电工电子技术-项目九 逻辑门电路

PAGE26PAGE26PAGE25PAGE25《电工电子技术》

教案课时分配表章序课程内容课时备注1直流电路42正弦交流电路43磁路与变压器44异步电动机65继电接触器控制系统46二极管的认知与应用67三极管的认知与应用68集成运算放大电路49逻辑门电路410组合逻辑电路411触发器与时序逻辑电路6合计52文旌课堂APP

课题认识数字电路课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握数字电路的基本概念（2）掌握常用数制以及数制转换和编码方法（3）掌握逻辑运算表达式及运算规则（4）掌握逻辑函数的公式化简法（5）能够对不同数制进行转换（6）能够进行基本的逻辑运算思政育人目标：（1）通过数字电路的学习，树立学生正确的人生观和价值观（2）通过数字电路在计算机、红绿灯等的应用，培养学生的爱国情怀和社会责任感（3）培塑学生团结协作、共同奋进的精神教学重难点教学重点：数字电路的数制与编码；逻辑运算的表达式与运算规则；逻辑函数的化简教学难点：逻辑函数的化简教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、万用表教学设计→→→→传授新知（40min）课堂练习（30min）→课堂小结（5min）→作业布置（3min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家认真预习数字电路中各种逻辑门电路的相关内容，并通过微课进行自学。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解数字电路相关知识，对疑难问题着重记录考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习

（5min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，检验学生掌握情况。回顾集成运算放大电路中的几种算法，结合某一课后作业，引领学生复习运放电路的算法，带领学生掌握分析电路的方法。【学生】聆听、互动、积极回答通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过PPT图片讲解计算机能极快地进行运算，其运算方式不是实际生活中人们常使用的十进制，而是只包含0和1两个数值的二进制。当然，人们输入计算机的十进制数会先被转换成二进制数进行计算，计算后的结果再由二进制数转换成十进制数进行输出，这些都由计算机的操作系统自动完成。除二进制和十进制外，人们常用的数制还有八进制和十六进制。【教师】提出以下问题：你知道这些数制在生活中有哪些应用吗？它们之间是如何转换的呢？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过数学中的数制转换，引入数制转换的方法，掌握学生对数制应用的了解，学生带着实际应用中的问题开始今天的课程，激发学生的好奇心传授新知

（40min）数字电路概述【教师】通过ppt讲解数字电路概述1．数字电路的概念 模拟量：在时间上和数值（幅度）上是连续变化的物理量。表示模拟量的信号称为模拟信号。数字量：在时间上和数值（幅度）上都是离散变化的物理量。表示数字量的信号称为数字信号。模拟电路：用于处理模拟信号的电路。数字电路：模拟电路主要研究输入、输出信号之间的大小和相位关系。用于处理数字信号的电路称为数字电路，数字电路主要研究输入、输出信号之间的逻辑关系。【教师提问】开动脑筋想一想，日常生活中哪些信号是模拟信号，哪些信号是数字信号。【学生】讨论、举手回答2．数字电路中的两种逻辑体制数字信号以二进制数字逻辑为基础，对高、低电平有两种表示方式，即存在两种逻辑体制。如果用逻辑1表示高电平，用逻辑0表示低电平，则为正逻辑体制，简称正逻辑；如果用逻辑0表示高电平，用逻辑1表示低电平，则为负逻辑体制，简称负逻辑。数制与编码【教师】通过ppt讲解数制与编码1．数制数制（计数进位制）：常见的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。在日常生活中，人们习惯采用十进制，而在数字电路和计算机中多采用二进制。（1）十进制在十进制数中，每位有0～9共十个数码，所以其计数的基数为10。