第10课 数字电路2——逻辑电路设计-【精彩三年】2024-2025学年高中通用技术选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（苏教版2019）

第三章│电子控制系统的信号处理 ——3.3　走进数字电路，教材P54～64 第10课　数字电路2——逻辑电路设计 新课程目标 1．了解常见的数字集成电路的类型。　2.能使用常用的数字集成电路安装简单的实用电路。 目录 CONTENTS 教材整体感悟 知本与探源 01 02 命题整体感知 尝试与研析 01 教材整体感悟 知本与探源 教材整体感悟 知本与探源 1．数字集成电路 (1)数字集成电路有多种类型，最常用的有TTL和CMOS两种。 ①一种经常作为门电路中开关使用的器件是金属氧化物半导体场效应管，即MOS管，如图所示是它的电路符号。它和晶体三极管一样也有三个极：源极S、栅极G和漏极D。这三个极和晶体三极管的各电极的对应关系是： 教材整体感悟 知本与探源 源极相当于发射极，通常接地； 漏极相当于集电极，通常通过电阻接电源； 栅极相当于基极，用来控制漏极电流的大小。 普通晶体三极管是电流控制的器件，即基极必须注入电流才能使三极管导通，而MOS管属于______________器件，在其栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。MOS管在开关信号的作用下，也有导通和截止两种状态，因而也可做开关使用。 ②TTL和CMOS的区别： 电压控制 教材整体感悟 知本与探源 TTL是用普通晶体三极管构成的集成电路。 特点：________________________________________________________。 CMOS电路是用MOS管构成的集成电路。 特点：工作时消耗的功率低，但工作速度较TTL的低，允许负载流过的电流较TTL的低。 【注意】CMOS器件容易损坏，电源的极性不能接反，并 ___________________，焊接时最好将烙铁的电源切断。 运行速度较快，允许负载流过的电流较大，但消耗功率较大 做好防静电处理 教材整体感悟 知本与探源 (2)TTL与CMOS芯片部分参数对照 参数名称 TTL CMOS 电源电压/V 5 3～18 高电平(标称值)/V 2.3 VDD 低电平(标称值)/V 0.3 0 正极及负极名称 正极：VCC　负极：GND 正极：VDD　负极：VSS 多余引脚 多余输入与周围管脚短接，或与正极或负极相连(不能影响原逻辑)；多余门悬空。 多余输入与周围管脚短接，或与正极或负极相连(不能影响原逻辑)；多余门输入不能悬空，只能接正极或者接地，输出悬空。 教材整体感悟 知本与探源 (3)常见集成门电路芯片说明 集成逻辑门名称 组成门电路 一个芯片上的门数 四2输入与非门 与非门　输入端2个，输出端1个 4个 四2输入或非门 或非门　输入端2个，输出端1个 4个 四2输入或门 或门　　输入端2个，输出端1个 4个 四2输入与门 与门　　输入端2个，输出端1个 4个 六反相器 非门　　输入端1个，输出端1个 6个 双4输入与非门 与非门　输入端4个，输出端1个 2个 双4输入或非门 或非门　输入端4个，输出端1个 2个 双4输入与门 与门　　输入端4个，输出端1个 2个 双4输入或门 或门　　输入端4个，输出端1个 2个 教材整体感悟 知本与探源 (4)门电路引脚的识读(部分常用集成逻辑门引脚图) 教材整体感悟 知本与探源 如图所示的芯片为“四2输入与非门”，在图上有一个“________”，“半圆”的左侧第1个引脚为引脚1，再按______________依次增加。对于芯片实物图同样适用，芯片上都会有____________________，“半圆”或“整圆”的左侧第1个引脚为引脚1，再按______________依次增加。若“半圆”与“整圆”都存在，则以“半圆”为主，例如下图的芯片。 半圆 逆时针顺序 “半圆”或“整圆” 逆时针顺序 教材整体感悟 知本与探源 2．逻辑电路设计：一般来说，一个比较复杂的功能往往是受多种因素控制的，这些因素可以称为输入量，而这一功能可以称为输出量。输出量与输入量之间可以用一组逻辑关系来描述，用真值表加以描述这组逻辑关系，根据真值表写出逻辑函数，并根据逻辑函数设计逻辑电路。 【注意】只要真值表相同，则电路的逻辑功能相同。 教材整体感悟 知本与探源 3．常见逻辑公式 教材整体感悟 知本与探源 教材整体感悟 知本与探源 教材整体感悟 知本与探源 本课核心点·重难点 1．【解题举例】如图所示，这是举重比赛裁判表决器的电路示意图。举重比赛设有1名主裁判和2名副裁判，电键A由主裁判控制，电键B、电键C分别由2名副裁判控制。