数字电子技术与应用项目教程 第2版 教案 教案1~6 数字电路概述、数制和码制-实验一：基本门电路逻辑功能的测试

20~20第一学期数字电子技术教案使用班级：教师：第1周总第1次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：数字电路概述、数制和码制教学方法：引导、启发式教具：多媒体、PPT教学目标：认识数字量和模拟量及数字电路特点，掌握数制转换方法和BCD码的编码原则。教学重点：数制的转换方法教学难点：码制的理解主要教学内容：1、导入新课2、数字电路概述3、数制4、码制5、小结 课后回顾教案用纸新课导入随着信息时代的到来，“数字”这两个字正以越来越高的频率出现在各领域，数字表、数字电话、数字通信、数字控制、数字电视等等，数字化以成为电子技术发展的潮流，这学期我们将进入数字电子技术的世界，去探索它的奥秘，认识它的精彩。（5分钟）新课课题数字电路概述数制和码制教学基本内容、方法及手段一、数字电路概述1、数字信号和模拟信号模拟信号：随时间连续变化的信号。如正弦信号、锯齿波信号等。研究模拟信号时，注重输入、输出信号间的大小和相位关系，相应的电路就是模拟电路。数字信号：时间和幅度都是连续的。如矩形方波信号。研究输入、输出间的逻辑关系，主要的分析工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式或波形图表示。2、数字电路的特点及应用在工艺上更容易做出高密度集成电路。工作准确可靠、精度高、抗干扰能力强。数字信息保存方便、保存期长、保密性好。数字电路产品系列多，品种齐全，通用性和兼容性都比较好，使用方便。二、数制与码制1、数制数制就是计数的方法，具体地说，就是把多位数码中每一位的构成方法和进位规则称为数制。（1）十进制：以十为基数的记数体制，遵循逢十进一的规律表示数的十个数码：1,2,3,4,5,6,7,8,9,0Ki——第i位，10i——第i位的权（2）二进制：以二为基数的记数体制，遵循逢二进一的规律表示数的两个数码：0，1方法及手段讲解：（10分钟）讲述：（10分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段表示数的十六个数码：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)（4）数制转换：（1）二进制转换成十进制：按权(或多项式)展开相加（2）十进制转换成二进制：整数除2取余倒序法；小数乘2取整顺序法（3）二进制转换成十六进制：小数点左、右四位一组分组，取每一组等值的十六进制数（4）十六进制转换成二进制：每一位十六进制数用相应的四位二进制数代替2、码制只代表不同事物的代号而不表示数值大小的数码称为代码。为了便于记忆和处理，编制代码锁遵循的规则称为码制。用四位二进制数表示0~9十个数码，即为BCD码。四位二进制数最多可以有16种不同组合，不同的组合便形成了一种编码。主要有：8421码、5211码、2421码、余3码等。在BCD码中，十进制数(N)D与二进制编码(K3K2K1K0)B的关系可以表示为：(N)D=W3K3+W2K2+W1K1+W0K0W3~W0为二进制各位的权重，所谓的8421码，就是指各位的权权是8,4,2,1。启发：（10分钟）小结：（5分钟）小结：基本要求：了解数字电路的优点；掌握数制转换方法；掌握8421BCD码的构成；掌握原码、补码的概念；掌握逻辑代数运算规则。作业：P44:1-4、6、7教案用纸第1周总第2次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：逻辑代数中的常用运算、公式及定理教学方法：引导、启发式教具：教学目标：掌握逻辑代数的基本公式，会应用其基本公式和定理进行逻辑等式的证明及表达式的化简。教学重点：逻辑代数的基本公式教学难点：逻辑代数基本定理的理解和应用主要教学内容：1、复习2、导入新课3、逻辑代数的的常用运算4、逻辑代数的基本公式及定理5、小结 课后回顾教案用纸复习提问1、常用二-十进制码2、逻辑代数中的数制转换关系（5分钟）新课导入数字电路中常用的运算有算术运算和逻辑运算，本节重点介绍数字电路中常用的几种逻辑关系及逻辑代数的基本公式，是我们今后分析数字电路的基础。（5分钟）新课课题逻辑代数常用运算逻辑代数基本公式及定及定理教学基本内容、方法及手段一、逻辑代数的常用运算1、算术运算例如，对两个二进制数1010和0011进行加法和减法运算。