[其它课程]D简单逻辑电路上课

D D 简简 单单 逻逻 辑辑 电电 路路 引入引入: 数字化的现代生活数字化的现代生活1 1、两种不同的信号、两种不同的信号0 0u ut t模拟信号模拟信号：电压信号随时间是：电压信号随时间是连续连续变化的，我们把它叫做模变化的，我们把它叫做模拟信号。（如音频电信号）拟信号。（如音频电信号）数字信号数字信号：电压信号：电压信号不连续不连续变化的信号，叫数字信号变化的信号，叫数字信号这两种信号有什么不一样？这两种信号有什么不一样？ 模拟信号模拟信号处理模拟信号的电路叫做处理模拟信号的电路叫做模拟电路模拟电路处理数字信号的电路叫做处理数字信号的电路叫做数字电路数字电路数字信号数字信号u ut00 011 10 00 0 01 10 0 0书 数字信号具有较强的干扰能力；处理起来方便；是计算机工作的数字信号具有较强的干扰能力；处理起来方便；是计算机工作的基础，能更大范围传送信息；高速度、高保密、高保真等基础，能更大范围传送信息；高速度、高保密、高保真等优点优点.tU0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0高电势高电势 （如（如 5V)“1”5V)“1”低电势低电势 （如（如 0V0V、接地）、接地）“0”“0”2. 2. 数字化的引入：数字化的引入：3. 3. （数字）逻辑电路（数字）逻辑电路逻辑电路中最基本的电路叫逻辑电路中最基本的电路叫“门门”电路电路数字电路主要实现输入信号和输出信号之间的逻辑关系。数字电路主要实现输入信号和输出信号之间的逻辑关系。 数字电路的基本单元是逻辑电路数字电路的基本单元是逻辑电路二、基本门电路二、基本门电路门电路是最简单的逻辑电路，是数字电路的基本单元门电路是最简单的逻辑电路，是数字电路的基本单元 门电路是一种有一个或多个输入端，只有一个输出端的门电路是一种有一个或多个输入端，只有一个输出端的开开关电路关电路，是根据输入信号，按一定的，是根据输入信号，按一定的逻辑关系逻辑关系获得相应的获得相应的输出信号的装置。输出信号的装置。门电路在工作时输入、输出端只有两种状态：门电路在工作时输入、输出端只有两种状态： 高电势（比如高电势（比如5v5v）“1”“1”， 低电势（比如低电势（比如0v0v）“0”“0”基本门电路分为三种基本门电路分为三种 “ “与与” ” 门门 “ “或或” ” 门门 “ “非非” ” 门门1 1、“与与”门门条件条件结果结果（1 1）“与与”逻辑关系逻辑关系s1s2L规定：规定：开关开关 闭合为闭合为 1，断开为，断开为 0灯泡灯泡 亮为亮为 1，熄灭为，熄灭为 0 “与与”门逻辑示意图门逻辑示意图 当决定某事件的全部条件当决定某事件的全部条件同时具备时，结果才会发生，同时具备时，结果才会发生，这种因果关系叫做这种因果关系叫做“与与”。 实现实现“与与”逻辑关系的电路逻辑关系的电路称为与门。称为与门。（2 2） “ “与与”门符号门符号 &AZB（4 4）真值表）真值表: :罗列门电路输入端状态和输出端状态逻罗列门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表格。辑对应关系的表格。100011011000ZBA输出输出输入输入输入输入A A与输入与输入B B均是高电均是高电势时，输出势时，输出Z Z才是高电势。才是高电势。有有“0”0”就就“0”0”全全“1 1”才才“1 1”（3 3）与门逻辑功能）与门逻辑功能ZutBtu（5 5）波形图）波形图Aut 0 1 0 11 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 下图中用电信号的方式标出了下图中用电信号的方式标出了“与与”门输入端门输入端A、B上的输入上的输入情况，请画出输出端情况，请画出输出端Z的电信号的电信号:2 2、“或或”门门（1 1）“或或”逻辑关系逻辑关系结果结果ABL结果条件条件条件条件 结果结果 S1 S2 l 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 在决定某事件的条件中，只要任一条件具备，在决定某事件的条件中，只要任一条件具备，事件就会发生，这种因果关系叫做事件就会发生，这种因果关系叫做“或或”。 实现实现“或或”逻辑关系的电路称为或门逻辑关系的电路称为或门。“或或”门逻辑示意图门逻辑示意图（2 2）符号）符号1AYB（4 4）真值表）真值表: :有有“1 1”就就“1 1” 输入输入A与输入与输入B中任一个中任一个或者两个都是高电势，输出或者两个都是高电势，输出Z就为高电势。就为高电势。111011011000ZBA输出输出输入输入（3 3）或门逻辑功能）或门逻辑功能ZutBtu（5 5）波形图）波形图Aut 0 1 0 1 1 0 1 01 0 1 1 1 1 1 下图中用电信号的方式标出了下图中用电信号的方式标出了“或或”门输入端门输入端A、B上的输入情况，请画出上的输入情况，请画出输出端输出端Z输出的电信号。输出的电信号。3 3、“非非”门门（1 1）“非非” ” 逻辑关系逻辑关系条件条件AL结果结果条件条件 结果结果 Sl 01 10 决定某事件的条件只有一个决定某事件的条件只有一个, ,当条件出现时事件不发生当条件出现时事件不发生, ,而条件不出现时而条件不出现时, ,事件发生事件发生, ,这种因果关系叫做这种因果关系叫做“非非”。 实现实现“非非”逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。U（4 4）真值表）真值表（5 5）波形图（反相器）波形图（反相器）AZ（2 2）符号：）符号：1AY0110ZA输出输出输入输入输入输入A A为高电势时输出为高电势时输出Z Z为低电势，为低电势，输入输入A A为低电势时输出为低电势时输出Z Z为高电势。为高电势。（3 3）非门逻辑功能）非门逻辑功能逻辑关系逻辑关系 ABZ结果结果结果条件条件 “与与”逻辑关系逻辑关系结果结果 “或或”逻辑关系逻辑关系结果条件条件ABZA“非非”逻辑关系逻辑关系结果结果Z条件条件真值表真值表 与门与门 或门或门 非门非门 符号符号 AZ1AZB&AZB1输入输入 输出输出 A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 输入输入 输出输出 A B Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 输入输入 输出输出 A Z 0 1 1 0 “与非与非”门门A AB B& &1 1Z ZZ0“或非或非”门门A A11B B1 1Z ZZ0“与非与非”门的真值表门的真值表1 11 10 01 11 10 00 00 0Z Z0 0 Z ZB BA A 输出输出输入输入1110【知识拓展知识拓展】用基本门电路通过各种组合方式不同的设计用基本门电路通过各种组合方式不同的设计要求，从而构成各种要求，从而构成各种组合逻辑电路组合逻辑电路。比如我们把一个。比如我们把一个“与与”门门的输出端接入一个的输出端接入一个“非非”门的输入端，来研究它的输出情况门的输入端，来研究它的输出情况.0001A AB B& &Z ZA AB B1Z Z“与非与非”门的逻辑功能？门的逻辑功能？【知识拓展知识拓展】集成电路的优点集成电路的优点世界上第一台电子管式计算机：世界上第一台电子管式计算机：仅用仅用1.8万支万支电子管就占地电子管就占地170 ，重达，重达30t笔记本电脑：笔记本电脑：1kg左右左右微电子技术集成电路芯片：微电子技术集成电路芯片：在在1 的半导体的半导体硅上，可制造出硅上，可制造出20亿亿30亿个晶体管亿个晶体管2cm2m例：例：如图所示，如图所示，V是一个发光二极管，在是一个发光二极管，在ab两端两端加上一定电压时，发光二极管会发光，关于电加上一定电压时，发光二极管会发光，关于电路的控制过程下列说法正确的是路的控制过程下列说法正确的是 ( )A. 该电路控制功能相当于一个该电路控制功能相当于一个“或或”门门B. 当当S闭合时发光二极管发光。闭合时发光二极管发光。C. 当当S断开时发光二极管发光。断开时发光二极管发光。D. 以上说法均不正确以上说法均不正确S S1 1a ab bV VC例：例：由基本门电路组成的电路使小灯泡发光的由基本门电路组成的电路使小灯泡发光的图是（图是（ ） & &+5V（A）11+5V（B）111 1+5V（D）1 1+5V（C）B&S S1 1S S2 2L LABZ 如图（如图（a）所示是一个模拟）所示是一个模拟 逻辑关系的电路，逻辑关系的电路，请利用与之相对应的门电路实现相同的功能，并完成请利用与之相对应的门电路实现相同的功能，并完成（b）虚线框内的电路。）虚线框内的电路。（a）R1S1R2+5V0VS2L L（b）与与四、应用逻辑电路实现自动控制四、应用逻辑电路实现自动控制1 1、传感器：把外界的信号（光、声，温度，湿度、压、传感器：把外界的信号（光、声，温度，湿度、压力、运动等等）转换成电信号，输入控制器。如热敏电力、运动等等）转换成电信号，输入控制器。如热敏电阻阻, ,光敏电阻光敏电阻, ,湿度传感器等等。湿度传感器等等。2 2、控制器：通过逻辑电路作用，决定输入执行器的电、控制器：通过逻辑电路作用，决定输入执行器的电信号，从而控制执行器的状态。