超过9的数必须用多位数表示，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢十进一”，故称为十进制。【教师】精讲例子，多出例题十进制数132.5可写为【学生】在实际做题中理解十进制【教师】总结规律为第i位的系数，其取值为0～9之间的正整数。若数的整数部分的位数为n，小数部分的位数为m，则i包含从0到的所有正整数和从到的所有负整数。以N取代十进制则任意进制数展开的普遍形式为N——计数的基数；——第i位的系数；——第i位的权数。（2）二进制在二进制数中，每位仅有0和1两个数码，所以其计数的基数为2，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢二进一”，故称为二进制。【教师】精讲例子，多出例题二进制数1101.01可写为【学生】讨论，做题【教师】强调表示方法第一，下脚注2和10表示括号里的数是二进制和十进制数。第二，用B和D分别来代替2和10这两个脚注。（3）八进制八进制数的每位有0～7共八个数码，所以其计数的基数为8，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢八进一”，故称为八进制。【教师】精讲例子，多出例题八进制数17.5可写为【学生】讨论，做题（4）十六进制十六进制数的每位有十六个不同的数码，分别用0～9，A（10），B（11），C（12），D（13），E（14），F（15）表示，所以其计数的基数为16，低位和相邻高位之间的进位关系是“逢十六进一”，故称为十六进制。【教师】精讲例子，多出例题十六进制数可写为【学生】讨论，做题【教师】强调表示方法用O和H代替下脚注8和16来表示八进制数和十六进制数。2．数制转换（1）二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数将二进制数、八进制数、十六进制数普遍形式展开，然后将各项相加即可转换为十进制数。（2）十进制数转换为二进制数、八进制数及十六进制数第一，将十进制整数转换为二进制数、八进制数、十六进制数：除基数取余，直至商为0，将所取余数倒序读取即可。【教师】重点讲解【例9-1】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解第二，将十进制小数转换为二进制数、八进制数、十六进制数：乘基数取整，直至小数部分为0或到规定的精度，将所取整数顺序读取即可。【教师】重点讲解【例9-2】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解【教师】强调以下问题当一个数既有整数部分，又有小数部分时，则可用上述的“除基数取余”和“乘基数取整”方法分别对整数部分和小数部分进行转换，然后将两者合并起来即可。例如，十进制数6.25转换为二进制数为。（3）二进制数与十六进制数之间的相互转换第一，二进制转换到十六进制若要将二进制数转换为十六进制数，只需从低位到高位将整数部分每4位二进制数分为一组，最后不满4位者在前面加0，每组以等值的十六进制数代替；同时从高位到低位将小数部分每4位分为一组，最后不满4位者在后面加0，每组以等值的十六进制数代替即可。【教师】重点讲解【例9-3】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解第二，十六进制转换为二进制若要将十六进制数转换为二进制数，只需将每位十六进制数以等值的4位二进制数代替即可。【教师】重点讲解【例9-4】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解（4）二进制数与八进制数之间的相互转换二进制数与八进制数之间的转换与二进制数与十六进制数之间的转换相似，，即将3位二进制数分为一组，与等值的八进制数进行转换即可。【教师】重点讲解【例9-5】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解【教师】提出练习题：将八进制数603.12转换成二进制数【学生】讨论、计算、理解3．编码编码：用若干位二进制数按一定的方式组合起来，以表示数和字符等信息。代码：这些特定的二进制数。编码方式有多种，常用的有8421码、2421码、5421码、余3码等BCD码，以及格雷码等。（1）BCD码二—十进制编码：用若干位二进制数表示一位十进制数的编码方式，简称BCD码（Binary-Coded-Decimal）。