数字电路的应用教学设计学案

1、学习好资料欢迎下载教 材: 文档内容：早节：课时安排： 作 者:数字电路的应用(凤凰国标教材)普通高中课程标准实验教科书通用技术(选修1)数字电路的应用第三章电子控制系统的信息处理第四节数字电路的应用共4课时(其中试验3课时)莫志仁(浙江杭州第十四中学)一、教学分析1 .教材分析第四节的安排偏重于实践训练。在第三节中已动于练习过用门电路制作实用电路，但还不足从实现逻 辑关系的角度介绍它们的简单应用。为此教材中分析了一个简单的例子.并让学生通过实践巩固所学的知 识，这样做的另一个目的是让学生体会到控制部分逻辑关系的实现与数学模型(此处为逻辑表达式)之间的关系，初步领略数学在电子没计中的重要作用。

2、另外，触发器在数字电路中用以存储数据，它和门电路一 样是数字电路中必不可少的基本元件，尽管标准中未提及，但教科书中还是简单说明了其功能，并用一个 例子来类比，使学生心中存此印象，为将来学习数字电子技术做准备。2 .学情分析最后安排了题目作为学生的综合实践，它们的逻辑关系并不复杂，相信学生会感兴趣的。但因为要做 成可以使用的装置，在基本逻辑关系外还要考虑一些实用的逻辑问题，而解决的方法又是多种多样的，这 就需要教师引导和启发。可以这样说，仅仅从电路的基本逻辑关系设计电路还只是理论设计的阶段，只有 通过对电路外围逻辑关系完成的设计训练，才能真正地培养学生的实际动手能力。二、教学目标1. 知识与技能

3、目标(1 )能够对数字电路进行简单的组合设计和制作，并进行试验。(2 )了解基本触发器在电子控制系统中的作用。2 .过程与方法目标(1 )第四节中触发器的内容课标没有要求，但触发器是数字电路中不可缺少的基本元件，教师应该 讲解。(2)本节有电子设计内容，要求让学生体会到数学模型在逻辑关系中的作用，可让学生制作不同作 用的表表决器，分组共同研究设计方案，在教师的指导下选购器材并制作。3 .情感态度和价值观目标(1 )积极参与数字电路的设计和制作活动，体验对数字电路技术的内在的科学性，深入分析探究， 感受解决技术难题和获得成果所带来的喜悦。(2 )在学习中深入了解触发器在电子控制系统中的作用，连续

4、实际以数字控制的理念分析问题，研 究问题，以科学的态度解决问题，在设计和制作的过程中深入细致参与试验活动，不断完善研究成果，应 用于实际。三、教学重难点1 .重点(1 )知道门电路用于实现各种逻辑关系。(2) 了解控制系统数字电路的实现。2. 难点对数字电路进行简单的组合设计和制作，并进行试验。四、教学策略本节课以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识的传授、知道门电路用于实现各种逻辑关 系。技术试验、探究、分析、了解控制系统数字电路的实现。在教师和互动下，对数字电路进行简单的组合设计和制作，并进行试验。通过学生自主学习构建知识和技术能力。五、教学准备通用技术专用教室、多媒体、课件六、课

5、时安排2课时七、教学过程(一)新课导入现代技术的应用，促进数字控制技术创新。高科技数控系统是集成了机械电子、自动化、计算机、通 讯等多工程技术学科的高技术产品。促进高端数控系统的技术创新，缩短在数控系统技术领域与国际先进 水平的差距。数控自动化为现代生产和现代生活提供了方 便。数字自动售货机的的诞生，大大改善了人们的生活方式。因此学习数控技术势在必行。由此引入新课。第三章电子控制系统信息的处理第四节数字电路的应用(二)新课呈现 数字电路的基本单元电路是门电路和触发器，触发器又是由门电路构成的； 在数字电路中，门电路用于实现各 种逻辑关系，触发器用于存储数据： 任何复杂的电子控制 系统中的控制部

6、分都可用数字电路实现。1.用门电路实现逻辑关系。案例分析： 普通电子秤上显示的价格的最小单位是“分”自动咖啡机数字自动售货机自动售货机自动取款机。小明想在秤上加一个四舍五入的电路，能自动对电子秤显示的“分”值作四舍五入处理，使显示的最小值为“角” 帮他设计此电路。设计数字电路的步骤是： 以指定；(2) 关系；(4)对电路的输入端、输出端的名称及其所代表的逻辑含义加。请你根据能使输出为1的条件，分析其辅出与输入之间的逻辑将上述逻辑关系用逻辑表达式表示； 选择合适的数字集成电路和其他有关器件搭接此电路。V-按上述步骤，对该案例设计步骤的前两步分析如下： 第一步：所以电路应有4个输入C8 C4、C2

