《邏輯電路與自動(dòng)控制》參考教案

8/8第四章第四節(jié)

邏輯電路與自動(dòng)控制【教學(xué)目的】1、認(rèn)識(shí)與、或、非門電路的邏輯符號(hào)，知道它們的邏輯真值關(guān)系；2、能對(duì)與門、或門、非門電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用．由這三種基本門電路組成的復(fù)合門電路廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)控車床、全自動(dòng)洗衣機(jī)的程序控制等方面【教學(xué)重點(diǎn)】三種門電路的邏輯功能【教學(xué)難點(diǎn)】理解邏輯關(guān)系的涵義以及動(dòng)手操作驗(yàn)證基本門電路的邏輯功能【教學(xué)安排】1課時(shí)【新課導(dǎo)入】新課引入:讓學(xué)生列舉我們家庭生活中有哪些數(shù)字設(shè)備?提出問題:這些數(shù)字設(shè)備是如何工作的?它們是如何記錄信號(hào)和傳輸信號(hào)的?我們就像生活在數(shù)字化技術(shù)的“海洋”里，越來越多的數(shù)字電子設(shè)備正在走進(jìn)我們的千家萬戶，那么什么是數(shù)字化技術(shù)？有什么優(yōu)點(diǎn)？讓我們一起走進(jìn)數(shù)字信號(hào)技術(shù)的基礎(chǔ)電路——門電路。首先說明：在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”表示假和真可以使計(jì)算速度加快。而在門電路【新課內(nèi)容】與門電路實(shí)物投影課本實(shí)驗(yàn)如下圖所示:請(qǐng)同學(xué)們觀察與思考下列問題:(1)只有S1閉合，燈泡亮嗎？(2)只有S2閉合，燈泡亮嗎？(3)什么時(shí)候燈泡才亮？(4)假設(shè)開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，完成課本的真值表.如下圖所示。輸入輸出A（S1）B（S2）Z（Q）00011011教師:與門的輸出輸入看起來像數(shù)學(xué)的什么運(yùn)算？——乘法教師：對(duì)，與門的“與”在邏輯上就是共同的意思，即當(dāng)全部條件共同具備時(shí)，才能產(chǎn)生一定的結(jié)果。總結(jié)“與”邏輯關(guān)系：有兩個(gè)控制條件作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果，當(dāng)兩個(gè)條件都滿足時(shí)，結(jié)果才會(huì)成立，這種關(guān)系稱為“與”邏輯關(guān)系。點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生理解數(shù)字信號(hào)“與”邏輯關(guān)系間的聯(lián)系，對(duì)“與”邏輯關(guān)系的仔細(xì)分析，理解記住“與”邏輯的真值表。2.或門電路實(shí)物投影課本實(shí)驗(yàn)二—右圖:請(qǐng)同學(xué)們觀察與思考下列問題:(1)只有S1閉合，燈泡亮嗎？(2)只有S2閉合，燈泡亮嗎？(3)S1、S2同時(shí)閉合,燈泡亮嗎?(4)開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，請(qǐng)同學(xué)們完成課本上或邏輯真值表.（如右圖）輸入輸出A（S1）B（S2）Z（Q）00011011總結(jié)“或”邏輯關(guān)系：在幾個(gè)控制條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，結(jié)果就會(huì)發(fā)生。這種關(guān)系稱為“或”邏輯關(guān)系。點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生理解數(shù)字信號(hào)“或”邏輯關(guān)系間的聯(lián)系，對(duì)“或”邏輯關(guān)系的仔細(xì)分析，理解記住“或”邏輯的真值表。3.非門電路實(shí)物投影課本實(shí)驗(yàn)三—右圖:請(qǐng)同學(xué)們觀察與思考下列問題:燈泡什么時(shí)候亮?燈泡什么時(shí)候熄滅?開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，請(qǐng)同學(xué)們完成課本上非邏輯真值表.輸入輸出SQ10教師指出：具有“非”邏輯關(guān)系的電路稱為“非”門電路，簡(jiǎn)稱“非”門。教師引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)例題的分析和求解，通過實(shí)例分析加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解邏輯電路的運(yùn)用三種基本的門電路在實(shí)踐中更多的是以組合的形式出現(xiàn)復(fù)合門電路,這此復(fù)合的門電路可以制成各種編碼器,譯碼器,計(jì)數(shù)器,觸發(fā)器,存儲(chǔ)器等,廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和人們生活中,如本節(jié)課開頭我們列舉的數(shù)字設(shè)備等.