要用二进制代码来表示十进制数的0～9这十种状态，至少要用4位二进制代码。4位二进制代码有16种组合，选取哪几种组合以及如何与0～9相对应可有多种方案，这就形成了不同的BCD码。常用的BCD码详见教材表9-1。【教师】强调以下问题BCD码用4位二进制代码表示十进制数的一位。如果要表示一个多位十进制数，应先将其每位用BCD码表示，然后组合起来。恒权码（8421码、2421码、5421码）：4位二进制数的每位都有固定的权值，各位权值之和就是它所表示的十进制数。例如，8421码从高位到低位各位的权值分别为8，4，2，1，所以8421码1001表示的是十进制数9。8421码是最基本、最常见的一种BCD码。无权码（余3码）：每个余3码都可以看作是在8421码的基础上加0011得到的，因此在数值上要比它所代表的十进制数多3，故称余3码。（2）格雷码格雷码：是一种循环码。格雷码每位的状态都按一定的顺序循环。如果4位格雷码从0000开始，则从右数第一位的状态按0110的顺序循环，从右数第二位的状态按00111100的顺序循环，从右数第三位的状态按0000111111110000的顺序循环变化。可见每向左移一位，循环状态中连续的0，1数目增加一倍。由于4位格雷码只有16个代码，所以其最左边一位的状态只有半个循环，即0000000011111111。按照上述循环规则，可写出更多位数的格雷码。【教师】强调以下问题格雷码的特点是：相邻两个代码之间只有1位发生变化，其余各位均相同，而且首尾两个代码（如0与15）之间也只有1位不同，以中间为对称的两个代码（如0与15，1与14，7与8等）也只有1位不同。因此，格雷码属于循环码。【学生】讨论、理解、记录逻辑运算【教师】通过ppt讲解逻辑运算逻辑运算：当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数按照某种指定的因果关系进行的运算。逻辑运算与算术运算完全不同，它所使用的数学工具是逻辑代数（又称布尔代数）。与普通代数一样，逻辑代数由逻辑变量和逻辑运算组成，其中逻辑变量可由A，B，C，…等字母组成。所不同的是，在普通代数中，变量的取值可以是任意的，而在逻辑代数中，逻辑变量只有0和1两个可取的值，因此又称为二值逻辑变量。这里，0和1并不表示数量的大小，而是用来表示完全对立的两种逻辑状态。在逻辑代数中，有与、或、非三种基本逻辑运算。运算是一种函数关系，它可以用语言描述，亦可用逻辑表达式描述，还可用表格或图形来描述。由输入逻辑变量所有取值的组合与其对应的输出逻辑函数值构成的表格，称为真值表。用规定的逻辑符号表示的图形称为逻辑图。1.基本逻辑运算指示灯的三个控制电路，设A，B表示开关的状态，并以1表示开关闭合，0表示开关断开；Y表示指示灯的状态，并以1表示指示灯点亮，0表示指示灯熄灭。（1）与运算与逻辑：只有当两个开关同时闭合时，指示灯才会点亮；只要有一个开关断开，指示灯就会熄灭。由此表明，只有当决定事件发生的所有条件均满足之后，事件才会发生的因果关系。与运算的逻辑表达式为与运算的表示符号：“”表示与运算，也可以省略，有些文献中也用∧，∩及&等符号来表示。与运算的运算规则为：输入有0，输出为0；输入全1，输出为1。（2）或运算或逻辑：只要有一个开关闭合或两个开关同时闭合，指示灯就会点亮；只有当开关都断开时，指示灯才熄灭。由此表明，当决定事件发生的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备时，事件就会发生的因果关系。或运算的逻辑表达式为或运算的表示符号：“+”表示或运算，有些文献中也用∨，∪等符号来表示。或运算的运算规则为：输入有1，输出为1；输入全0，输出为0。（3）非运算非逻辑：当开关闭合时，指示灯熄灭；当开关断开时，指示灯点亮。由此表明，条件具备时事件不发生；条件不具备时事件才发生的因果关系。非运算的逻辑表达式为非运算的表示符号：字母A上方的断线“”表示非运算，有的文献中也用“′”，“～”来表示。非运算的运算规则为：输入为1，输出为0；输入为0，输出为1。【教师】基本逻辑运算的真值表详见教材表9-3、9-4、9-5【学生】讨论、理解、记录与、或、非逻辑的用图形符号表示：（a）与逻辑的图形（b）或逻辑的图形（c）非逻辑的图形2．