2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第3章 3．5　逻辑电路与集成电路

(共41张PPT)
3.5　逻辑电路与集成电路
(1)十字路口的红绿灯是我们非常熟悉的，你知道红绿灯交替亮灭的原理是什么吗？
(2)有一种声控感应灯出现在我们的日常生活中，像住宅楼中楼梯间的灯，在有光没有声音时，灯都不会亮，而在无光有声音时，灯就会自动点亮．你能自己探索一下逻辑关系吗？
1．基本定义
处理数字信号的电路称数学电路又叫逻辑电路．
2．要点剖析
(1)“与”门电路
①“与”逻辑关系：有两个(多个)控制条件作用会产生一个结果，当两个(多个)条件都满足时，结果才会成立，这种关系称为“与”逻辑关系．
②“与”门电路：满足“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路．
③“与”门的逻辑符号：
④“与”门反映的逻辑关系：Y＝A×B
⑤“与”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为“0”；当一个输入为“0”另一个当输入为“1”时，输出为“0”；当输入都为“1”时，输出为“1”．
(2)“或”门电路．
①“或”逻辑关系：在几个控制条件中，只要有一个条件得到满足，结果就会发生．这种关系称为“或”逻辑关系．
②“或”门电路：满足“或”逻辑关系的电路称为“或”门电路．
③“或”门的逻辑符号：
④“或”门反映的逻辑关系：Y＝A＋B
⑤“或”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为“0”；当一个输入为“0”另一个当输入为“1”时，输出为“1”；当输入都为“1”时，输出为“1”．
(3)“非”门电路
①“非”逻辑关系：输出状态和输入状态成相反的逻辑关系，叫做“非”逻辑．
②“非”门电路：满足“非”逻辑关系的电路称为“非”门电路．
③“非”门的逻辑符号：
1．基本定义
集成电路是将二极管、三极管、电阻、电容等元件按照电路的结构要求制作在一小块半导体材料上，形成一个完整的具有一定功能并经过封装而制成的电路．
2．要点剖析
(1)集成电路的优点：集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产．
(2)我国集成电路的发展历史
我国集成电路产业诞生于二十世纪六十年代，共经历了三个发展阶段：
①1965年～1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；
②1978年～1990年：主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化；
③1990年至今：以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展，结束了我国计算机等电子产品的主要集成电路芯片依靠进口的历史．
在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上(包括一名)副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号．试列出真值表．
【解析】　设甲、乙、丙三名裁判的裁判意见为逻辑变量A、B、C，裁判结果为Y，并且对于A、B、C，设：判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．对于Y，设：上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．
根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.
　A　　　B　　　C　 Y
　0　　　0　　　0　 0
　0　　　0　　　1　 0
　0　　　1　　　0　 0
　0　　　1　　　1　 0
　1　　　0　　　0　 0
　1　　　1　　　0　 1
　1　　　0　　　1　 1
　1　　　1　　　1　 1
【答案】　见解析
实际问题中的逻辑关系，可分别用数字“1”和“0”简单表示事件的两种相反结果．
1.如下图所示，试判断这是一个什么逻辑门电路．A、B、C闭合时记“1”，断开时记“0”，P灯亮记“1”，不亮记“0”．试完成下列真值表．
A B C P
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
【解析】　由题图可知，开关A、B、C只要有一个合上，灯泡便亮．所以这个电路满足“或”门电路逻辑．即当几个条件中只要有一个或一个以上具备就能出现某一结果．所以这是一个“或”门电路．其真值表如下表所示：
A B C P
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
【答案】　见解析
