2-9、2-10 走进门电路 了解集成电路 学案

第9、10讲　走进门电路　了解集成电路
[目标定位]　1.了解最基本的逻辑电路——门电路.2.掌握几种基本门电路及它们的表示符号.3.认识简单的复合电路；初步了解集成电路的作用及发展情况.
一、数字化技术
将信号编成“0”或“1”的二进制代码，然后转换成电脉冲进行处理的技术.
二、门电路
用来实现基本逻辑功能的电子电路，可由二极管、三极管等分立元件构成，也可制成集成电路.
三、常见的几种门电路
1.与门电路：实现与逻辑的电子电路称为与门电路，简称与门.
逻辑符号为.
2.或门电路：实现或逻辑的电子电路叫做或门电路.简称或门.
逻辑符号为.
3.非门电路：实现非逻辑的电子电路叫做非门电路.简称非门.
逻辑符号为.
四、集成电路
1.
定义：集成电路(IC)是指把晶体管、电阻、电容等元件，按电路结构的要求，制作在一块硅或陶瓷基片上，再加以封装而成的、具有一定功能的整体电路.
2.分类
(1)集成电路按功能分类可分为三类：数字集成电路、模拟集成电路和微波集成电路.
(2)集成电路按集成度可分为六类：小规模集成电路SSI，中规模集成电路MSI，大规模集成电路LSI，超大规模集成电路VLSI，特大规模集成电路ULSI，巨大规模集成电路GSI.
一、模拟信号和数字信号
1.数字信号：在变化中只有两个对应的状态，“有”或者“没有”常用“0”或“1”表示，这样的信号叫数字信号，处理数字信号的电路叫数字电路.
2.模拟信号：能够连续变化的信号叫做模拟信号.
3.门电路实质上就是一种开关电路，逻辑关系就是指条件对结果的控制关系；门电路可以由二极管、三极管等分立元件构成，也可以由集成电路构成.
例1　关于逻辑电路，下列说法正确的是(　　)
A.逻辑电路就是数字电路
B.逻辑电路可存在两种以上的状态
C.集成电路由三种最基本的门电路构成
D.集成电路可靠性高、寿命长，但耗电荷量高
答案　A
解析　数字电路遵循逻辑关系计算，所以又叫逻辑电路，A正确；从逻辑关系看，门电路的输入端或输出端只有两种状态，无信号以“0”表示，有信号以“1”表示.也可以规定：低电平为“0”，高电平为“1”，B错误；集成电路是由与、或、非、与非、或非等基本逻辑门为基本单元构建的，C错误；集成电路可靠性高、寿命长，耗电荷量低，D错误；故选A.
二、三种简单的门电路
1.与门电路
与逻辑电路
(1)与就是一起的意思，故与逻辑可以理解为只有一起进门，门才能打开；
(2)符号“&”表示“和”就是英文and的缩写；
(3)与门电路的特点：有零为零，全一为一.
(4)真值表：
与门电路
输入
输出
S1
S2
Q
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
2.或门电路
或逻辑电路
(1)符合“≥1”表示两个输入信号的和必须大于或等于1；
(2)或门电路的特点：有一为一，全零为零；
(3)真值表：
或门电路
输入
输出
S1
S2
Q
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
3.非门电路
非逻辑电路
(1)“1”表示缓冲，“0”表示反相；
(2)非门电路的特点：入一出零，入零出一；
(3)真值表：
非门电路
输入
输出
S
Q
0
1
1
0
例2　联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成票或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，不通过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系(　　)
A.与门
B.或门
C.非门
D.与非门
答案　A
解析　根据联合国常任理事国表决情况可知，即每个理事国都通过才为通过，只要有一个出反对票，则提案都不通过，所有常任理事国都同意才通过.故能正确表示该表决器的逻辑门应该是与门.
例3　如图1为包含某逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡.光照射电阻R′时，其阻值将变得远小于R，小灯泡L发光.则该逻辑门是(　　)
图1
A.与门
　　　　
B.或门
C.非门
　　　　
D.与非门
答案　C
解析　当电阻R′受到光照时，其阻值将变得远小于R.则R两端的电势差大，R′两端间的电势差小，则输入端为低电势，因为小灯泡发光，则输出端为高电势，可知输入状态与输出状态相反，该逻辑门为非门.故选C.
