教案.第六讲常用CMOS逻辑门电路及74LS系列TTL逻辑门电路

教案.第六讲常用CMOS逻辑门电路及74LS系列TTL逻辑门电路一、教学目标1.知识目标了解CMOS逻辑门电路的基本结构、工作原理和特性。掌握常用CMOS逻辑门电路（如与非门、或非门、与门、或门、非门等）的逻辑功能和电气特性。熟悉74LS系列TTL逻辑门电路的基本结构、工作原理和特性。掌握74LS系列TTL逻辑门电路（如74LS00与非门、74LS32或门等）的逻辑功能和电气特性。能够比较CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的优缺点。2.能力目标能够根据逻辑功能要求正确选择和使用CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路。能够对简单的数字电路进行逻辑分析和设计，合理选用逻辑门电路实现给定的逻辑功能。具备一定的电路故障排查和调试能力，能够解决使用逻辑门电路过程中出现的常见问题。3.素质目标培养学生严谨的科学态度和实事求是的工作作风，在电路设计和调试过程中注重细节，确保电路的可靠性。提高学生的团队协作能力和沟通能力，鼓励学生在小组讨论和实践中相互学习、共同进步。激发学生对数字电路的学习兴趣，培养学生的创新思维和实践能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。

二、教学重难点1.教学重点CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的工作原理。常用CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的逻辑功能及表示方法。CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的主要电气特性（如输入输出特性、阈值电压、扇入扇出等）。2.教学难点CMOS逻辑门电路中MOS管的开关特性对电路工作原理的影响。TTL逻辑门电路中三极管的饱和与截止状态对电路性能的影响。两种逻辑门电路电气特性的比较及在实际应用中的合理选择。

三、教学方法1.讲授法：讲解CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的基本概念、工作原理、逻辑功能和电气特性等基础知识，使学生对所学内容有初步的认识和理解。2.演示法：通过实验演示，展示CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的实际工作情况，包括电路连接、输入输出信号波形等，帮助学生直观地理解电路的工作过程和逻辑功能。3.讨论法：组织学生进行小组讨论，针对教学过程中的重点、难点问题以及实际应用案例，引导学生积极思考、相互交流，培养学生的分析问题和解决问题的能力。4.实践法：安排学生进行实验操作，让学生亲自动手搭建电路，测试逻辑门电路的逻辑功能和电气特性，通过实践加深对所学知识的理解和掌握，提高学生的实践能力和动手能力。

四、教学过程

（一）课程导入（5分钟）通过提问回顾上节课所学的数字电路基础知识，如数字信号的特点、基本逻辑运算等。然后引出本节课的主题常用CMOS逻辑门电路及74LS系列TTL逻辑门电路，介绍它们在数字电路中的重要地位和广泛应用，激发学生的学习兴趣。

（二）CMOS逻辑门电路（20分钟）1.CMOS逻辑门电路概述介绍CMOS逻辑门电路是由互补对称的MOS管组成的集成电路，具有功耗低、抗干扰能力强等优点，广泛应用于各种数字电路中。展示CMOS逻辑门电路的基本结构框图，让学生对其组成有一个初步的了解。2.CMOS反相器详细讲解CMOS反相器的工作原理，通过分析MOS管在输入不同电平信号时的导通和截止状态，说明反相器如何实现输入信号的取反功能。画出CMOS反相器的电路原理图，结合图形讲解其工作过程，如当输入为低电平时，P沟道MOS管导通，N沟道MOS管截止，输出为高电平；当输入为高电平时，情况相反。介绍CMOS反相器的主要电气特性，如输入输出电压范围、阈值电压、传输延迟等，并说明这些特性对电路工作的影响。3.常用CMOS逻辑门电路与非门：讲解CMOS与非门的电路结构是在反相器的基础上增加了与逻辑功能部分，通过分析MOS管的导通和截止组合，实现输入信号的与非运算。举例说明与非门的逻辑功能，如当输入A=0，B=1时，输出为1；当输入A=1，B=1时，输出为0，并通过真值表进行总结。或非门：类似地讲解CMOS或非门的电路结构和工作原理，分析其如何实现输入信号的或非运算，通过举例和真值表说明其逻辑功能。与门、或门、非门：简要介绍CMOS与门、或门、非门的电路结构和工作原理，与前面所学的逻辑门进行对比，加深学生对不同逻辑门功能的理解。

（三）74LS系列TTL逻辑门电路（20分钟）1.TTL逻辑门电路概述介绍TTL逻辑门电路是晶体管晶体管逻辑电路，是数字集成电路发展过程中的重要阶段，曾经得到广泛应用。展示74LS系列TTL逻辑门电路的外观和引脚图，让学生了解其封装形式和引脚排列。2.TTL与非门详细讲解TTL与非门的电路结构，包括输入级、中间级和输出级，分析三极管在不同工作状态下对电路的影响。通过实例说明TTL与非门的工作原理，如当输入全为高电平时，输出为低电平；当输入有低电平时，输出为高电平，并结合电路原理图进行解释。介绍TTL与非门的主要电气特性，如输入输出电平标准、扇入扇出能力、传输延迟等，与CMOS与非门的电气特性进行对比。3.其他74LS系列TTL逻辑门电路74LS32或门：讲解74LS32或门的电路结构和工作原理，分析其如何实现输入信号的或运算，通过举例和真值表说明逻辑功能。74LS08与门：简要介绍74LS08与门的电路结构和工作原理，与74LS系列其他逻辑门进行对比，帮助学生掌握不同逻辑门的特点。