复合逻辑运算（1）与非运算与非运算是由与运算和非运算组合而成，与非逻辑表达式为与非逻辑的真值表详见教材表9-6与非逻辑的图形符号表示：（2）或非运算或非运算是由或运算和非运算组合而成，或非逻辑表达式为或非逻辑的真值表详见教材9-7，或非逻辑图形符号表示：（3）异或运算异或逻辑是这样一种逻辑关系：当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。异或逻辑表达式为异或逻辑的真值表如教材表9-8异或逻辑的图形符号：（4）同或运算同或逻辑与异或逻辑相反，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为1；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为0。同或逻辑表达式为同或逻辑的真值表如教材表9-9。同或逻辑图形符号：逻辑函数的化简【教师】通过ppt讲解逻辑函数的化简同一逻辑函数可以写成不同形式。为了使逻辑表达式表示的逻辑关系明显，同时也为了用最少的电子元件实现逻辑功能，通常需要通过化简找出逻辑函数的最简形式。逻辑函数的最简形式标准为：逻辑表达式中相加的乘积项不能再减少，即逻辑表达式中的“+”号最少；乘积项中相乘的因子不能再减少，即乘积项中的“·”号最少。因此，化简逻辑函数的目标就是要消去多余的乘积项和每个乘积项中多余的因子，以得到逻辑函数的最简形式。逻辑函数常用的化简方法有公式化简法和卡诺图化简法。1．公式化简法（1）逻辑代数的基本公式和基本定理公式化简法就是利用逻辑代数的基本公式和基本定理进行化简。逻辑代数的基本公式详见教材表9-10。代入定理：对于任意一个逻辑等式，以某个逻辑变量或逻辑函数同时取代等式两端的同一个逻辑变量后，等式依然成立。利用代入定理可以方便地扩展公式。例如，在反演律中用BC取代等式中的B，则新的等式仍成立，即得反演定理：对于任意一个逻辑函数F，若将其中所有的“+”换成“·”，“·”换成“+”，0换成1，1换成0，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则得到的结果就是。利用反演定理可以方便地求得已知逻辑式的反逻辑式。【教师】强调以下问题使用反演定理时仍需遵守“先括号、然后乘、最后加”的优先顺序，且不属于单个变量上的反号保持不变。【学生】讨论、理解、记录对偶定理：对于任意一个逻辑函数F，若将其中的“+”换成“

·

”，“

·

”换成“+”，0换成1，1换成0，所得的新逻辑函数就是F的对偶式，记作。如果两个逻辑函数的表达式相等，那么它们的对偶式也一定相等。（2）常用的公式化简法并项法：运用公式将两项合并为一项，消去一个变量。例如，。吸收法：运用公式消去多余的项，其中，A，B可以是任意一个复杂的逻辑式。例如，。消去法：运用公式消去多余的因子。例如，。配项法：运用公式或增加必要的乘积项，再用以上方法化简。【教师】重点讲解【例9-6】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解2．卡诺图化简法卡诺图是逻辑函数的一种图形表示方法，它是将逻辑函数最小项表达式中的各最小项用一个小方块表示，并使具有逻辑相邻性的最小项在几何位置上也相邻排列起来所得到的图形。因此，可以从图形上直观地找出相邻最小项，两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个变量，这便是利用卡诺图化简逻辑函数的基本思路。（1）最小项在含有n个变量的逻辑函数中，若m为包含n个因子的乘积项，且这n个变量均以原变量或反变量的形式在m中出现一次，则称m为该组变量的最小项。在使用卡诺图化简逻辑函数之前，首先要将该逻辑函数化为最小项之和的标准形式。例如，A，B，C这三个逻辑变量的最小项有，，，，，，，。因此，n个逻辑变量的最小项应有个。三个变量逻辑函数的最小项的重要性质：第一，对于任意一个最小项，输入变量只有一组取值使其值为1，而其余各种变量取值均使其值为0。第二，所有最小项的和为1。第三，任意两个不同最小项的乘积为0。（2）卡诺图卡诺图也称最小项方格图，它是将最小项按一定的规则排列成方格阵列，每个小方格代表一个最小项。N个逻辑变量则应有个小方格，行变量与列变量的取值决定了小方格的编号，即最小项的编号。二到四变量的卡诺图：【教师】强调以下问题卡诺图中，行变量与列变量的取值顺序符合格雷码的编码规则，即从0000开始，最右边一位的状态按0110顺序循环，右边第二位的状态按00111100顺序循环，这便保证了相邻小方格所代表的最小项只有一个逻辑变量不同。