规则规定，当两名或两名以上裁判(其中必须有1名为主裁判)判定成功(闭合电键)时，表示成功的指示灯才亮。 根据上述内容，请回答下列问题： 教材整体感悟 知本与探源 (2)根据真值表写出逻辑表达式。 (3)根据逻辑表达式画出逻辑电路。 【参考答案】 A B C Y 0 0 0   0 0 1   0 1 0   0 1 1   1 0 0   1 0 1   1 1 0   1 1 1   教材整体感悟 知本与探源 (1) (3) A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 教材整体感悟 知本与探源 【解析】(2)根据真值表写逻辑表达式，必须清楚：①只取真值表中Y值为1的行；②每行之间为或的关系，每列之间为与的关系；③以A为例，表中为1，则表达式中使用A；表中为0，则表达式中使用 。 (3)逻辑表电路，一般采用与非式(或非式)，故要将表达式进行化简，并转换为与非式(或非式)。逻辑表达式化简一般有逻辑公式法或卡诺图法两种。 ①逻辑公式法化简 教材整体感悟 知本与探源 ②卡诺图法化简 A．列出图表 教材整体感悟 知本与探源 B.将真值表中的1项填入图表中　　　C．将1项画框归类 D.去项化简：框与框之间的关系是“或”；每个框中去除元素值不同的元素。以竖着的框为例，B的值不同，去除B后，保留A与C(保留元素之间 教材整体感悟 知本与探源 与的关系)，化简后为AB。整个卡诺图法化简结果为Y＝AB＋AC。 E．再化与非式。 教材整体感悟 知本与探源 2．非门的实现 与非门的实现 或非门的实现 教材整体感悟 知本与探源 3．逻辑门的二极管、三极管实现方式 逻辑门 二极管、三极管实现方式举例 与门 或门 非门 教材整体感悟 知本与探源 与非门 或非门 02 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例1 小明为鸡蛋孵化室(正常工作温度为37 ℃～39 ℃)设计了如图所示的温度检测指示电路，用V4、V5、V6的发光状态指示孵化室的温度状况。其中RT为负温度系数热敏电阻；A1、A2为电压比较器，当V＋>V－时输出高电平，当V＋<V－时输出低电平。鸡蛋孵化室温度为37 ℃～39 ℃时，V5发光，V4和V6不发光，图中虚线框中应选用的逻辑门是(　　) A．与非门 B．或非门 C．与门 D．或门 B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 温度为37 ℃～39 ℃时，V4和V6不发光，则A1、A2的输出为低电平，V5发光，虚线框的输出为高电平，即全0出1，有1出0，需要一个或非门，选项B正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式1 如图所示，这是小明设计的公筷放回提醒电路，他设计了一个餐盘底座，在餐盘底下安置力敏电阻RX(受力越大，阻值越大)来检测盘内食物的重量。餐盘底座放置公筷处设有光敏电阻，公筷放置正常后遮挡了光源。若餐盘底座上的食物重量低于设定值或筷子放回在餐盘底座放置公筷处，蜂鸣器不报警，否则蜂鸣器报警。为了实现该功能，虚线框中的逻辑电路应为(　　) C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 根据题意“若餐盘底座上的食物重量低于设定值或筷子放回在餐盘底座放置公筷处，蜂鸣器不报警”可知，A＝1或B＝0，此时F＝0。代入选项可知，选项C正确。 A.　　　　　　 　B.　　　　　 　C.　　　　　 　D. 命题整体感知 尝试与研析 变式2 如图所示，这是土壤湿度控制电路，MS1和MS2均为湿敏电阻，湿度增大时，阻值变小。当湿度低于下限值时，水泵开始浇水，达到上限值时停止浇水。图中虚线框处应选用的逻辑门为(　　) A 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 电路加湿时J——2闭合，所以RP1控制上限，RP2控制下限。F出0加湿；下限时，两点同出0，开始加湿；上限时MS1出1，MS2出0，不加湿；所以选或门，选项A正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式3 如图所示，这是小明设计的热水器温度自动控制电路，只有当水箱有水且有人时电路才能将水温控制在40 ℃～45 ℃。已知，有人时红外传感器a输出高电平；水箱有水时水位传感器c输出高电平；当温度低于40 ℃时温度电路b输出低电平，温度高于45 ℃时温度电路b输出高电平，温度为40 ℃～45 ℃时，温度电路b保持上一输出状态。下列选项中能实现虚线框中逻辑关系的是(　　) D 命题整体感知 尝试与研析 　A.　　　　 　　B.　　　　　　　 　C.　　　　　 　　　D. 