下面通過實(shí)驗(yàn)來探究門電路的邏輯功能.非門電路的應(yīng)用實(shí)例:簡(jiǎn)易火警報(bào)警器——請(qǐng)同學(xué)們看下圖。討論其電路結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，該電路圖是一個(gè)應(yīng)用非門構(gòu)成的電路．圖中R是可變電阻，R’是一個(gè)熱敏電阻，L是一個(gè)蜂鳴器，G是一個(gè)非門。請(qǐng)大家回顧上一節(jié)課的分組實(shí)驗(yàn)中，老師請(qǐng)你們測(cè)過熱敏電阻，它有什么特點(diǎn)？（溫度升高時(shí)阻值降低）——對(duì)，這是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度較低時(shí)，熱敏電阻的電阻值非常大，而在電路中是由R和R’串聯(lián)分壓。R’遠(yuǎn)大于R;使A點(diǎn)表現(xiàn)為高電勢(shì)——1，輸出為0，蜂鳴器兩端無電勢(shì)差，不發(fā)聲。而當(dāng)火警發(fā)生時(shí)，熱敏電阻的阻值就會(huì)降低，從而遠(yuǎn)小于電阻R的阻值．從而使輸入端A點(diǎn)的電勢(shì)接近0，非門輸出端為高電勢(shì)，這樣蜂鳴器兩端獲得一個(gè)能發(fā)聲的工作電壓，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警．[拓展]由于電阻R和R’之間存在一個(gè)分配電壓的問題，因此，調(diào)節(jié)可變電阻尺，可以改變報(bào)警器的靈敏度．想一想，為了使報(bào)警器更靈敏，R應(yīng)取得大一些，還是小一些?與門電路的應(yīng)用實(shí)例：溫度和水位自動(dòng)控制電路 在鍋爐、冰箱、空調(diào)和熱水器等用電器上都需要溫度控制。比如熱水器，我們希望設(shè)定溫度為80oC的話，要是水溫經(jīng)散熱后一低于該設(shè)定，就能自動(dòng)加熱。但是又要防止一個(gè)危險(xiǎn)，如果水位低于某處，加熱器是不能啟動(dòng)的，因?yàn)檫@時(shí)內(nèi)部空氣多，加熱容易使容器爆裂。請(qǐng)大家思考一下，這里的條件和加熱器啟動(dòng)的結(jié)果之間有什么邏輯關(guān)系？可以用什么門電路來實(shí)現(xiàn)？ 學(xué)生討論——把溫度低于設(shè)定值做為一個(gè)條件；把水位高于臨界線做為一個(gè)條件，只有當(dāng)兩個(gè)條件都是真——1的情況，加熱器才能啟動(dòng)——1；這是與的關(guān)系。 教師：很好。我們來看看書上的電路圖，請(qǐng)大家具體討論一下，A的電勢(shì)高低是怎樣表達(dá)了溫度高時(shí)為0，溫度低時(shí)為1的條件的？（類似于火警報(bào)警器，可用Y與RT串聯(lián)分壓來解釋）B的電勢(shì)為什么又和水位能聯(lián)系起來？（當(dāng)水位低時(shí)，R所在線斷路，R為等勢(shì)體，其電勢(shì)為零，水位高與接觸器時(shí)，R電路接通，B電勢(shì)為+5V——輸入為1） 而J為繼電器，教師簡(jiǎn)單畫出電磁鐵和銜鐵，略述繼電器的構(gòu)造和原理。但AB條件同時(shí)成立時(shí)輸出的Z為高電勢(shì)1，所以J兩端有電勢(shì)差，將有電流產(chǎn)生磁性，吸引銜鐵，接同加熱電路。使水溫升高。小結(jié)——門電路可以看作是一種條件開關(guān)。它有一個(gè)或多個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。只有當(dāng)輸入信號(hào)滿足一定的條件時(shí)，門才開啟，信號(hào)才能通過。條件得不到滿足，門就關(guān)閉，信號(hào)就不能通過。換句話說，門電路的輸出和輸入之間存在著一定的邏輯關(guān)系。不同的門電路，輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系也不同。三、半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展電子產(chǎn)品已經(jīng)廣泛地深入到人們生活的方方面面，這與半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展密不可分；世界上最早的通用型自動(dòng)計(jì)算機(jī)有多大？所使用的是什么元件？用了多少元件？大家知道嗎？請(qǐng)看下圖：1944年，在哈佛大學(xué)誕生的“馬克”1號(hào)計(jì)算機(jī)，長(zhǎng)15米，高2.4米，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行控制的是3000多