则有：加法运算为减法运算为2、基本逻辑运算在数字逻辑电路中，二进制数码0和1可以表示两种对立的逻辑状态，此时进行的运算称为逻辑运算。（1）与逻辑运算当决定某一事件的所有条件都同时具备时，事件的结果才会发生。用或表示。规则：见0出0，全1出1（2）或逻辑运算当决定某一事件的所有条件中，只要有一个条件具备了，事件结果就会发生。这种因果关系称为或逻辑。用表示。规则：见1出1，全0出0（3）非逻辑运算当决定某一事件的条件具备了，事件结果就不发生，而当决定事件的条件不具备时，结果则一定发生，这种因果关系就称为非逻辑，与间的关系可用表示。3、复合逻辑运算（1）与非逻辑运算逻辑表达式方法及手段讲解：（10分钟）举例：（10分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段（2）或非逻辑运算逻辑表达式(3)与或非逻辑运算逻辑表达式(4)异或逻辑运算当输入变量A、B取值不同时，输出Y为1；当两个输入变量A、B取值相同时，输出Y则为0。逻辑表达式(5)同或逻辑运算当输入变量A、B取值相同时，输出Y为1；而当两个输入变量A、B取值不同时，输出Y则为0。逻辑表达式二、逻辑代数的公式及定理公式又可以分为基本公式和常用公式两大类。1.代入定理在任何一个含有变量的逻辑等式中，如果用另外一个逻辑函数式来代替式中所有的位置，则等式仍然成立，这就是代入定理。2.反演定理对于任意一个逻辑函数，若将中所有的“”换成“+”，“+”换成“”；所有的“1”换成“0”，“0”换成“1”；所有的原变量换成反变量，反变量换成原变量。那么得到的函数式就是的反函数，这就是反演定理。3.对偶定理对偶式的求法是：对于任意一个逻辑函数，若将中所有的“·”换成“”，“”换成“·”；所有的“1”换成“0”，“0”换成“1”。那么得到的函数式就是的对偶式。和互为对偶式。讲述：（5分钟）举例练习：（5分钟）讲述：（15分钟）举例练习：（30分钟）小结：（5分钟）小结：介绍了与、或、非、与非、或非、与或非、同或、异或的概念及逻辑函数的表达式写法、真值表列法、逻辑图画法。作业：P45:1-9、10教案用纸第2周总第3次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：逻辑函数的公式化简法教学方法：引导、启发式教具：教学目标：了解逻辑函数的几种标准形式，能够灵活运用逻辑代数的基本公式和常用公式及基本定理对逻辑函数进行化简。教学重点：公式法化简教学难点：公式法化简主要教学内容：1、复习提问2、导入新课3、逻辑函数的表达4、公式法化简5、小结 课后回顾教案用纸复习提问1、逻辑代数基本公式和常用公式2、逻辑代数基本定理（5分钟）新课导入同一函数的真值表是唯一的，但可以写成不同的函数形式，它们繁简各异，可以相互转换，从应用角度看，越简单越好，本节介绍逻辑函数的公式法化简。（5分钟）新课课题逻辑函数标准形式、公式法化简教学基本内容、方法及手段一、逻辑函数的表达函数形式通常有与-或式、与非-与非式、或-非式、与或-非式、或非-或非式、或-与式等。其中，通常使用广泛的最简形式是与-或式。如。因为与或式最为常见且易于转换为其他的各表达形式。二、逻辑函数的公式发化简公式法化简就是反复利用逻辑代数的基本公式和常用公式，通过消去函数式中多余的乘积项和各乘积项中多余的因子来简化逻辑函数的。1.并项法利用公式 例1：将函数化简成最简与或式。解：化简过程如下：方法及手段讲解：（10分钟）讲解：（5分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段练习：化简2.吸收法利用公式例2：化简函数。解：化简过程如下：练习：化简3.消项法利用公式例3：化简函数练习：化简4.配项法利用公式例4:化简函数。讲述：（5分钟）练习：（10分钟）小结：（5分钟）小结：介绍了逻辑函数的几种标准形式及公式法化简中常用的几种方法：并项法、吸收法、消项法和配项法，要求会灵活运用。作业：P45:1-13、15教案用纸第2周总第4次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：逻辑函数的卡诺图化简法教学方法：引导、启发式教具：教学目标：理解最小项的概念，会画四变量卡诺图，并会利用卡诺图对逻辑函数进行化简。