【学生】聆听、讨论、理解（3）用卡诺图化简逻辑函数利用卡诺图化简逻辑函数的步骤如下。第一步：将逻辑函数化为最小项之和的形式。第二步：在卡诺图中将与这些最小项对应的位置上填入1，在其余的位置上填入0，得到表示该逻辑函数的卡诺图。第三步：根据一定的规则合并最小项，得到逻辑函数的最简式。使用卡诺图化简逻辑函数所依据的原理是：合并所有相邻最小项，以消去不同的逻辑变量，具体如下：①2个相邻最小项结合（用一个包围圈表示），可以消去1个取值不同的逻辑变量而合并为l项，详见教材表9-9。②4个相邻最小项结合（用一个包围圈表示），可以消去2个取值不同的逻辑变量而合并为l项，详见教材表9-10。③8个相邻最小项结合（用一个包围圈表示），可以消去3个取值不同的逻辑变量而合并为l项，详见教材表9-11。总之，个相邻的最小项结合，可以消去n个取值不同的变量而合并为l项。用卡诺图化简逻辑函数，就是在卡诺图中找出相邻的最小项，即画圈，然后将圈中的最小项合并消去多余因子，从而得到逻辑函数的最简形式。为了保证将逻辑函数化到最简，画圈时必须遵循以下原则：（1）圈要尽可能大，这样消去的变量就多。但每个圈内只能含有（）个相邻项。要特别注意对边相邻性和四角相邻性。（2）圈的个数尽量少，这样化简后的逻辑函数的或项就少。（3）卡诺图中所有取值为1的方格均要被圈过，即不能漏下取值为1的最小项。若某项不能与其他项合并，则该项单独画一个圈。（4）取值为1的方格可以被重复圈在不同的包围圈中，但在新画的包围圈中至少要含有1个未被圈过的方格，否则该包围圈是多余的。【教师】重点讲解【例9-7】（详见教材）【学生】聆听、讨论、理解结合PPT，讲解数字电路的相关知识，学生着重记录及理解对比分析模拟电路和数字电路的区别教师提问,，学生积极回答，便于理解物理量的概念结合PPT及计算例题分析数制和编码方法结合教师讲例题，学生做练习，理解十进制数制教师主讲例子，变换数字出题，学生讨论、做题，便于理解二进制的算法教师主讲例子，变换数字出题，学生讨论、做题，便于理解八进制和十六进制的算法教师强调数制的表示方法结合例题，分析数制之间的转换关系，学生紧跟老师思路，总结方法教师强调在数制转换过程中注意事项结合例题，练习题，学生积极计算，教师查看学生会数制转换的掌握程度结合数字表示，分析常用的几种编码方法教师强调格雷码的特点结合PPT，分析逻辑运算结合电路图，分析各逻辑运算的含义、表达式和图形符号表示结合电路图，具体分析基本逻辑运算中的与运算、或运算和非运算，学生进行对比学习，掌握其运算规则结合逻辑运算的真值表分析其计算规则，学生掌握基本逻辑运算的图形符号分析复合逻辑运算的表达式和图形符号表示方法，结合真值表进行验证，便于学生理解结合PPT分析逻辑函数的化简方法分析公式化简法的基本公式和基本定理强调反演定理的使用规定分析常用的公式化简方法结合例题，具体讲解逻辑函数的化简，学生主动参与，积极思考分析卡诺图化简方法，具体分析最小项的含义掌握逻辑函数最小项的重要性质采用画图法，化简逻辑函数强调卡洛图的编码规则教师引导学生按照步骤进行逻辑函数的化简强调卡诺图化简逻辑函数的画圈原则集合例题，具体分析卡诺图化简逻辑函数的步骤，学生重点掌握课堂练习（30min）【教师】赛前准备（1）准备竞赛题目。（2）宣读赛前规定【教师】重点强调以下问题（1）时间停止后，禁止书写答案。（2）同学们积极参与答题。【学生】聆听、理解、模仿操作操作步骤1.初赛第一步：全班学生分成6队，每队的人数尽量保持一致。第二步：老师组织初赛，通过初赛将6队分成规则组、条件组、结果组3组。第三步：宣读初赛规：①老师准备若干数制转换题目，由各队学生计算并抢答，最先答出且答对的小队得1分，否则不得分。②各队按得分排名，第1名划入规则组，第2、第3名划入条件组，其他3队划入结果组。第四步：比赛开始，正式答题。第五步：总结得分成绩，结果公布【学生】积极回答2.复赛第一步：规则组用硬纸片制作“与”“或”“与非”“或非”“同或”“异或”6张卡牌。第二步：条件组、结果组每队用硬纸片各制作“0”“1”2张卡牌。第三组：规则组负责设置运算类型，条件组的2队（A队，B队）负责设置运算条件，结果组的3队根据运算类型和运算条件计算结果并抢答。例如，规则组举“或”牌，表示运算类型为或运算，即；同时A队，B队分别举“0”“1”牌，表示运算条件为，（运算结果应为）；结果组进行计算并抢答，最先举“1”牌的小队抢答成功，得1分，否则不得分。