3.3 走进数字电路（教学设计）通用技术苏教版2019选择性必修1

课题 3.3走进数字电路 课时 2课时 教材版本 苏教版通用技术选择性必修1 年级 高二 教学目标 技术意识： 能阐述与门、或门、非门、与非门和或非门等基本逻辑门的逻辑关系。 图样表达： 认识和会画逻辑门电路的符号、组合逻辑电路图。 物化能力： 会设计组合逻辑电路和制作实用电路。 教学重难点 重点：与门、或门、非门、与非门和或非门等基本逻辑门的逻辑关系、真值表、逻辑符号和波形图。 难点：用数字集成电路安装简单的实用电路。 学情分析 学生已经学习了第三章第一节“模拟信号与数字信号”，清楚了数字信号（0和1）的基本概念、特点及其与模拟信号的区别，对电路的基本知识（如电压、电流、通路断路）有初步了解。学生具备在面包板上搭接简单电路的能力，但可能对集成电路（IC）的使用比较陌生。认知特点与潜在困难：学生容易将数字电路与之前学习的模拟电路混淆，难以理解“用电路实现逻辑运算”这一核心思想。 对“高电平1、低电平0”与具体电压值的对应关系可能感到抽象。从独立的逻辑门到组合逻辑电路的综合应用是一个思维跳跃，如何根据实际需求设计电路是本节课的难点。 课前准备 教学硬件环境：多媒体教室 教学资源：PPT课件 教学环节 教学过程 一、 课堂导入 创设情境 播放《三人表决器》视频 教师提问：这个神奇的裁判，它的内部是如何工作的？它是如何知道“多数同意”的呢？ 学生活动：思考问题并积极回答。 师：引出课题：这个裁判器的核心，就是由几个基本的逻辑门组合而成的数字电路。今天我们就一起《走进数字电路》，揭开它神秘的面纱。 设计意图：通过一个有趣、直观的视频演示，快速吸引学生注意力，激发浓厚的学习兴趣。明确本节课要解决的核心问题，将抽象的“数字电路”概念具象化为一个可实现的任务，使学习目标清晰化。 二、 探究活动 新知讲解 任务一：识别基本逻辑门 教师活动：电子控制系统控制(处理)部分的输出信号与输入信号之间存在着一定的逻辑关系，其中输出信号对应于逻辑结论，输入信号对应于逻辑前提。实现各种逻辑关系的电路称为数字电路(或逻辑电路)。在数字电路中，“真”用高电平(“1”)表示，“假”用低电平(“0”)表示。“1”和“0”称为数字电路的真值或逻辑值。 学生活动：理解数字电路中“1”和“0”的概念。 师：门电路是数字电路最基本的单元，三种基本逻辑门电路包括与门、或门和非门。 与逻辑 1. 逻辑关系：所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真。 学生活动：根据逻辑关系思考举例生活中存在的与逻辑事件？ 教师引导：利用串联电路解释与逻辑，并根据灯的亮灭情况完成一张对应的真值表。 2. 与门真值表 3. 与门波形图 4. 与门逻辑符号 5. 与门逻辑关系 或逻辑 1. 逻辑关系：逻辑前提中有一个或一个以上为真，逻辑结论就为真。 学生活动：根据逻辑关系思考举例生活中存在的或逻辑事件？ 教师引导：利用并联电路解释或逻辑，并根据灯的亮灭情况完成一张对应的真值表。 2. 或门真值表 3. 或门波形图 4. 或门逻辑符号 5. 或门逻辑关系 非逻辑 1. 逻辑关系：逻辑前提为假时逻辑结论为真，逻辑前提为真时逻辑结论反而为假。 学生活动：根据逻辑关系思考举例生活中存在的非逻辑事件？ 2. 非门真值表 3. 非门波形图 4. 非门逻辑符号 5. 非门逻辑关系 教师总结： 任务二：探究与非门和或非门的逻辑关系 师：“与非”关系和“或非”关系是从三种基本逻辑关系推演出来的复合逻辑关系．实现这两种逻辑关系的门电路分别称为与非门(NAND)和或非门(NOR)。 与非逻辑 教师活动：以与门的真值表为例引出与非门的真值表 学生活动：观察与门与与非门的真值表，得出结论 总结：与非门的输出值和与门的输出值完全相反。 1. 与非门真值表 2. 与非门波形图 3. 与非门逻辑符号 4. 与非门逻辑关系 教师活动：以或门的真值表为例引出或非门的真值表 学生活动：观察或门与或非门的真值表，得出结论 总结：或非门的输出值和或门的输出值完全相反。 1. 或非门真值表 2. 或非门波形图 3. 或非门逻辑符号 4. 或非门逻辑关系 例题分析：组合逻辑电路如何从电路写成表达式 教师引导： 任务三：认识常用的数字集成电路 教师：介绍门电路和三极管的开关特性 师：门电路是用晶体三极管或MOS管（金属氧化物半导体场效应管）构成的电路，现在都已集成化，是一种数字集成电路。在数字电路中，用电平的高和低来代表逻辑1和逻辑0。晶体三极管存在放大、截止和饱和三种状态。