教学重点：卡诺图化简方法教学难点：卡诺图画法主要教学内容：1、复习2、导入新课3、逻辑函数的最小项4、逻辑函数的卡诺图5、卡诺图化简的基本方法6、具有无关项的逻辑函数的化简7、小结 课后回顾教案用纸复习提问1、逻辑函数的标准形式2、公式法化简的常用方法（5分钟）新课导入公式法化简函数有方法和技巧的要求，对初学者来说有一定的难度。下面我们将介绍卡诺图化简法，这是一种既直观又有步骤可循的化简方法。（5分钟）新课课题逻辑函数的卡诺图法化简教学基本内容、方法及手段一、逻辑函数的最小项1.最小项的定义在有n个变量的函数中，如果m是包含n个因子的乘积项，且这个变量均以原变量或反变量的形式出现且仅出现一次，那么该乘积项m就定义为n变量函数的最小项。例如，在三变量（A、B、C）函数中，就有8个(个)最小项，即其相应的编号依次为：2.最小项的性质性质一：对于输入变量的任意取值，有且仅有一个最小项的值为1。性质二：任意两个最小项的乘积为0。性质三：全体最小项之和为1。性质四：相邻的两个最小项可以合并成一项，并消去不同变量，保留相同变量。二、变量的卡诺图1、卡诺图的画法卡诺图是由个按几何和逻辑均相邻的原则排列起来的小方块组合而成的方块图。每一个小方块为一个单元，代表函数的一个最小项。方法及手段讲解：（5分钟）举例：（5分钟）讲述：（10分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段二变量、三变量和四变量函数的卡诺图如图。用卡诺图表示逻辑函数可以根据逻辑函数的最小项表达式画出函数的卡诺图。找出表达式中包含的最小项，在对应的小方块内填入1，没有包含最小项对应的小方块内填0（或者不填），得到的即是该函数的卡诺图。三、卡诺图化简的方法1.化简的方法卡诺图化简法就是依据最小项合并的规律，2n个具有相邻性的最小项合并成一项，消去n个因子。圈0得到反函数，圈1得到原函数，通常采用圈1的方法。2.化简的步骤卡诺图化简法的一般步骤为：（1）画出需要化简的逻辑函数的变量卡诺图。（2）找出所有具有相邻性的最小项，用圈1法圈出，分别得出其对应的乘积项。（3）将上一步得到的各乘积项相加，得到该函数的最简与-或表达式。合并最小项时要注意几点：1）结果的乘积项包含函数的全部最小项；2）所需要画的圈尽可能的少，或说化简后的乘积项数目越少越好；3）所画的每个圈包含的最小项越多越好，或说化简后的每个乘积项包含的因子数目越少越好。例：用卡诺图化简逻辑函数讲解：（5分钟）启发：（5分钟）讲述：（5分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段三、具有无关项的逻辑函数的化简1.无关项（1）约束项实际工作中，有一些输入的逻辑变量取值是不可能或者是不允许出现的，如在8421BCD码中，1010~1111这6种代码的组合是不允许出现的，或者说是有约束的。对输入变量取值所加的限制称为约束，对应的最小项称为约束项，把相应的一组变量称为具有约束的一组变量。在逻辑函数表达式中约束项通常采用约束条件来表示，如约束条件可以表示为。如在卡诺图中一般用“×”表示。（2）任意项与约束项类似的另一种情况是输入变量的取值既可以看作是0，又可以看作是1，并不影响函数的结果或电路的功能。在这些变量取值的情况下，值为1的那些最小项被称为任意项。（3）无关项在逻辑函数中约束项和任意项通称为无关项。2.具有无关项的逻辑函数的化简具有约束项的函数卡诺图法化简的步骤是：（1）将函数化为最小项之和的形式；（2）画出函数的卡诺图。其中的约束项用“×”填入；（3）合并最小项时，根据需要可以把约束项“×”当作“1”处理，也可以当作“0”处理；（4）得到化简结果。讲述：（5分钟）启发：（5分钟）列真值表练习：（5分钟）小结：（5分钟）小结：介绍了最小项的概念和卡诺图的画法，要求会用卡诺图法化简五变量以下的逻辑函数。作业：P45:1-15单、16第3周总第5次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：逻辑门电路教学方法：引导、启发式教具：教学目标：了解二极管、三极管和MOS管的开关特性及集成门电路的结构及工作原理，掌握各种门电路的使用。教学重点：集成逻辑门电路的使用教学难点：门电路的电气特性主要教学内容：1、复习2、导入新课3、二极管、三极管、MOS管的开关特性4、TTL集成门电路5、CMOS集成门电路6、TTL集成门电路和CMOS集成门电路的接口7、小结 课后回顾教案用纸复习提问1、卡诺图画法2、卡诺图法化简过程（5分钟）新课导入用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的电子电路称为逻辑门电路。