第四步：规则组不得连续2次举同样的卡牌，且应保证各卡牌出现几率大致相同。若违规，每次扣1分。（5）条件组A队，B队不得连续2次举同样的卡牌，2队可商议举牌，以保证2队举牌结果不会连续2次相同（0，1和1，0视为相同）。若违规，每次每队扣1分。3.反转第一步：结果组得分最高的小队划入规则组，其他2队划入条件组，原规则组与条件组的小队划入结果组，按照复赛规则进行竞赛。第二步：各队成员根据以上3轮比赛计算本队的总成绩，并进行汇总。老师根据各队得分情况以及实际表现评出最佳小队。【教师】总结讲评，及时解答学生错误问题教师做赛前准备工作重点强调在竞赛中的注意事项学生严格按照比赛规则认真答题，积极参与教师在竞赛过程中，及时纠正答错题目，普及题目相关知识点课堂小结

（5min）【教师】简要总结本节课的要点数字电路是由各种逻辑门组成的电路。本节课认识了数字电路的组成，分析了数制之间的转换关系和编码规则，重点讲解了逻辑运算和逻辑运算的两种化简方法，最后通过竞赛的方式，帮助学生巩固学习内容。希望大家课后按时完成课后作业，提升能力。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对数字电路相关知识的学习作业布置

（3min）【教师】布置课后作业请根据课堂知识，完成项目测评中的填空题1-7和解答题1-2，并撰写实验报告。预习任务二，观看任务二的微课并记录问题。【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思本次课结合竞赛的方式，与学生积极互动，在答题的过程中将知识融会贯通，既激发了学生的学习兴趣，又能有效提升教学效果。

课题分析逻辑门电路课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握二极管和三极管的开关作用（2）掌握基本逻辑门电路和TTL与非门电路的功能（3）能够测试74LS00与非门集成电路的功能思政育人目标：（1）锻炼学生科研精神和工匠精神（2）对学生进行对立统一的辩证唯物主义培养（3）培养学生分析问题、解决问题的工程思维方法教学重难点教学重点：二极管和三极管的开关作用；基本逻辑门电路；TTL与非门电路教学难点：TTL与非门电路教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、万用表、电流表、电压表教学设计→→→→传授新知（35min）实操练习（30min）→疑难解答（5min）→课堂小结（5min）→作业布置（3min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第二节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家结合数字电路中逻辑运算的相关知识，预习逻辑门电路的内容，记录预习中存在的疑难问题，学生负责人汇总后反馈教师。【学生】完成课前任务通过课前任务，学生记录疑难点内容，增加学生对疑难问题的好奇心，带着问题上课考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习（5min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，检验学生掌握情况。提问数字电路的数制表示方法有哪些？如何进行关系换算？引导学生共同回顾逻辑运算的表示方法及化简方法【学生】积极互动，给随教师一起回顾内容通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过图片或生活现象讲解某简易防盗报警器的控制电路，它是由一个与门电路和开关S、光敏电阻、蜂鸣器等元器件组成。正常情况下，开关S断开，A点为低电压，用“0”表示；光敏电阻遮光隐藏放置，B点为低电压，也用“0”表示。当开关S闭合时，A点为高电压，用“1”表示；当光敏电阻被光照射时，其电阻值减小，两端的分压减小，则B点为高电压，也用“1”表示。与门电路的输出端Y与蜂鸣器连接，当时，蜂鸣器就会发出蜂鸣声用来报警。【教师】提出以下问题：若将开关S与传动机构联动，使保险箱压下传动机构时开关S断开，保险箱移开时开关S闭合，同时将光敏电阻放置在保险箱下方遮光隐藏，图中电路能否实现对保险箱的防盗报警功能？若将电路中的与门电路换成或门电路，则该防盗报警器的功能有何变化？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的积极性，主动讨论传授新知