在数字电路中，用到截止和饱和两种状态。截止相当于开关断开，饱和相当于开关闭合。 教师：介绍金属氧化物半导体场效应管的结构和原理 （1）结构 MOS管有三个极：源极S、栅极G和漏极D。 源极S相当于发射极，通常接地； 漏极D相当于集电极，通常通过电阻接电源； 栅极G相当于基极，用来控制漏极电流的大小。 （2）原理 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管属于电压控制器件，在其栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。 （3）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。 教师总结数字集成电路的类型 教师活动：介绍常见数字集成电路引脚编排顺序 三、 课堂小结 1.任何复杂的逻辑关系都由与、或、非三种基本逻辑关系组合而成，实现这三种基本逻辑关系的电路分别称为与门、或门、非门。 2.门电路是用晶体三极管或MOS管（金属氧化物半导体场效应管）构成的电路，现在都已集成化，是一种数字集成电路。 3.数字电路中能将二进制数据记住的基本单元电路称为触发器。其中最简单的一种称为基本触发器。 4.数字电路的基本单元是门电路和触发器。门电路用于实现各种逻辑关系，触发器用于存储数据。 设计意图：以表格的形式总结本节课逻辑电路的符号、表达式、功能、真值表和波形图，能帮助学生理顺本节课的知识点。 四、 拓展延伸 介绍触发器的概念和基本触发器的组成 数字电路中能将二进制数据记住的基本单元电路称为触发器。其中最简单的一种称为基本触发器。通常是由2只或非门（或2只与非门）交叉连接构成。输入：基本触发器有2个输入端S和R。S称为置位端或置1端，R称为复位端或置0端。 1. 或非门基本触发器输入、输出端组成及特征 2. 探究或非门基本触发器功能 学生活动： 发现规律——对角相等 思考：为什么S=1，R=1 不使用呢？ 教师引导：禁用原因：输入1 1，输出Q=Q=0；从输入1 1变0 0时，输出不确定。 学生活动：或非门基本触发器的功能表类比与非门基本触发器的功能。 设计意图：帮助学生初步理解触发器的应用，辨析逻辑电路与触发器的区别。 五、 课堂练习 1.一个门电路的两个输入端A、B与输出端Z的波形如图所示，则可知该门电路是（ ） A.与门 B.或门 C.与非门 D.或非门 答案：C 解析：本题考查简单的逻辑门电路的波形图。由波形图可知逻辑为全高出低，其余出高，为与非门。 2. 下列四个电路中实现的逻辑功能与其他三个不同的是 （　　） 答案：B 解析：B项中F输出永远是0，与输入A无关，而A、C、D项中实现的都是逻辑非的关系。 3.下列关于如图所示电路的分析中，正确的是 （　　） A.S=1，R=0时，VD不发光 　　 B.S=0，R=1时，VD发光 C.S=0，R=0时，VD保持原状态 　　 D.S=0，R=0时，VD发光 答案：C 解析：当S=1，R=0时，三极管VT基极为低电位，VT导通，VD发光；当S=0，R=1时，三极管VT基极为高电位，VT截止，VD不发光；当S=0，R=0时，基本触发器处于保持状态，VD保持原状态。 4.如图所示电路，VT1工作于开关状态。当输入X=0、Y=1时，下列发光二极管状态中正确的是 （　　） A.VD1不发光、VD2不发光 B.VD1不发光、VD2发光 C.VD1发光、VD2不发光 D.VD1发光、VD2发光 答案：C 解析：当X=0，Y=1时，点6为0，点7为1，经或门出来点8为1。点1接地为0，X=0，则点2为0。点1与点2都是0，所以对于三极管来说，没有基极电流，则点3没有通过电流，R2无电流，则VCC的电压传到点3和点4，点4为高电平，即点4=1，点5=Y=1，经与非门后，点9=0，所以VD1发光，VD2不发光。 5. 为了实现图a的逻辑功能，图b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 答案：A 解析：由真值表可列出逻辑表达式为： ，即只需一个或非门。 板书设计 教学反思 1.由《三人表决器》书中案例引入，激发学生的学习兴趣。 2.基本逻辑门和组合逻辑门电路的逻辑结论学生极易混淆，故在讲课时注意不要讲得太多，留给学生掌握时间必须充足。 3.基本触发器的内容虽为拓展内容，但在高考中依旧涉及，故应当仔细讲解，多举例题。 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $$