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D简单逻辑电路 引入 数字化的现代生活 一 数字电路 1 两种不同的信号 模拟信号 电压信号随时间是连续变化的 我们把它叫做模拟信号 如音频电信号 数字信号 电压信号不连续变化的信号 叫数字信号 这两种信号有什么不一样 模拟信号 处理模拟信号的电路叫做模拟电路 处理数字信号的电路叫做数字电路 数字信号 书 数字信号具有较强的干扰能力 处理起来方便 是计算机工作的基础 能更大范围传送信息 高速度 高保密 高保真等优点 t U 01000111001000100100 高电势 如5V 1 低电势 如0V 接地 0 2 数字化的引入 3 数字 逻辑电路 逻辑电路中最基本的电路叫 门 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 数字电路的基本单元是逻辑电路 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一种有一个或多个输入端 只有一个输出端的开关电路 是根据输入信号 按一定的逻辑关系获得相应的输出信号的装置 门电路在工作时输入 输出端只有两种状态 高电势 比如5v 1 低电势 比如0v 0 基本门电路分为三种 与 门 或 门 非 门 1 与 门 1 与 逻辑关系 s1 s2 L 规定 开关闭合为1 断开为0灯泡亮为1 熄灭为0 与 门逻辑示意图 当决定某事件的全部条件同时具备时 结果才会发生 这种因果关系叫做 与 实现 与 逻辑关系的电路称为与门 2 与 门符号 4 真值表 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 1 0 0 0 输入A与输入B均是高电势时 输出Z才是高电势 有 0 就 0 全 1 才 1 3 与门逻辑功能 5 波形图 0101 1010 0001010 下图中用电信号的方式标出了 与 门输入端A B上的输入情况 请画出输出端Z的电信号 2 或 门 1 或 逻辑关系 结果 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 或 实现 或 逻辑关系的电路称为或门 或 门逻辑示意图 2 符号 4 真值表 有 1 就 1 输入A与输入B中任一个或者两个都是高电势 输出Z就为高电势 1 1 1 0 3 或门逻辑功能 5 波形图 0101 1010 1011111 下图中用电信号的方式标出了 或 门输入端A B上的输入情况 请画出输出端Z输出的电信号 3 非 门 1 非 逻辑关系 条件 结果 决定某事件的条件只有一个 当条件出现时事件不发生 而条件不出现时 事件发生 这种因果关系叫做 非 实现 非 逻辑关系的电路称为非门 也称反相器 4 真值表 5 波形图 反相器 A Z 2 符号 0 1 1 0 输入A为高电势时输出Z为低电势 输入A为低电势时输出Z为高电势 3 非门逻辑功能 逻辑关系 真值表 与门或门非门 符号 与非 门 或非 门 与非 门的真值表 1 1 1 0 知识拓展 用基本门电路通过各种组合方式不同的设计要求 从而构成各种组合逻辑电路 比如我们把一个 与 门的输出端接入一个 非 门的输入端 来研究它的输出情况 0 0 0 1 与非 门的逻辑功能 知识拓展 集成电路的优点 世界上第一台电子管式计算机 仅用1 8万支电子管就占地170 重达30t 笔记本电脑 1kg左右 微电子技术集成电路芯片 在1的半导体硅上 可制造出20亿 30亿个晶体管 例 如图所示 V是一个发光二极管 在ab两端加上一定电压时 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 A 该电路控制功能相当于一个 或 门B 当S闭合时发光二极管发光 C 当S断开时发光二极管发光 D 以上说法均不正确 C 例 由基本门电路组成的电路使小灯泡发光的图是 B A B Z 如图 a 所示是一个模拟逻辑关系的电路 请利用与之相对应的门电路实现相同的功能 并完成 b 虚线框内的电路 a 与 四 应用逻辑电路实现自动控制 1 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 如热敏电阻 光敏电阻 湿度传感器等等 2 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 3 执行器 根据电信号进行工作 例如发光 运动 鸣叫等等 自动控制的一般设计模板 例题1 如图 一个火警报警装置的逻辑电路图 Rt是一个热敏电阻 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 3 为了提高该电路的灵敏度 即温度较低时就报警 R的值应大一些还是小一些 0V 串联电路 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S被脚踩下而闭合同时安装在保险箱里的光敏电阻R0被手电筒照射时 蜂鸣器就会发出鸣叫声 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 R2与R0的大小关系如何 R0在受光照时电阻应远小于R2 R0在未受光照时电阻应远大于R2 无光照时光敏电阻值大于1兆欧 有光照时一般仅为几千欧 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X框内使用了门电路是门 R1是电阻 温度正常 A端输入电势为 高或低 电阻R1R2 填 大于 或 小于 电键S断开时 B端输入电势为 高或低 或 R1 R2 低 低 热敏 大于 例 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 如图 1 完成下列表格 暗 有 亮 亮 无 灭 亮 有 灭 2 画出应用什么门电路实现控制 其中R2为光敏电阻 受光照射电阻减小 R1为定值电阻 K为声控开关 3 把天色信号设为A 声音信号设为B 电路中输入端高电势为1 低电势为0 则当天色明亮时 A输入应为 有声音时B输入应为 按照选定的门电路对应的逻辑关系填好真值表 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 A B Z 4 白天时 R1 R2的关系是R1R2 填 大于 或 小于 0 1 大于 电热水器 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A的状态受元件X和Y控制 试写出元件X和Y名称 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入端A的状态是 1 设高电势为1 低电势为0 X为可变电阻器 Y为热敏电阻 水温上升时Y阻值减小 温度较低时A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B的状态受接触器和电阻器R控制 若整个接触器浸没在水中 输入端B的状态是什么 试简单解释为何将接触器放在盛水器内的高处 若整个接触器浸没在水中 输入端B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 3 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 湿度传感器 例 天黑路滑 指示灯 以下备用 例 如图所示 由 非 门构成的一个简单光控制电路 其中R 为光敏电阻 光照时电阻变小 R为定值电阻 L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 高或低 小灯L 填 亮 或 灭 白天灯两端电压为UL1 夜晚为UL2 则UL1 UL2 填 或 要使路灯早一些亮起来 应使R 填 增大 或 减小 灭 高 减小 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 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 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1 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 1 A B Z 如图 a 所示是一个模拟逻辑关系的电路 请利用与之相对应的门电路实现相同的功能 并完成 b 虚线框内的电路 a 例 如图所示 由 非 门构成的一个简单光控制电路 其中R 为光敏电阻 光照时电阻变小 R为定值电阻 L为小灯泡 其工作原理是 当光敏电阻受光照时 小灯L 填 亮 或 灭 此时输入电势为 高或低 亮 低