（四）两种逻辑门电路比较（15分钟）1.电气特性比较从功耗、速度、抗干扰能力等方面对CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的电气特性进行比较。举例说明在不同应用场景下，如何根据电气特性选择合适的逻辑门电路。例如，在对功耗要求较高的便携式设备中，CMOS逻辑门电路更适合；而在对速度要求较高的高速数字系统中，TTL逻辑门电路可能更有优势。2.逻辑功能比较强调两种逻辑门电路在逻辑功能上是相同的，都能实现基本的逻辑运算（与、或、非、与非、或非等）。通过具体的逻辑表达式和真值表，让学生进一步理解它们在逻辑功能上的等效性，消除学生对两种逻辑门电路的混淆。

（五）课堂小结（5分钟）1.回顾本节课所学的主要内容，包括CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的工作原理、逻辑功能和电气特性。2.总结两种逻辑门电路的优缺点以及在实际应用中的选择依据。3.强调逻辑门电路在数字电路中的重要性，鼓励学生在今后的学习和实践中深入理解和掌握相关知识。

（六）课堂练习（10分钟）1.给出一些简单的逻辑表达式，让学生分别用CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路实现。2.提供一些逻辑功能描述，要求学生设计相应的逻辑电路，并选择合适的逻辑门电路进行搭建。3.通过课堂练习，及时巩固学生所学的知识，发现学生在理解和应用过程中存在的问题，以便进行有针对性的辅导和讲解。

（七）实验教学（2课时）1.实验目的熟悉CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的引脚功能和使用方法。验证常用CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的逻辑功能。测试CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的电气特性，如输入输出电压、传输延迟等。2.实验器材数字电路实验箱CMOS逻辑门电路芯片（如74HC00与非门、74HC32或门等）74LS系列TTL逻辑门电路芯片（如74LS00与非门、74LS32或门等）示波器万用表3.实验内容与步骤电路连接根据实验要求，在数字电路实验箱上分别连接CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路。例如，连接74HC00与非门的输入引脚和电源、地，输出引脚连接到指示灯或示波器探头；连接74LS00与非门时，按照相同的方法进行引脚连接。在连接过程中，注意芯片的电源极性和引脚顺序，确保电路连接正确无误。逻辑功能测试对于每个逻辑门电路，按照真值表的要求输入不同的逻辑电平组合，观察并记录输出结果。例如，对于74HC32或门，依次输入A=0，B=0；A=0，B=1；A=1，B=0；A=1，B=1等四种情况，记录输出Y的电平状态，并与理论真值表进行对比。通过实际测试，验证逻辑门电路的逻辑功能是否正确。电气特性测试使用示波器测量逻辑门电路的传输延迟时间。例如，输入一个方波信号，观察输出信号相对于输入信号的延迟情况，测量上升沿和下降沿的传输延迟时间，并记录数据。使用万用表测量逻辑门电路的输入输出电压，确定其高电平、低电平的电压范围，并与芯片手册中的参数进行比较。4.实验报告要求画出实验电路原理图，注明芯片型号和引脚连接。记录实验过程中测得的逻辑功能测试结果和电气特性测试数据，并与理论值进行比较分析。分析实验中出现的问题及解决方法，总结实验心得体会。

（八）课后作业（5分钟）1.复习本节课所学的CMOS逻辑门电路和74LS系列TTL逻辑门电路的知识，整理笔记。2.完成课后习题，加深对逻辑门电路逻辑功能和电气特性的理解。3.思考如何利用所学的逻辑门电路设计一个简单的数字电路，如实现一个密码锁的逻辑控制电路，为下节课的内容做好准备。

五、教学资源1.教材：选用相关的数字电路教材，如《数字电子技术基础》（第五版，阎石主编），作为学生学习的主要参考资料。2.课件：制作详细的PPT课件，包含教学内容的文字、图片、动画等，辅助课堂教学，帮助学生更好地理解和掌握知识点。3.实验设备：配备数字电路实验箱、CMOS逻辑门电路芯片、74LS系列TTL逻辑门电路芯片、示波器、万用表等实验器材，满足实验教学的需要。4.网络资源：推荐一些相关的在线学习平台、数字电路论坛等，供学生课后拓展学习和交流，获取更多的学习资源和信息。

六、教学评价1.课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、回答问题情况、小组讨论表现等，及时给予鼓励和指导，评价学生的学习态度和积极性。2.作业评价：认真批改学生的课后作业，了解学生对所学知识的掌握程度，针对作业中出现的