信号，从而控制执行器的状态。3 3、执行器：根据电信号进行工作，例如发光、运动、执行器：根据电信号进行工作，例如发光、运动、鸣叫等等。鸣叫等等。自动控制的一般设计模板：自动控制的一般设计模板： 执行器执行器 控制器控制器 传感器传感器 +5V0V一般电路一般电路逻辑电路逻辑电路例题例题1、如图，一个火警报警装置的逻辑电路图。、如图，一个火警报警装置的逻辑电路图。Rt是一个热敏电是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小是一个阻值较小的分压电阻。的分压电阻。（1）要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图）要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件？中虚线处应接入怎样的元件？（2）为什么温度高时电铃会被接通？）为什么温度高时电铃会被接通？（3）为了提高该电路的灵敏度，即温度较低时就报警，）为了提高该电路的灵敏度，即温度较低时就报警，R的值应的值应大一些还是小一些？大一些还是小一些？执行器执行器控制器控制器 0VRXRt+5V电铃电铃火警报警装置火警报警装置PDAY1传感器传感器RXRt+5VPD串联电路串联电路&例：例：下图是用一个逻辑电路和按钮开关、光敏电阻、蜂鸣器等元下图是用一个逻辑电路和按钮开关、光敏电阻、蜂鸣器等元件组成的一个简单防盗报警器的电路图。该报警器的功能是：当件组成的一个简单防盗报警器的电路图。该报警器的功能是：当放在保险箱前地板上的按钮开关放在保险箱前地板上的按钮开关S被脚踩下而闭合被脚踩下而闭合同时同时安装在保险安装在保险箱里的光敏电阻箱里的光敏电阻R0被手电筒照射时，蜂鸣器就会发出鸣叫声。被手电筒照射时，蜂鸣器就会发出鸣叫声。试回答该报警器是用哪一种门电路，试回答该报警器是用哪一种门电路，并在电路的虚框内画出该门电路符号，并在电路的虚框内画出该门电路符号，R2与与R0的大小关系如何？的大小关系如何？R1SR2R0+5V0VABZR0在受光照时电阻应远小于在受光照时电阻应远小于R2R0在未受光照时电阻应远大于在未受光照时电阻应远大于R2 无光照时光敏电阻值大于无光照时光敏电阻值大于1 1兆兆欧，有光照时一般仅为几千欧。欧，有光照时一般仅为几千欧。 例：例：如图是某种机器的冷却风扇的一个控制电路，当机器温度如图是某种机器的冷却风扇的一个控制电路，当机器温度过高时，接通触动继电器使风扇自动开启，或只有在开关闭过高时，接通触动继电器使风扇自动开启，或只有在开关闭合时风扇才启动工作，则图中合时风扇才启动工作，则图中X框内使用了门电路是框内使用了门电路是 门。门。R1是是 电阻，温度正常，电阻，温度正常，A端输入电势为端输入电势为 （高或（高或低），电阻低），电阻R1 R2（填（填“大于大于”或或“小于小于”）。电键）。电键S断开时，断开时，B端输入电势为端输入电势为 （高或低）。（高或低）。或或+5V0 ZBA继电器继电器XRMS S电源电源R1R2低低低低热敏热敏大于大于 例：例：为节电，居民小区的楼道灯通常采用门电路控制，为节电，居民小区的楼道灯通常采用门电路控制，白天的时候，即使拍手发出声音，灯也不亮，但到了晚白天的时候，即使拍手发出声音，灯也不亮，但到了晚上，发出声音灯就亮了。并采用延时电路，使之亮了一上，发出声音灯就亮了。并采用延时电路，使之亮了一段时间后熄灭。电路中有一个声控开关段时间后熄灭。电路中有一个声控开关(如图如图)。 （1）完成下列表格）完成下列表格天色天色声音声音灯灯暗暗无无灭灭暗暗有有亮亮亮亮无无灭灭亮亮有有灭灭（2）画出应用什么门电路实现控制，其中）画出应用什么门电路实现控制，其中R2为光敏电为光敏电阻，受光照射电阻减小；阻，受光照射电阻减小；R1为定值电阻；为定值电阻；K为声控开关为声控开关&R1R2R0+5V0VL L延时延时开关开关K天色天色声音声音灯灯暗暗无无灭灭暗暗有有亮亮亮亮无无灭灭亮亮有有灭灭（3）把天色信号设为）把天色信号设为A，声音信号设为，声音信号设为B，电路中输入端高电，电路中输入端高电势为势为1，低电势为，低电势为0，则当天色明亮时，则当天色明亮时，A输入应为输入应为 ，有，有声音时声音时B输入应为输入应为 。按照选定的门电路对应的逻辑关系。按照选定的门电路对应的逻辑关系填好真值表。填好真值表。