如下图所示表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题．
求：如下图所示中输出Y随时间变化的关系．
【解析】　如题图可以看出，输出Y是A、B的逻辑“与”关系的输出信号，因此，首先作出A、B、Y的真值表，然后再确定输出Y与时间的变化关系．
A、B、Y的真值表如下：
A(UA) B(UB) Y
1 1 1
1 0 0
0 1 0
1 1 1
0 0 0
1 1 1
0 1 0
0 1 0
1 0 0
UY随时间的变化如下图所示
【答案】　见解析
一般情况下，用“1”表示高电平，“0”表示低电平，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Y的真值表，画出UY随时间的变化关系．
2.如下图所示表示输入端A、B的电势随时间变化的关系，如果它是与门的输入端，请在下图所示的坐标系中画出输出端的电势随时间变化的关系．
【答案】　如下图所示
如右图所示是一个应用某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S1、S2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，发光二极管(报警灯)就发光．请你根据报警装置的要求，列表分析开关状态与发光二极管的发光状态，并指出是何种门电路，在图中画出这种门电路的符号．
【解析】　驾驶员离开汽车时，两个车门均处于关闭状态，跟两个车门对应的开关S1和S2均闭合，这时发光二极管不会发光报警．为什么这时发光二极管不发光呢？原来S1和S2闭合后，电流不通过发光二极管．当有其他人打开了某一个门时，S1或S2就处于断开状态，这时就有电流通过发光二极管，使其发光报警．可见，这一装置实际上是一个“或”门电路．
开关闭合及二极管不发光状态为“0”，开关断开及二极管发光状态为“1”．则开关状态及发光二极管发光状态对应如下表．虚线框内门电路的符号如下图所示.
S1 S2 发光状态
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
【答案】　见解析
要准确地对生活实例分析条件与结果之间的逻辑关系，就要熟记“与”、“或”、“非”三种逻辑关系意义，理解条件与结果之间的关系，以及对应的真值表，关于如何实现这些逻辑关系，则不需要掌握．
3．如右图所示的电路图是一个应用“非”门构成一个简易火警报警电路，则图中X框、Y框中应是(　　)
A．X为热敏电阻，Y为可变电阻
B．X为热敏电阻，Y为开关
C．X为可变电阻，Y为热敏电阻
D．X、Y均为热敏电阻
【解析】　热敏电阻受热后，电阻减小，A端出现低电位，经过“非”门后使L两端出现高电位，产生报警信号．
【答案】　C
1．“与”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为 ；当一个输入为“0”另一个当输入为“1”时，输出为 ；当输入都为“1”时，输出为 ．
2．“或”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为 ；当一个输入为“0”另一个当输入为“1”时，输出为 ；当输入都为“1”时，输出为 ．
3．“非”门电路的特点：当输入为“0”时，输出为 ；当输入为“1”时，输出为 ．
“0”
“0”
“1”
“0”
“1”
“1”
“1”
“0”
1．(考查点：门电路的信号的理解)逻辑电路的信号有两种状态：一种是高电位状态，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 V，“0”表示电压为0 V
B．“1”表示电压为大于或等于1 V，“0”表示电压一定为0 V
C．“1”和“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
【解析】　门电路的输入、输出信号都以电位高低来表示．若把高电位看成有信号，表示某个条件存在或信号能通过，且用符号“1”表示；把低电位看成无信号，表示某个条件不存在或信号不能通过，用符号“0”表示，所以“1”和“0”只是两个符号，是两种变量的两种可能的取值．故C选项正确．
【答案】　C
2．(考查点：复合门电路的真值表)如下图所示为两个“非”门和一个“或”门组成的一个复合门电路，请在下表中填写该门电路的真值表．
输入 输出
A B Y
【答案】　
输入 输出
A B Y
1 0 1
0 1 1
0 0 1
1 1 0
3.(考查点：由电路判断门电路的种类)由某门电路构成的一简单控制电路如右图所示，其中R′为光敏电阻，光照射时电阻很小，R为变阻器，L为小灯泡．其工作情况是：当光敏电阻受到光照射时，小灯L不亮，不受光照时，小灯L亮．
(1)请在电路中虚线框内画出该门电路符号；
(2)该门电路是________．
【解析】　有光照射时，光敏电阻小，在输入端出现高电位，灯不亮．不受光照射时，光敏电阻大，在输入端出现低电位，灯亮．门电路应是“非”门．
练考题、验能力、轻巧夺冠