的形式。最簡與非-與非表達式最簡或與表達式最簡或非-或非表達式最簡與或非表達式該部分主要是讓學生們理解無關(guān)項概念以及利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)方法。課堂設(shè)計：通過舉例解題方式與學生互動式教學，使學生更易理解和掌握。此例目的：使學生通過實例更好理解利用無關(guān)項化簡邏輯函數(shù)的合理性為了節(jié)約課時采用課件PPT演示方式組織教學。此處提醒：根據(jù)題意含義就是電機不停，即電機在工作，化簡結(jié)果是合理的。此處強調(diào)：因為無關(guān)項可按照0處理，所以用公式化簡時，表

6、達式中本著最簡原則，可添加有利于化簡的無關(guān)項簡化與或表達式。該部分主要是讓學生們理解邏輯函數(shù)形式的變換目的以及掌握邏輯函數(shù)形式的變換方法。此處強調(diào)：實際當中無或與門電路，求該表達式是作為變換為其它表達式的中間步驟。此處提醒：利用或與表達式才能得到結(jié)果。為了節(jié)約課時采用課件PPT演示方式組織教學。4.小結(jié)具有無關(guān)項邏輯函數(shù)化簡法與表達式變換等內(nèi)容1）邏輯函數(shù)式中的無關(guān)項約束項、任意項；2）在化簡函數(shù)時，按照有利于得到最簡函數(shù)原則，無關(guān)項既可以認為它是1，也可以認為它是0?；啎r沒被利用的無關(guān)項不必關(guān)注；3）邏輯函數(shù)形式的變換由與或表達式與非-與非表達式；由與或表達式或與表達式；由與或表達式或非-

7、或非表達式；由與或表達式與或非表達式。通過課堂總結(jié)，使學生加深對上述內(nèi)容的印象。5.提出問題，導(dǎo)入分立元件邏輯門電路構(gòu)成方法等內(nèi)容的討論。1）邏輯門電路概念是什么；2）基本邏輯運算與、或、非，使用電子器件如何實現(xiàn)；3）常用邏輯運算如與非，如何利用電子器件實現(xiàn)？用問題激發(fā)學生聽課的興趣。6.對邏輯門電路問題的逐一講解、解答。6.1講解邏輯門電路概念6.1講解分立元件邏輯門電路6.1.1復(fù)習半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性6.1.2講解用半導(dǎo)體二極管構(gòu)成邏輯與門的電路原理6.1.3講解用半導(dǎo)體二極管構(gòu)成邏輯或門的電路原理6.1.4溫習雙極型三極管原理及特性，并講解用三極管構(gòu)成邏輯非門的電路原理6.1.5講解

8、用二極管和三極管構(gòu)成與非門電路組成及原理1. 邏輯門電路概述邏輯門電路簡稱門電路，是用以實現(xiàn)邏輯運算的電子電路，與已經(jīng)講授過的邏輯運算相對應(yīng)。常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。正邏輯：高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0。正邏輯：高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0。獲得高、低電平的基本方法：利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通、截止（即開、關(guān)）兩種工作狀態(tài)。2. 分立元件邏輯門電路2.1 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性影響PN結(jié)工作速度因素分析當外加電壓由反向突然變?yōu)檎驎r，要等到PN結(jié)內(nèi)部建立起足夠的電荷梯度后才開始有擴散電流形成，因而正向電流的建立稍微滯后一點。當外

9、加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，存儲電荷反向電場的作用下，形成較大的反向電流。經(jīng)過ts后，存儲電荷顯著減少，反向電流迅速衰減并趨于穩(wěn)態(tài)時的反向飽和電流。反向恢復(fù)時間即存儲電荷消失所需要的時間，它遠大于正向?qū)ㄋ枰臅r間。即PN的開通時間是很短的，它對開關(guān)速度的影響很小，以致可以忽略不計。因此，影響PN的開關(guān)時間主要是反向恢復(fù)時間，而不是開通時間。2.2 二極管與門 2.3 二極管或門 2.4 雙極型三極管構(gòu)成非門（反相器）一. NPN雙極型三極管的結(jié)構(gòu)二. NPN雙極型三極管的輸入特性和輸出特性三. NPN雙極型三極管的基本開關(guān)電路在數(shù)字電路中，三極管主要工作在飽和和截止兩種開關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是

10、極短暫的過渡狀態(tài)。開關(guān)應(yīng)用舉例電路如圖所示。分別求ui=1V、0.3V、3V時，輸出uo為多大？ui=1V時三極管導(dǎo)通首先判斷是否飽和，三極管臨界飽和時基極電流：基極實際電流大小為：顯然0iBIBS。工作于放大狀態(tài)。因此uo為：uo=uCE=VCC-iCRc=VCC-iBRc=5-0.03501=3.5Vui=0.3V時，因為uBEIBS。工作于飽和狀態(tài)。所以輸出電壓：uo=UCES0.3V。四. 雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性五. 三極管反相器2.5 二極管和三極管構(gòu)成與非門及或非門該部分主要是讓學生們理解邏輯門電路概念。此處強調(diào)：高、低電平都有一定的取值范圍，具體范圍需根據(jù)應(yīng)用場景決定。該部分

11、主要是讓學生們掌握分立元件邏輯門電路構(gòu)成及工作原理。此處說明：數(shù)字電路中半導(dǎo)體器件主要工作在導(dǎo)通/截止，即開/關(guān)工作狀態(tài)。此處強調(diào)：影響PN的開關(guān)時間主要因素是反向恢復(fù)時間。今后采取措施加快開關(guān)工作速度就是針對該特性。此處提醒：高/低電平可在一定范圍之內(nèi)取值，都可認為是邏輯1或0。此處說明：非和反相在數(shù)字電路中含義相同。重點介紹：NPN雙極型三極管飽和/放大判斷準則以及方法。課堂設(shè)計：通過舉例解題方式與學生互動式教學，使學生更易理解和掌握。為了節(jié)約課時采用課件PPT演示方式組織教學。此處提醒：影響雙極型三極管開關(guān)速度的主要因素是從飽和到截止動作時間。此處說明：電平鉗位與調(diào)整的功能是為了前后電路的匹配，當電路不需要匹配時，也可以省略。7.小結(jié)分立元件邏輯門電路構(gòu)成方法等內(nèi)容1）邏輯門電路中半導(dǎo)體器件主要工作在導(dǎo)通/截止的開/關(guān)工作狀態(tài)；2）利用半導(dǎo)體二極管可以構(gòu)建與門和或門，但只用二極管無法構(gòu)成非邏輯門；3）利用NPN型雙極型三極管飽和導(dǎo)通和截止的開/關(guān)特性可以