7、、C1,由于在电子秤中，每1位十进制数是用4位二进制数表示的， 它们对应的十进制数为 N。电路应有1个输出C0,它代表“分”向“角”的进位。当NW4时，C0为0;当N5时，C0为1。Cs C4 Ci Cl云00000O00000(10(J345h1S0000ac?ClM會五人电路0 ft第二步：从表中可以看出，能使输出 C0为1的条件有3种情况；（1）只要C8为1,女0 N = 8和N = 9时，C0 一定为I ; （2）若C4和C1同为1，女0 N = 5和N = 7时，C0 = 1 ; （3）若C4和C2同为1，女0 N = 6和N = 7 时，C0 = 1。请按设计步骤完成第三、四步设计

8、。其中，输入信号可照右图方法用一个单刀双掷开关获得；输出可 用发光二极管作指示，F =1时，发光二极管发光。+ svO2 .触发器及其在电子控制系统中的作用。在数字电路中常常需要将某个信号 例如本章第二节三人表决器案例中.若 得A、B C输入的电平保持时间较短，出嶷會向上输岀为I.幵黄會勵下tt；K为0用开芸产生离低业半（电平）保持一段时间。A B、C是用按钮开关产生的，由于按忸按下的时间通常较短.使 LI和L2保持的时间电就较短.这样表决的结果便一闪而过，无法观察清楚，因此，在一个控制系统中，必须包含能将这些信号记住的记忆元件。2 触发器及其在电子控制系统中的作用在数字电路中常常需要将某个信

9、号（电平）保持一段时间基本触发器的记忆作用触发器（能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器） bl I厂fl基本触发器逻辑图基本触发器波形蚩I乜;薄电r匚J : : TIE基本触发器的记忆作用：触发器(能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器)基本触发器波形基本触发器逻辑图数字电路中能将二进制数据记忆住的基本单元电路称为触发器.其中最简单阶一种称为基本触发器， 通常由2只或非门(或2只与非门)交又连接构成。任何触发器都有2个输出端Q和Q,正常情况下 Q和Q总是反相的，即不是(Q = 0 , Q = 1)就是(Q = 1, Q = 0) , (Q = 0, Q = 1)称为 0状态，

10、(Q = 1 , Q = 0)称为 1 状态。基本触发器有2个输入端S和R。S(set)称为置位端或置1端.R(reset)称为复位端或置 0端。 若S端加触发信号(高电平)，R端不加触发信号，即 S=1, R=O基本触发器被置于1状态。此过程称为置 1;若R端加触发信号(高电平)，S端不加触发信号即 S=0, R=1，基本触发器被置于 0状态此过程称 为置0。触发器的分析方法：,“全低出高”，然后将触发器的两个或非门介绍前一定要先复习或非门的逻辑关系，即“有高出低” 用两个式子描述：为分析方便.用 X代表Q Y代表Q则上面二式变为:X = R+Y1 设输入是S=1和R=0,对于式，根据“有高

11、出低”的原则，其输出应为Y=1+X=0，将此结果代入式，则根据“全低出高”可得X=0+0=1,所以在此输入情况下，触发器处于1状态。2 设轴人为S=0和R=1，对于式，根据“有高出低”的原则，其插出应为x=1+Y=0,将此结果代入式，则根据“全低出高”，可得丫=0+0=1所以在此输入情况下，触发器处于0状态。3 设输人为S=0和R=0,贝y无论原来处于 X=0, Y=1状态还是K=1, Y=0状态，代入上面二式都会发现状态不变。对触发器虽然只用翘翘板来类比，但对波形图要很好讨论，方可使学生真正理解什么是记忆作用。弄懂触发器的记忆作用后，就用触发器搭试一个实际电路，加深对触发嚣记忆作用的理解。

12、无论置1还是置0，当触发信号结束后， 即S和R的输入都是低电平时，基本触发器的状态保持不变。由此可见，基本触发器具有记忆作用（也称存储作用），能存储1位二进制信息（即能存锗一个1或0）。U保持状态苏苏和蓉蓉址甘快乐的乎先兄竦仃 夭他们随食昭 起去儿童仝园，走逬公园 I!见一卜跷跷板左静地等待小朋底匸林林和薛荐一阵凤個的冲过丄，贞占领札 有H的一边*釋榨只好在悅仃Q的 边就坐.苏苏一蹬地.徙伽a境需的n烷!ml議农 信 跷跷板尿仃I丿的-边翘r上左，成9蠢H氐的状态.釋釋一坦地*艮戏制腔发 器KaiJUL-3t信悅 跷跷板王阿到Q低5舟的狀态*桜右苏苏丈 逼地.R跷板乂变 广（丿高9低妈妈过来r