三、复合门电路
1.与非门：一个与门电路和一个非门电路组合在一起，组成一个复合门电路，称为与非门，如图2所示.
可以化简为
图2
真值表：
输入
输出
S1
S2
Q2
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
2.或非门：一个或门电路和一个非门电路组合在一起，组成一个或非门，如图3所示.
可以化简成
图3
真值表
输入
输出
S1
S2
Q2
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
例4　在如图4所示的逻辑电路中，当A端输入电信号“1”、B端输入电信号“0”时，则在C和D端输出的电信号分别为(　　)
图4
A.1和0
B.0和1
C.1和1
D.0和0
答案　C
解析　B端电信号经过一个非门，变为“1”，从D端输出，故D端输出为“1”；B端的输出信号又作为输入信号与A端输入信号一起经过上面的与门，两者都是“1”，故C端输出为“1”.故选C.
对单一门电路的理解
1.在逻辑门电路中，若输入信号中至少有一个为“1”，则输出为“1”的逻辑门电路是(　　)
A.与门电路
B.或门电路
C.非门电路
D.都不可能
答案　B
解析　输入信号中至少有一个为“1”，输出为“1”，所以满足“有一为一，全零为零”的要求，即为或门电路.
2.如图5所示为三个门电路符号，A输入端全为“1”，B输入端全为“0”.下列判断正确的是(　　)
图5
A.甲为非门，输出为“1”
B.乙为与门，输出为“0”
C.乙为或门，输出为“1”
D.丙为与门，输出为“1”
答案　C
3.如图6为一个应用简单逻辑电路控制的自动楼道灯的原理电路，图中S为声控开关(有声音时开关闭合，无声音时开关断开)，Rt为光敏电阻，R1和R2都是定值电阻，A为某种门电路，L为灯泡.当晚上有人发声时，楼道灯能够自动打开，白天即使有人发声，楼道灯也不会亮.则(　　)
图6
A.图中A是一个与门电路
B.图中A是一个或门电路
C.图中A是一个非门电路
D.晚上无光照时L一定亮
答案　A
解析　因为无光照时，有声音，灯泡才亮，否则不亮，无光照和有声音时输入都为“1”，输出为“1”，只要有一个输入为“0”，则输出为“0”，可知该门电路满足“有零为零，全一为一”的要求，即为与门电路.故选A.
对复合门电路的理解
4.如图7所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入1，输出端Y输出0时，A、B端的输入分别是(　　)
图7
A.0、0
B.0、1
C.1、0
D.1、1
答案　A
解析　当C端输入1，输出端Y输出0时，可知或门的输出端为0，则A、B端的输入分别为0、0.故A正确，B、C、D错误.
(时间：60分钟)
题组一　单一门电路
1.(双选)下列关于逻辑电路的说法中正确的是(　　)
A.如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫与逻辑关系
B.如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫与逻辑关系
C.一个门上有三把钥匙，每把钥匙都能单独开门，它体现了或逻辑关系
D.输出状态和输入状态相反的逻辑关系，叫做或逻辑关系
答案　AC
2.逻辑电路的信号有两种状态：一是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示.关于这里的“1”和“0”下列说法中正确的是(　　)
A.“1”表示电压为1伏，“0”表示电压为0伏
B.“1”表示电压大于或等于1伏，“0”表示电压一定为0伏
C.“1”或“0”是逻辑关系的两种可能的取值，不表示具体的数字
D.“1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连
答案　C
3.为了节约用电，一种新型双门电冰箱安装了如下控制装置：只要有一扇门没有关紧，报警器就鸣响.如果规定：门关紧时输入信号为“0”，未关紧时输入信号为“1”；当输出信号为“1”时，报警器就鸣响，输出信号为“0”时，报警器就不鸣响.则能正确表示该控制装置工作原理的逻辑门是(　　)
A.与门
B.或门
C.非门
D.与非门
答案　B
解析　只要一个条件满足，事件就会发生，即输入端的信号只要有一个是“1”，输出端就为“1”，该关系为或逻辑关系，该逻辑门是或门.故B正确，A、C、D错误.
