3.4 数字集成电路及其应用 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）选择性必修1 电子控制技术

普 通 高 中 教 科 书 《通用技术》选择性必修1 电子控制技术 第三章　模拟电路与数字电路 第 四 节 数字集成电路及其应用 教学设计 教学背景 党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。 通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。 教学目标： 知识与技能目标: 1.举例说明晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用。 2.了解常见的数字集成电路的类型。 3.能用数字集成电路安装简单的实用电路。 　　教学内容分析: 本章以电子控制系统的基本组成部分为主线，介绍常用电子元器件及晶体管、模拟电路和数字电路、传感器与继电器。 当你通过播放器欣赏优美的音乐时，当你通过计算机在网络世界畅游时，你是否意识到，你正在享受数字技术给我们带来的各种便利。如此神奇的数字技术，你想了解它吗？ 通过本章学习，你将学到有关数字技术的基本知识。 学情分析: 　　作为高中生，对生活中的技术产品，依据已有的知识和生活经验有了一定的评价意识和评价标准；在学习过程中，学生也已经理解了技术，只是对这些技术的理解和运用是感性的、不全面的。 教学重难点: 了解常见的数字集成电路的类型。 能用数字集成电路安装简单的实用电路。 教学策略: 本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。以为主线案例，其他实物和图片为辅线案例，贯穿教学始终。 教学准备: 展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。 　　教学过程: 　　情景倒入: 老师：本节课我们学习《通用技术》选修1第三章模拟电路与数字电路第 四 节 数字集成电路及其应用。 一、晶体三极管的开关特性 在图3-38（a）（参见教材P45）中，把开关S的开、关状态看作输入信号，把电压U0 的有无看作输出信号，这种输入、输出的关系可用图3-38（b）（参见教材P45）表示。用“0”表示开关断开，用“1”表示开关闭合。输出电压的有无也分别用“1”和“0”表示，得到图3-38（c）（参见教材P45）所示的真值表。 机械开关的体积大、开关速度慢，因此在实际的电路中，很少用一个机械开关来产生“0”和“1”。图3-39（参见教材P45）是用一个晶体三极管组成的非门电路。若S接B，Ui 为低电平“0”，则晶体三极管截止，集电极输出为高电平“1”；若Ui为高电平“1”（S接A），晶体三极管导通，集电极输出为低电平“0”。表3-6为这个电路的真值表。 表3-6 电路真值表 U1 U0 1 0 0 1 讨论 图3-38（c）（参见教材P45）与表3-6的逻辑关系有何不同？如何用晶体三极管实现与图3-39（参见教材P45）逻辑功能相同的电路？ 晶体三极管是组成各种数字电路最基本的器件，现在可以在一个芯片上集成多达10 9 个晶体三极管。由这些晶体三极管组成的电路，可以实现各种复杂的逻辑功能。根据采用不同类型的晶体管，数字集成电路主要有TTL　transistor-transistor logic）与CMOS（complementary metal oxide semiconductor）两种类型。CMOS电路容易制成集成度很高的芯片，而且功率损耗也比TTL电路小，所以目前大部分集成电路都是采用CMOS工艺制造的。但CMOS也有它的缺点，与TTL相比，CMOS的工作速度较慢。两种类型的集成电路的结构和电气性能有较大差异，在使用时要对它们的特性有所了解。 二、数字集成电路的应用 集成电路使用的注意事项： （1）使用时电源电压不要超过规定的最大电压，特别要注意电源极性，不能接反。 （2）焊接每个引脚时，焊接时间不要过长（最好＜10s）。 （3）引脚序号不能搞错。 （4）TTL型与CMOS型集成电路混合使用时，应注意两种电路逻辑电平的匹配。 设计与实践 两人抢答器的设计 设计要求 在很多智力竞赛中，都有抢答的项目（图3-41）（参见教材P47）。请设计一个两人抢答器，具体要求如下： 1．每人一个按键，按下为高电平，不按为低电平。 2．电路有两个指示灯，每人对应一个。 3．最先按下者对应的灯亮，此后，另外一人即使按下，对应的灯也不亮。 参考电路 图3-42是根据题目要求给出的一个参考电路。图中与门电路可用CT