中職電工電子基礎(chǔ)教案10：第十章 門電路和組合邏輯電路電子教案

1、教 案任課教師龍愛忠授課班級(jí)17秋機(jī)電一體化5年一貫制班課時(shí)安排4個(gè)課時(shí)專業(yè)、層次中職課題內(nèi)容第十章 門電路和組合邏輯電路教學(xué)重點(diǎn)基本邏輯運(yùn)算和基本邏輯門組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)譯碼器和數(shù)字顯示教學(xué)難點(diǎn)半加器、全加器、編碼器課程目標(biāo)1、掌握邏輯門電路的邏輯符號(hào)及邏輯功能2、掌握組合電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法3、掌握典型組合邏輯電路的功能課的類型新授課教學(xué)策略通過多媒體教學(xué)方法與手段講授、實(shí)踐等教 學(xué) 過 程 設(shè) 計(jì)教學(xué)過程及時(shí)間分配教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配組織教學(xué)1、點(diǎn)名檢查學(xué)生出勤情況。2、填寫教學(xué)記錄表。5min導(dǎo)入新課從前面學(xué)習(xí)過的課題引出本節(jié)課課題：前面我們學(xué)習(xí)過直流電路和交流電路，本節(jié)課

2、我們繼續(xù)探索其他電路：門電路和組合邏輯電路3min新課講授10.1 基本邏輯運(yùn)算和基本邏輯門在邏輯運(yùn)算中，最基本的邏輯運(yùn)算有三種：與運(yùn)算，或運(yùn)算和非運(yùn)算。用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的電路，稱為邏輯門，基本邏輯門有：與門。或門和非門。1、“與”門電路圖示二極管“與”門電路，A,B,C是它的三個(gè)輸入端，Y是輸出端。其圖形符號(hào)如圖。在采用正邏輯時(shí)，高電位（高電平）為“1”，低電位（低電平）為“0”?！芭c”邏輯關(guān)系可用下式表示： Y=ABC“與”門的輸入端只要有 一個(gè)為“0”，輸出端就為“0”。上圖有三個(gè)輸入端，輸入信號(hào)有“1”和“0”兩種狀態(tài)，共有八種組合，因此可用下表列出八種組合，完整地表達(dá)所有可能的邏輯狀態(tài)。

3、ABCY000000100100011010001010110011112、“或”門電路下圖示是二極管“或”門電路及其圖形符號(hào)。 “或”門的輸入端只要有 一個(gè)為“1”，輸出端就為“1”。如果有一個(gè)以上的輸入端為“1”時(shí)，當(dāng)然，輸出端Y也為“1”。只有當(dāng)三個(gè)輸入端全為“0”時(shí)，輸出端Y才為“0”，此時(shí)三管都導(dǎo)通?！盎颉边壿嬯P(guān)系可用下式表示： Y=A+B+C3、“非”門電路下圖示的是晶體管“非”門電路及其圖形符號(hào)。“非”門電路只有一個(gè)輸入端A.當(dāng)A為“1”（設(shè)其電位為3V）時(shí)，晶體管飽和，其集電極，即輸出端Y為“0”（其電位在零伏附近）；當(dāng)A為“0”時(shí)，晶體管截止，輸出端Y為“1”（其電位近似等于

4、）。所以“非”門電路也稱為反相器。 “非”邏輯關(guān)系可用下式表示： Y10.2 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)1、分析組合邏輯電路的步驟大致如下：（1）由組合邏輯電路圖逐級(jí)寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式。（2） 應(yīng)用卡諾圖或公式法化簡邏輯表達(dá)式。（3） 由最簡表達(dá)式列出真值表。（4） 在真值表中分析邏輯功能。2、設(shè)計(jì)組合邏輯電路的步驟大致如下：（1）根據(jù)給的邏輯要求設(shè)定邏輯變量和邏輯函數(shù)以及它們的取值1和0時(shí)所表示的狀態(tài)，建立真值表。（2）根據(jù)真值表，填好卡諾圖，再用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)，得最簡（或最合理）邏輯函數(shù)表達(dá)式（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，把邏輯函數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)男问?。?）根據(jù)最終得出的邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出邏輯