13、.酸道；”停“苏苏和蓉藝都停止用力.跷跷板也僭住 了个;再蔭化.W妈说：侧1址后次是苏苏證地的.对”加斤和等蓉很釧卜妈 妈怎么会知道的呢”妈妈说：”刚才能議甘 牛用力跷跷板1记石啤！ 不 &1L拣苏和蓉闹别扭了.他同时用力用地+争持不下 這吋的匿跷板会 址于什么状态陀1还陡保持一边岛一边低吗思考0 00 Iij0 10 111 1)11 10基輕反務力趾24如图所示的基本触发器在我们观察的时刻之前曾在哪一端加过触发 信号?基本触发器的两个输入端通常不应都加触发信号（高电平），基本触发器输出与输入之间的关系如右表所示。小试验试验目的：熟悉基本触发器的功能。试验准备：CT74LS00 1片，电位器

14、1只，电阻6只，发光二极管1只。试验过程：按电路图搭接电路，调节Ui使其由0变大，观察发光二极管的发光情况，并记录发光二极管状态变化时的 Ui值。当发光二极管状态变化后，再将Ui由大变小，观察发光二极管的发光情况，并记录发光二极管状态改变时的Ui值。试验记录：初始状态（Ui=O），发光二极管状态 _发光二极管状态改变时的 Ui发光二极管状态再次改变时的Ui _试验总结：3D -1 .该电路是如何体现基本触发器功能的2 .该电路有何用途？分析结果初始Ui约为0V,此时发光二极管亮。Ui=6V。Ui由小到大时.状态改变时的 Ui约为3.2V，灯灭，以后一直保持灭，直至 Ui 由大到小时，状态改变时

15、的 Ui约为1.6V，灯亮，直至 Ui回到Ui=0V。1. Ui3.2V时，触发器置0。2. 当1.6VUi , ”符号，表示将数据存入触发器的操作是在时钟信 t1时刻，时钟信号由0变1,此时加在D端的信号为I， 在下一个时钟信号的上升沿（t2时刻）到达以前，无论体现了触发器的记忆功能。在t2时刻，CP信号又0,数据0被存进了触发器。的存储操作：通常在 c端加时钟信号 CP（clock pulse）下图所示触发器逻辑符号的时钟输入端有一个“号的上升沿（即由0变1的时刻）发生的，如图中的则触发器的状态变为 1，数据1就被存进了触发器。加在D端的信号有何变化，触发器的状态都保持不变，一次由0变1,

16、此时加在D端的信号值为0，因而触发器的状态变为IJ CT111QLQ0旷10flJ1I 1KJE k 1Qifjl Qi0 101 ID1L 1CP!；：_!L1 q71J1 1111(12Jil_ J1(; 111i11J 15晶r.:碗義压独拦的邊辑符号、功能袁与工作渡賂JK触发器真值表抢答器应用（视频）输扎St?SD RDJkQ Qi0XXI riD-1XXX0 L11XXXSJK00tad虫持fl0tL01 0fla101Q 1aat11齡000XX抢答器的应用抢答器设计图样和改进后的设计图样抢答器的设计卄a兀匕社9.0肛.创0.舉阳琴蔭丄 改进Id歯丈11n-nIK1alI练习4个D

17、触发器做成一个彩灯控制器，加上时钟信号后,4个发光二极管便自动按在电路试验板上用 定规律发光。所需器件：CCA042 1片，发光二极管4只，按钮开关1只，510C电阻4只。时钟信号可山信号源的方波输出端提供（频率约为1HZ）或按上节练习中提供的多谐振荡器电路制作一个频率约为1HZ的多谐振荡器，由多谐振荡器的输出信号提供。+)5分析Q端得到一多谐振荡器可用下面电路代替.其中K是有常开.常闭两个触点的开关，每按一次，从个正脉冲，将 Q端接到LS175的CP输入端，则每按一次开关，彩灯变化一次。-Vrrt+5V|Ik多谐振蔼器可用左图电路代替.其中 K是有常 开.常闭两个触点的开关，每按一次.从 Q端 得到一个正脉冲，将Q端接到LS175的CP输入 端，则每按一次开关，彩灯变化一次。CPFH应 耐帀.科.一彳.碎7415 Piqi=.1J i； 喻 3i * C Io o c o o IM f t 门 T-W H -JI L. I.H U数字参考电路图 * 9*9:IiO oO*OIo oHI OI n -!；:光控开关电路O-IZVnbjj J!，n 卯kn IJ叮咚”双音门铃HOIM4 丁 knT 4 冲 F76 2课堂小结数字信号较之模拟信号有很多优点，因而数字电路