4.如图1所示为某一门电路符号及输入端A、B的电势随时间变化关系的图象，则下列选项中能正确反映该门电路输出端电势随时间变化关系的图象是(　　)
图1
答案　A
解析　题图为与门电路，所以A、B输入端都是“1”(高电势)时，输出才为“1”(高电势)，故A正确.
5.两只晶体二极管组成如图2所示电路，A、B为输入端，Y为输出端，分析此电路属于(　　)
图2
A.与门电路
B.或门电路
C.非门电路
D.都不可能
答案　B
解析　根据二极管的特点，只要在二极管上加上正向电压，则二极管即可导通.由题中电路结构可知，D1、D2两个二极管只要有一个导通，或者两个都导通，则整个电路就会导通，因此该电路是符合或逻辑关系的门电路.
6.下列由基本门组成的电路中，能使蜂鸣器发出声音的是(　　)
答案　B
7.下面为一逻辑门电路的真值表，试判断这是一个什么类型的逻辑门电路(　　)
输入
M
0
1
输出
N
1
0
A.与门
B.非门
C.或门
D.与非门
答案　B
解析　由该逻辑门电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选B.
题组二　复合门电路
8.如图3所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入“1”，输出端Y输出“1”时，A、B端的输入分别是(　　)
图3
A.0、0
B.0、1
C.1、0
D.1、1
答案　D
9.如图4为监控汽车安全带使用情况的报警电路，S为汽车启动开关，汽车启动时S闭合.驾驶员未系安全带时开关S′闭合，系好安全带时S′断开.要求当驾驶员启动汽车但未系安全带时蜂鸣器报警.则在图中虚线框内应接入的元件是(　　)
图4
A.非门
B.或门
C.与门
D.与非门
答案　C
解析　只有当驾驶员启动汽车且未系安全带时蜂鸣器才报警，体现了一种与的逻辑关系，故选C.
10.如图5所示的由门电路组成的电路，输出端为“1”，指示灯L亮，输出端为“0”，指示灯L不亮，现要使灯L亮，则A、B两输入端分别是(　　)
图5
A.“1”、“1”
B.“0”、“0”
C.“1”、“0”
D.“0”、“1”
答案　B
解析　要使灯L亮，非门的输出应该为“1”，故非门的输入为“0”；故或门的两个输入端都应该为零.
题组三　综合应用
11.如图6所示，低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成，该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报.其中(　　)
图6
A.甲是与门，乙是非门
B.甲是或门，乙是非门
C.甲是与门，乙是或门
D.甲是或门，乙是与门
答案　B
解析　若甲是与门，乙是非门，不管输入电压为低电压(“0”)还是高电压(“1”)，经过与门后输出为(“0”)低电压，经过非门后输出高电压(“1”)，蜂鸣器都会发出警报.故A错误.若甲是或门，乙是非门，当输入电压为低电压(“0”)，经过或门输出为低电压(“0”)，经过非门输出为高电压(“1”)，蜂鸣器发出警报，当输入为高电压(“1”)，经过或门输出为高电压(“1”)，经过非门输出为低电压(“0”)，蜂鸣器不发出警报.故B正确.乙不会是或门和与门，故C、D错误.
12.如图7所示为某报警装置示意图，该报警装置在一扇门、两扇窗上各装有一个联动开关，门、窗未关上时，开关不闭合，只要有一个开关未闭合，报警器就会报警.该报警装置中用了两个串联的逻辑电路，虚线框甲内应选用________门电路，虚线框乙内应选用________门电路.(选填“与”“非”或“或”)
图7
答案　或　或
解析　由题意知，一扇门、两扇窗只要一个不闭合，报警器就会报警，符合只要满足一个条件，结果就能发生的特点，所以甲、乙框内电路都应该是“或”门.