5、電路圖。10.3 半加器在數(shù)學(xué)系統(tǒng)中，二進(jìn)制加法器是它的基本部件之一。半加器（半加就是只求本位的和，暫不管低位送來的進(jìn)位數(shù)）的邏輯狀態(tài)表：ABCS0000010110011110其中，A和B是相加的兩個(gè)數(shù)，S是半加和數(shù)，C是進(jìn)位數(shù)。由邏輯狀態(tài)表可寫出邏輯式： 由邏輯式就可畫出邏輯圖，如下圖(a)和(b)所示，由一個(gè)“異或“門和一個(gè)”與“門組成。半加器是一種組合邏輯電路，其圖形符號(hào)如下圖(c)所示。10.4 全加器當(dāng)多位數(shù)相加時(shí)，半加器可用于最低位求和，并給出進(jìn)位數(shù)。第二位的相加有兩個(gè)待加數(shù)和，還有一個(gè)來自前面低位送來的進(jìn)位數(shù).這三個(gè)數(shù)相加，得出本位和數(shù)（全加和數(shù)）和進(jìn)位數(shù).這種就是“全加“，下

6、表為全加器的邏輯狀態(tài)表。AiBiCi-1CiSi0000000101010010111010001101101101011111全加器可用兩個(gè)半加器和一個(gè)“或“門組成。如上圖(a)所示。和在第一個(gè)半加器中相加，得出的結(jié)果再和在第二個(gè)半加器中相加，即得出全加和。兩個(gè)半加器的進(jìn)位數(shù)通過”或“門輸出作為本位的進(jìn)位數(shù)。全加器也是一種組合邏輯電路，其圖形符號(hào)如上圖(b)所示。10.5 編碼器 用數(shù)字或某種文字和符號(hào)來表示某一對(duì)象或信號(hào)的過程，稱為編碼。開關(guān)在數(shù)字電路中，一般用二進(jìn)制編碼。二進(jìn)制只有0和1 兩個(gè)編碼，可以把若干個(gè)0和1 按一定規(guī)律編排起來組成不同的代碼（二進(jìn)制數(shù)）來表示某一對(duì)象或信號(hào)。N位

7、二進(jìn)制代碼有種，可以表示個(gè)信號(hào)。這種二進(jìn)制編碼在電路上容易實(shí)現(xiàn)。下面討論兩種編碼器。1、二進(jìn)制編碼器二進(jìn)制編碼器是將某種信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路。例如，要把,八個(gè)信號(hào)編成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼而輸出，其編碼過程如下：1）確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)因?yàn)檩斎胗邪藗€(gè)信號(hào)，所以輸出的是三位（5，n=3）二進(jìn)制代碼。這種編碼器通常稱為5/3線編碼器。2）列編碼表編碼表是把待編碼的八個(gè)信號(hào)和對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼列成的表格。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是人為的。用三位二進(jìn)制代碼表示八個(gè)信號(hào)的方案很多，下表所列的輸出Y2Y1Y0I0000I1001I2010I3011I4100I5101I6110I41113）由編碼表寫出邏輯式4）由邏輯式

8、畫出邏輯圖（下圖所示）2、二十進(jìn)制編碼器二十進(jìn)制編碼器是將十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)碼0，1，2，3，4，5，6，4，5，6編成二進(jìn)制代碼的電路。輸入的是06十個(gè)數(shù)碼，輸出的是對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。這二進(jìn)制代碼又稱二十進(jìn)制編碼器，簡稱BCD碼。其編碼過程：（1）確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)因?yàn)檩斎胗惺畟€(gè)數(shù)碼，而三位二進(jìn)制代碼只有八位組合，所以輸出的應(yīng)是四位(,取n=4)二進(jìn)制代碼。這種編碼器通常稱為7/4線編碼 器。（2）列編碼表四位二進(jìn)制代碼共有十六種狀態(tài)，其中任何十種狀態(tài)都可表示06十個(gè)數(shù)字碼，方案很多。最常用的是用5421編碼方式，就是在四位二進(jìn)制代碼的十六種狀態(tài)中取出前面的十種狀態(tài)，表示06十個(gè)數(shù)碼，后面六種