命题整体感知 尝试与研析 变式4 如图所示的电路中，要求在光线强或者湿度低时，发光二极管发光。请在虚线框中利用一块芯片实现上述功能。下列电路连线正确的是(　　) 　A.　　　　 　　B.　　　　 　C.　　　 　　　D. B 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例2 如图所示，这是某逻辑电路输入信号A、B与输出信号F之间的波形图，下列逻辑门不能实现该电路的是(　　) A．1个与门和1个非门 B．3个与非门 C．2个或非门 D．1个与门和1个或门 D 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 变式 [2023·柯桥中学检测]如图所示，这是小明准备设计逻辑电路的波形图。输入信号为A、B、C，输出信号为F。下列逻辑电路中不能实现要求的是(　　) 　A.　　　　 　　B.　　　　 　C.　　　 　　　D. C 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例3 如图所示的组合逻辑电路中，输出端Y与输入端A、B之间的逻辑关系是(　　) C 命题整体感知 尝试与研析 例4 [2022·浙江1月选考]如图所示的逻辑电路，为了实现S＝1时F＝A，S＝0时F＝B，图中虚线框中应当选用(　　) A．2个与门 B．1个或门 C．1个非门 D．2个或门 C A B S F 1 × 1 1 0 × 1 0 × 1 0 1 × 0 0 0 命题整体感知 尝试与研析 变式1 [2023·金华一中检测]为了实现图1的逻辑功能，图2虚线框内逻辑电路至少还需要(　　) A．1个与非门 B．1个或非门 C．2个与非门 D．2个或非门 A B F 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 图1 图2 B 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 变式2 如图所示的逻辑电路，为了实现S＝1时F＝A，S＝0时F＝B，需要在虚线框内添加逻辑门，下列波形图所代表的逻辑门电路中，不适用于此电路的是(ui1、ui2为输入信号，uo为输出信号)(　　) A.　　　　　　　　　B.　　　　　　　　C.　　　　　　　 　D. C 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例5 某等级考试中，有A、B、C三个考核项目，要求A必须通过，同时B、C中至少有一项通过，等级考试(F)才能通过。用高电平表示通过，低电平表示不通过，下列选项中能实现上述逻辑关系的是(　　) B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 由文字描述可知，F＝AB＋AC；结合门电路的内部结构，正接二极管是或门，选项B正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式1 如图所示的电路，A点、B点为输入端，F点为输出端，下列逻辑电路中逻辑功能与其一致的是(　　) A.　　　　　　B.　　　　 　C.　　 　　　 　D. B 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 变式2 下列由三极管和电阻构成的四个电路，其中A、B是输入端，F是输出端，能实现“或非”功能的是(　　) 　A.　　　　　　　B.　　　　　　C.　　　　　　D. B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 选项A、C中三极管为PNP型三极管，基极低电位导通；选项B、D中三极管为NPN型三极管，基极高电位导通。对比三极管导通和截止两个状态，选项A、B在三极管导通时F点电位更低，三极管都截止时F点电位更高；选项C、D在三极管导通时F点电位更高，三极管都截止时F点电位更低。所以，选项A有0出0，全l出1，为“与”逻辑关系；选项B有1出0，全0出l，为“或非”逻辑关系；选项C有0出1，全1出0，为“与非”逻辑关系；选项D有1出1，全0出0，为“或”逻辑关系。 命题整体感知 尝试与研析 |随|堂|检|测| 1．某火灾报警系统设有烟感、温感和紫外光感三种探测器。为了防止误报警，只有当其中两种或两种以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统才产生报警控制信号。若用A、B、C分别代表三种探测器的探测信号，探测到火灾时为高电平，未探测到时为低电平；最终是否产生报警信号为电路的输出F，用高电平表示报警，低电平表示不报警。