（35min）【教师提问】二极管和三极管的特性？【学生】讨论、举手回答二极管和三极管的开关作用【教师】通过ppt讲解二极管、三极管的开关作用数字电路是利用二极管、三极管的开关作用来获取高电平和低电平的输出信号，从而得到离散的二进制数字信号的1．二极管的开关作用由于二极管具有单向导通性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当于一个受外加电压控制的开关。（1）当二极管导通时，在实际模型中，二极管的压降保持在0.7V（硅管）；在理想模型中，二极管的压降忽略不计，即导通时为0，如同开关闭合。（2）当二极管截止时，一般认为，如同开关断开。2．三极管的开关作用三极管具有截止、放大和饱和三种工作状态。在模拟电路中通常要求三极管工作在放大状态，而在数字电路中则要求三极管工作在截止和饱和状态，分别相当于开关的断开和闭合状态。（1）三极管工作在截止状态时，基极相对于发射极的电压小于开启电压，发射结截止，集电结也截止，此时三极管的三个极彼此断开，相当于开关断开。（2）三极管工作在饱和状态时，发射极和集电极间的电压为饱和压降，三极管输出电压，此时发射结和集电结均正向偏置，相当于开关闭合。基本逻辑门电路【教师】通过ppt讲解基本逻辑门电路门电路：数字电路的基本逻辑单元。门电路主要有与门、或门、非门三个基本的逻辑门电路，以及在基本逻辑门电路的基础上构成的集成门电路，如TTL与非门电路等。1．与门电路二输入端的二极管与门电路如图，A，B为输入变量，Y为输出变量。设，A，B两输入端的高、低电平分别为3V，0V，二极管，的正向导通压降为0.7V。（1）当时，二极管，均导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，。（2）当时，二极管导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，，此时二极管承受反向电压而截止。（3）当时，二极管导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，，此时二极管承受反向电压而截止。（4）当时，二极管，均导通，。总结：针对与门电路输入输出电平的关系，若规定3V及以上为高电平，用逻辑1表示；0.7

V及以下为低电平，用逻辑0表示，则上述电路逻辑关系可用真值表表示详见教材表9-14。2．或门电路二极管或门电路如图，设A，B两输入端的高、低电平分别为3V，0V，二极管，的正向导通电压为0.7V。结论：其输入和输出电平如教材表9-15所示。若规定2.3V及以上为高电平，用逻辑1表示；0V及以下为低电平，用逻辑0表示，则上述电路逻辑关系可用真值表表示详见表9-16。【教师】强调以下问题二极管与门电路中增加一个输入端和一个二极管，就可变成三输入端与门电路，按此办法可构成更多输入端的与门电路。同样，可用增加输入端和二极管的方法，构成更多输入端的或门电路。【学生】聆听、讨论、理解3．非门电路非门电路又称反相器，由三极管构成。设A端输入的高、低电平分别为5V和0V。（1）当时，三极管VT的发射结电压小于开启电压，满足截止条件，此时三极管截止，所以。（2）当时，三极管VT的发射结正向偏置，只要电路的参数设计合理，使其满足饱和条件（临界饱和电流），三极管即可工作在饱和状态，有。三极管非门电路的输入、输出电平及其真值表详见教材表9-17与表9-18。【教师】强调以下问题二极管门电路的优点是结构简单，缺点是存在电平漂移，而且带负载能力和抗干扰能力都比较差。三极管非门电路的优点是没有电平漂移，带负载能力和抗干扰能力也比较强。因此，常把它们连接在一起构成复合逻辑门电路。【学生】聆听、讨论、理解TTL与非门电路【教师】通过ppt讲解TTL与非门电路集成门电路：如果把基本逻辑门电路中的所有元件，如二极管、三极管、电阻及导线等，都制作在一片半导体芯片上，且封装在一个管壳内构成的电路。集成门电路的优点：与分立元件组成的门电路相比，具有微型化和高可靠性等优点，因此得到了广泛的应用。TTL与非门电路是典型的集成门电路。1．电路结构图中是输入级，它是一个多发射极三极管，作用与二极管与门的作用相似。是中间级，它的作用和非门电路相同。是输出级，它们的作用是提高输出负载能力和抗干扰能力。