它们是组成各种数字系统的基本逻辑门电路。（5分钟）新课课题基本逻辑门电路教学基本内容、方法及手段一、二极管、三极管、MOS管的开关特性1.二极管的开关特性（1）反向恢复时间（2）开通时间2.三极管的开关特性ton=td+tr；toff=ts+tf。三极管的ton和toff总称为三极管的开关时间，一般为几个纳秒到几十纳秒。3．MOS管的开关特性二、分立元件门电路1．二极管与门电路2．二极管或门电路3.三极管非门电路方法及手段讲解：（5分钟）举例：（5分钟）讲述：（10分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段三、TTL集成逻辑门电路1、TTL与非门2、集电极开路与非门（OC门）1）实现线与逻辑2）驱动发光二极管3)实现电平转换 3、三态输出门（TSL）三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。4、TTL集成逻辑门电路系列简介74系列、74L系列、74H系列、74S系列、74LS系列、74AS系列、74ALS系列。5、TTL集成逻辑门电路的使用注意事项（1）输出端的连接（2）闲置输入端的处理（3）电源电压及电源干扰的消除（4）电路安装接线和焊接应注意的问题四、CMOS集成逻辑门电路1、CMOS反相器2、CMOS三态输出门3、CMOS传输门CMOS传输门的输出和输入端也可互换使用，是一双向器件。讲解：（10分钟）讲述：（20分钟）教案用纸教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4、CMOS集成电路系列（1）基本的CMOS——4000系列（2）高速的CMOS——HC（HCT）系列。（3）先进的CMOS——AC（ACT）系列5、CMOS集成逻辑门电路的使用注意事项(1)电源电压(2)闲置输入端的处理(3)输出端的连接五、TTL电路和CMOS电路的接口两种不同类型的集成电路相互连接，驱动门必须要为负载门提供符合要求的高低电平和足够的输入电流，即要满足下列条件：（1）驱动门的UOH（min）≥负载门的UIH（min）；（2）驱动门的UOL（max）≤负载门的UIL（max）；（3）驱动门的IOH（max）≥负载门的IIH（总）；（4）驱动门的IOL（max）≥负载门的IIL（总）。在工程实践中，常常需要用TTL或CMOS电路去驱动指示灯、发光二极管LED、继电器等负载。对于电流较小、电平能够匹配的负载可以直接驱动。讲述：（15分钟）启发：（10分钟）小结：（5分钟）小结：介绍了二极管、三极管和MOS管的静态和动态开关特性，CMOS反相器、与非门、或非门、OD门及CMOS传输器的结构和原理，要理解，熟悉CMOS系列产品及使用注意事项，了解两种门电路的接口方式。作业：P46:1-18、20、21教案用纸第3周总第6次2学时教学班级：课程：电子技术授课教师：课题：技能训练1：基本门电路逻辑功能的测试教学方法：引导、启发式教具：教学目标：掌握集成与非门、或非门的逻辑功能和主要参数的测试方法和使用规则，进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法。教学重点：逻辑功能测试教学难点：使用规则主要教学内容：1、复习2、导入新课3、门电路功能介绍4、门电路功能测试5、应用电路连接与测试6、小结 课后回顾教案用纸复习提问1、各种门电路逻辑功能2、TTL和CMOS系列产品使用规则（5分钟）新课导入公式法化简函数有方法和技巧的要求，对初学者来说有一定的难度。下面我们将介绍卡诺图化简法，这是一种既直观又有步骤可循的化简方法。（5分钟）新课课题实验一：基本门电路逻辑功能的测试教学基本内容、方法及手段一、实验目的1、掌握CMOS集成门电路的逻辑功能和器件的使用规则2、学会CMOS集成门电路主要参数的测试方法二、实验原理尽管CMOS与TTL电路内部结构不同，但它们的逻辑功能完全一样。本实验将测定与门CC4081，或门CC4071，与非门CC4011，或非门CC4001的逻辑功能。各集成块的逻辑功能与真值表参阅教材及有关资料。4011（四二输入与非门）4001（四二输入或非门）方法及手段讲解：（5分钟）