下列选项中不能实现上述逻辑关系的是(　　) C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 按题意列出真值表： 　A.　　　　　　B.　　　　 　C.　　　　　　D. A B C F 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 2．投影机在白天使用时，经常要拉上窗帘以提高投影效果。现要设计白天时如关闭投影机，教室窗帘能自动打开的功能。A为1代表白天，为0代表黑夜；B为1代表投影机开，为0代表投影机关；F为1代表窗帘打开，为0代表窗帘关闭。下列选项中能实现的控制电路是(　　) 　A.　　　　　 　B.　　　　 　C.　　　　 　　D. A 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 3．[2023·宁波中学检测]小明同学设计了如图所示的控制电路，通过S1、S2、S3三个开关去实现LED灯的控制，下列四个选项中与虚线框中的电路功能一致的是(　　) 　A.　　　　　 　B.　　　　 　C.　　　　 　　D. B 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 4．如图所示的逻辑电路，为了实现S＝0时F＝A，S＝1时F＝B，图中虚线框处应当选用(　　) A．2个或门 B．2个或非门 C．2个与门 D．1个或门 B 命题整体感知 尝试与研析 5．下列选项中，F与A、B的逻辑关系与如图所示的电路的逻辑关系一致的是(　　) 　A.　　　　　 　B.　　　　 　C.　　　　 　　D. B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 若与非门输出1，则左边二极管截止，VCC经过电阻经过右边二极管让三极管导通，F输出0；若与非门输出0，则左边二极管导通，VCC经过电阻经过左边二极管到地，右边二极管、三极管截止，F输出1，即：与非门后面电路相当于非门，F＝AB，选项B正确。 感谢聆听，再见！ 1律： 0律： 互补律： 结合律： 分配律： 交换律： 吸收律： 反演律：(德摩根定律) 包含律： 对合律：＝A 重叠律： (2)Y＝AC＋AB＋ABC Y＝AC＋ABC＋AB＋ABC　(重叠律) Y＝AC(＋B)＋AB(＋C) Y＝AC＋AB　(互补律) Y＝＋　(对合律) Y＝·　(反演律) 【解析】 只有a＝1，b＝0，c＝1时，F＝1。可以得到逻辑表达式为F＝ac，选项D正确。 【解析】 根据题干可得A＝1或B＝0时，F出0。逻辑应为F＝·B。选项A、B满足逻辑要求，同时选项A中的芯片为TTL芯片，选项B中为CMOS芯片，电路提供电压为9 V，因此应选用CMOS芯片，选项B正确。 【解析】 选项A，将波形图转化为逻辑表达式：F＝·B，可知需要1个与门和1个非门，选项正确；选项B，该表达式可以转变为F＝·B，可知需要3个与非门，选项正确；选项C，该表达式可以转变为F＝A＋，可知需要2个或非门，选项正确；选项D，1个与门和1个或门无法实现逻辑关系中非的关系，选项错误。 【解析】 由波形图可知，逻辑函数为：F＝AB＋ABC＋AC＝AB＋AC，选项C逻辑电路对应函数为F＝＋ ＝A( )＝A·，不能实现要求。 A．Y＝A＋ B．Y＝＋B C．Y＝·＋A·B D．Y＝·B＋A· 【解析】 根据逻辑电路列出逻辑表达式，并化简，选项C正确。 Y＝(A＋B)·＝()＋＝·＋A·B 【解析】 由题意可列如下真值表，由真值表可得：F＝AS＋B，选项C正确。 【解析】 从真值表可知，逻辑表达式为F＝AB＋，结合部分的电路，将表达式转化为F＝＋＝。由此可知虚线框内的逻辑电路是一个或非门，选项B正确。 【解析】 为便于分析，虚线框左侧设输入变量S，右侧设输出变量F1、F2。根据题意，当S＝1时，要求F＝A，可知S＝1时，F1＝0，F2＝0。当S＝0时，要求F＝，可知S＝0时，F1＝1，F2＝1。因此，虚线框内只需非门，或者与非门、或非门替代非门。选项A是或非门波形图，选项B是与非门波形图，选项D是非门波形图，选项C是与门波形图，因此选项C不适用于此电路。 【解析】 电路图中前后2个三极管都是用作非的关系，中间2个二极管是与的关系。整体逻辑表达式：F＝·B＝A＋。选项B正确。 选项C，F＝··＝(·)·(·)·(·)＝··＝A＋B＋C，选项C不符合此真值表。 【解析】 白天A＝1且关机B＝0时打开窗帘F＝1。则F＝A＝A＝＋B。选项A正确。 【解析】 设S1、S2、S3为逻辑输入(A、B、C)，LED的亮灭(F)表示，列出逻辑表达式为：F＝·A＋·C，化简后为F＝＋B。选项B正确。 【解析】 F＝(A＋S)(B＋)，需要加入非门，在选项中只有或非门可以实现非门，选项B正确。 $$