R1R2R0+5V0VL L延时延时开关开关K&A AB BZ Z010100111 0 00ABZ（4）白天时，）白天时，R1、R2的关系是的关系是R1 R2 （填（填“大于大于”或或“小于小于”）01大于大于电热水器电热水器例例:如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触器被水淹没时，会触动继电器而是电开始加热，试回答下列问题器被水淹没时，会触动继电器而是电开始加热，试回答下列问题:（1）输入端）输入端A的状态受元件的状态受元件X和和Y控制，试写出元件控制，试写出元件X和和Y名称。名称。若水温上升，器件若水温上升，器件Y的电阻值有何变化？试指出在什么情况下输的电阻值有何变化？试指出在什么情况下输入端入端A的状态是的状态是“1”（设高电势为（设高电势为1，低电势为，低电势为0)&Y+5V0 ZBA继电器继电器电源电源电热器电热器XR接触器接触器X为可变电阻器为可变电阻器Y为热敏电阻为热敏电阻水温上升时水温上升时Y阻阻值减小值减小温度较低时温度较低时A为为“1”如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触器被水淹没时，会触动继电器而是电开始加热，试回答下列问题器被水淹没时，会触动继电器而是电开始加热，试回答下列问题:（2）输入端）输入端B的状态受接触器和电阻器的状态受接触器和电阻器R控制，若整个接触器控制，若整个接触器浸没在水中，输入端浸没在水中，输入端B的状态是什么？试简单解释为何将接触器的状态是什么？试简单解释为何将接触器放在盛水器内的高处。放在盛水器内的高处。&Y+5V0 ZBA继电器继电器电源电源电热器电热器XR接触器接触器若整个接触器浸没在水若整个接触器浸没在水中，输入端中，输入端B为高电势为高电势如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触如图所示是一种电热水器系统的设计，当水温低于某温度和接触器被水淹没时，会触动继电器于是电开始加热，试回答下列问题器被水淹没时，会触动继电器于是电开始加热，试回答下列问题:&Y+5V0 ZBA继电器继电器电源电源电热器电热器XR接触器接触器（3）电热器在什么情况下开始对水加热？）电热器在什么情况下开始对水加热？自动控制的一般设计模板：+5VR2R4R1湿度传感器湿度传感器例：例：“天黑路滑天黑路滑”指示灯指示灯以下备用以下备用RR/1E EL L 例：例：如图所示，由如图所示，由“非非”门构成的一个简单光控制电门构成的一个简单光控制电路，其中路，其中R/为光敏电阻，光照时电阻变小，为光敏电阻，光照时电阻变小，R为定值为定值电阻，电阻，L为小灯泡，其工作原理是，当光敏电阻受光为小灯泡，其工作原理是，当光敏电阻受光照时，此时输入电势为照时，此时输入电势为 （高或低），小灯（高或低），小灯L （填（填“亮亮”或或“灭灭”） 。白天灯两端电压为。白天灯两端电压为UL1，夜，夜晚为晚为UL2，则，则UL1_UL2（填（填“”或或“”）。要使路）。要使路灯早一些亮起来，应使灯早一些亮起来，应使R_ （填（填“增大增大”或或“减减小小”）。）。 灭灭高高减小减小ERRRUL1RRUURR高电势高电势低电势低电势 门的真值表门的真值表输入输入输出输出A AB BZ Z00011111110011R1S2R2+5V0 0 VABZS1R例：例：下图是一个应用某种逻辑电路制作的简单车门报警电路图。下图是一个应用某种逻辑电路制作的简单车门报警电路图。图中的两个按钮开关分别装在汽车的两道门上。只要其中任何图中的两个按钮开关分别装在汽车的两道门上。只要其中任何一个开关处于开路状态（即输入为逻辑一个开关处于开路状态（即输入为逻辑1），那么输出也是逻辑），那么输出也是逻辑1，发光二极管（报警灯）就发光。请你根据报警要求，在电路，发光二极管（报警灯）就发光。请你根据报警要求，在电路图的虚线框内画出门电路的符号，并完成该门电路的真值表。图的虚线框内画出门电路的符号，并完成该门电路的真值表。“或或”1ABZ 如图（如图（a）所示是一个模拟）所示是一个模拟 逻辑关系的电路，逻辑关系的电路，请利用与之相对应的门电路实现相同的功能，并完请利用与之相对应的门电路实现相同的功能，并完成（成（b）虚线框内的电路。）虚线框内的电路。（a）R1S1R2+5V0VS2L L（b）S S1 1S S2 2L L 例：例：如图所示，由如图所示，由“非非”门构成的一个简单光门构成的一个简单光控制电路，其中控制电路，其中R/为光敏电阻，光照时电阻变为光敏电阻，光照时电阻变小，小，R为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，其工作原理为小灯泡，其工作原理是，当光敏电阻受光照时，小灯是，当光敏电阻受光照时，小灯L （填（填“亮亮”或或“灭灭”），此时输入电势为），此时输入电势为 （高或低）（高或低）R+5VR/1L L亮亮低低