9、狀態(tài)去掉，見表21.6.2。二進(jìn)制代碼各位的1所代表的十進(jìn)制數(shù)從高位到低位依次為5，4，2，1，稱之為“權(quán)”，而后把每個(gè)數(shù)碼乘以個(gè)位的“權(quán)”，相加，即得出該二進(jìn)制代碼所代表的一位十進(jìn)制數(shù)。（3）由編碼表寫出邏輯式 （4）由邏輯式畫出邏輯圖（下圖所示） 10.6 譯碼器和數(shù)字顯示 譯碼和編碼的過程相反。編碼是將某種信號(hào)或十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)碼（輸入）編成二進(jìn)制代碼（輸出）。譯碼是將二進(jìn)制代碼（輸入）按其編碼時(shí)的原意譯成對(duì)應(yīng)的信號(hào)或十進(jìn)制數(shù)碼（輸出）。1、二進(jìn)制譯碼器例如，要把輸入的一組三位二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的八個(gè)輸出信號(hào)，其譯碼過程如下：（1）列出譯碼器的狀態(tài)表設(shè)輸出三位二進(jìn)制代碼為ABC，輸出八個(gè)信

10、號(hào)低電平有效，設(shè)為。每個(gè)輸出代表輸入的一組組合，并設(shè)ABC000時(shí)，0，其余輸出為1；ABC001時(shí)，0，其余輸出為1；ABC=81時(shí)，0，其余輸出為1，則列出的狀態(tài)表如表21.7.1所示。（2）由狀態(tài)表寫出邏輯式 = （3）由邏輯式畫出邏輯圖（下圖所示）這種三位二進(jìn)制譯碼器也稱為3/5線譯碼器，最常用的是CT44LS105型譯碼器，表21.7.1就是它的功能表。它還有一個(gè)使能端和兩個(gè)控制端，。高電平有效，1時(shí)，可以譯碼；0時(shí)，禁止譯碼，輸出全為1。和低電平有效，若均為0，可以譯碼；若其中有1或全1，則禁止譯碼，輸出也全為1。2、二十進(jìn)制顯示譯碼器在數(shù)字電路中常常要把數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果通過半導(dǎo)體數(shù)

11、碼管，液晶數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管，用十進(jìn)制數(shù)顯示出來。（1）半導(dǎo)體數(shù)碼管半導(dǎo)體數(shù)碼管（或稱LED數(shù)碼管）的基本單元是PN結(jié)，目前較多采用磷砷化鎵做成的PN結(jié)，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，就能發(fā)出清晰的光線。單個(gè)PN結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個(gè)PN結(jié)可以按分段式封裝成半導(dǎo)體數(shù)碼管，其管腳排列如下圖所示。發(fā)光二極管的工作電壓為1.5-3V,工作電流為幾毫安到十幾毫安，壽命很長。 半導(dǎo)體數(shù)碼管將十進(jìn)制數(shù)碼分成七個(gè)字段，每段為一發(fā)光二極管，其字型結(jié)構(gòu)如上圖所示。選擇不同字段發(fā)光，可顯示出不同的字形。例如，當(dāng)a,b,c,d,e,f,g七個(gè)字段全亮?xí)r，顯示出5；b,c段亮?xí)r，顯示出1。 半導(dǎo)體數(shù)碼管中七個(gè)發(fā)光二極管有共

12、陰極和共陽極兩種接法，如圖21.7.5所示。前者，某一字段接高電平時(shí)發(fā)光；后者，接低電平時(shí)發(fā)光。使用時(shí)每個(gè)管要串聯(lián)限流電阻。（2）七段顯示譯碼器其功能是把“5421”二十進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的七個(gè)字段信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。如果采用共陽極數(shù)碼管，則七段顯示譯碼器的功能表如下表所示；如采用共陰極數(shù)碼管，則輸出狀態(tài)應(yīng)和下表所示的相反，即1和0對(duì)換。下表所列舉的是CT44LS244型譯碼器的功能表。它有四個(gè)輸入端,和七個(gè)輸出端（低電平有效），后者接數(shù)碼管七段。此外，還有三個(gè)輸入控制端，其功能如下：A、 試燈輸入端 用來檢驗(yàn)數(shù)碼管的七段是否正常工作。當(dāng)=1, 0時(shí)，無論,為何種狀態(tài)，輸出均為0，數(shù)碼管七段全亮，顯示“5”字。B、滅燈輸入端 當(dāng)0，無論其他輸入信號(hào)為何狀態(tài)，輸出均為1，七段全滅，無顯示。C、滅0輸入端 當(dāng)1，1，0，只有當(dāng)0000時(shí)，輸出均為1，不顯示“0”字