（a）TTL与非门电路（b）的等效电路晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-TransistorLogic，TTL电路）：输入与输出的结构形式均采用晶体管的电路。2．工作原理（1）当输入信号不全为1时当有一个或几个输入端接低电平（+0.3V）时，对应的发射结导通，的基极电位等于输入低电平加上发射结正向电压，即。而要使三极管，导通，必须使，所以此时，截止。由于截止，其集电极电位接近于，于是电源经过电阻向三极管，提供基极电流，从而使，导通，所以输出端的电位为因为很小，可以忽略不计，且电源电压，于是，即输出Y为高电平。由于截止，当电路接负载后，电流经全部流向负载，这种电流称为拉电流。（2）当输入信号全为1时当输入端全部接高电平（+3.6V）时，的所有发射结反向偏置，电源经过电阻向，提供足够的基极电流而使，饱和导通，所以输出电位，即输出Y为低电平。此时，的基极电位集电极电位的值大于的发射结正向电压，所以导通。由于，所以截止。当电路接负载后，的集电极电流全部经外接负载灌入，这种电流称为灌电流。总结：电路的输入与输出之间的逻辑关系为与非逻辑关系，即输入有0时输出为1，输入全1时输出为0，其逻辑表达式为。3．TTL与非门的电压传输特性及主要参数（1）电压传输特性输出电压随输入电压变化的特性称为电压传输特性。描绘输出电压与输入电压关系的曲线称为电压传输特性曲线。图为TTL与非门的测试电路及其电压传输特性曲线。电压传输特性曲线可分为以下四段。第一段：在曲线的AB段，当输入电压时，工作在深度饱和状态。此时，，故，截止，而，导通，为高电平。AB段称为截止区。第二段：在曲线的BC段，当输入电压时，，故导通而仍截止，，处于射极输出状态。此时，工作在放大区，随的增加，增加，下降，并通过，使也下降。因为基本上随的增加而呈线性下降，所以BC段称为线性区。第三段：在曲线的CD段，当输入电压时，开始导通，并随的增加趋于饱和，截止，输出急剧下降为低电平。CD段称为转折区或过渡区。（3）主要参数=1\*GB3①输出高电平和输出低电平：电压传输特性曲线截止区的输出电压为；饱和区的输出电压为。一般TTL与非门要求。=2\*GB3②阈值电压：也称门槛电压，是电压传输特性曲线转折区中点所对应的输入电压。一般TTL与非门要求。=3\*GB3③开门电平和关门电平：保证输出电平为额定低电平（0.3V左右）时，允许输入高电平的最小值为；保证输出高电平为额定高电平的90%（2.7V左右）时，允许输入低电平的最大值为。一般TTL与非门要求，。=4\*GB3④噪声容限：也称抗干扰能力，它反映门电路能保持正常工作的最大干扰电压。其中，在保证输出为高电平的前提下，将允许叠加在输入低电平上的最大正向干扰电压称为低电平噪声容限，用表示，即在保证输出为低电平的前提下，将允许叠加在输入高电平上的最大负向干扰电压称为高电平噪声容限，用表示，即，越大，门电路的抗干扰能力就越强。=5\*GB3⑤扇出系数：指以同一型号的与非门作为负载时，一个与非门能够驱动同类与非门的最大数目，用N表示，通常。4．TTL集成门电路芯片介绍国产的TTL集成门电路芯片主要有CT54/74，CT54H/74H，CT54S/74S，CT54LS/74LS等系列。其中54系列为军用，74系列为民用。它们和国际上SN54/74通用系列、SN54H/74H高速系列、SN54S/74S肖特基系列、SN54LS/74LS低功耗肖特基系列集成门电路芯片对应。此外，还有一种CT54ALS/74ALS低功耗肖特基系列产品，它是目前常用的CT54LS/74LS系列的后继产品，运行速度更快、功耗更低。目前常用的集成电路多采用双列直插式封装，其引脚数有14，16，18，20等多种。其引脚排列编号的判断方法是将半圆形凹口朝左，字面向上，按逆时针方向从左下角开始顺序读出。以74LS00为例，它是一种典型的TTL与非门器件，内部含有4个二输入端与非门，共有14个引脚，其引脚排列如图所示。门电路性能优劣的评价：优先考虑运行速度、平均功耗和抗干扰能力等。通常用功耗-延迟积M对门电路进行综合评价，M值越小，其性能越好。【教师】强调以下问题若产品型号最后的数字代码相同，无论是哪一种系列的产品，它的逻辑功能都是一样的，而且外形尺寸、引脚排列都相同。【学生】记录、理解结合所学，教师剖出问题，学生主动思考，积极回答结合所学，检验学生对二极管和三极管的掌握情况，教师重点分析二极管和的三极管的开关作用结合电路图，分析如何用二极管和三极管搭建基本逻辑门电路，并分