数字电路教案.doc
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《电子技术》教案
课题名称
认知性实践课：
抢答器及举重裁判电路
授课地点
数字电子实验室
教学目标
①让学生对数字电路有感性认识，激发学生学习兴趣。
②通过简单电路的搭建与测试，增强学生学习信心。
教学
重点
举重裁判电路
难点
逻辑图到实际电路的转换
教学基本内容与教学设计
一、初识数字电路
1、数字抢答器功能简介
2、数字抢答器电路简介
3、数字抢答器演示
二、动手做一做——搭建举重裁判电路
1、逻辑问题介绍
2、逻辑图（用与非门实现）
3、74LS00芯片介绍
4、数字实验箱简介
5、学生搭建电路
6、真值表的测试
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
实践教学法、讨论法、问题教学法、暗示教学法
教学手段及用具
实物
作业
预习教材P1~P8
教学参考书
杨志忠《数字电子技术》；阎石《数字电子技术基础》
《电子技术》教案
课题名称
模块一数字逻辑基础模块1.1数制与码制1.2逻辑代数基础
授课地点
教室
教学目标
①了解本模块教学内容、教学要求及重点。
②学习数制与码制。
③掌握基本逻辑运算关系。
教学
重点
数制转换及基本逻辑运算
难点
无
教学基本内容与教学设计
课程介绍：
模块化教学、模块化考核、重视实践技能的培养
本模块主要内容、教学要求及重点
【新课】
数字电路概述：
数字电路与模拟电路、数字电子技术的特点、数字电路的分类
1.1数制与码制
1.1.1数制
1.1.2数制转换
1.1.3码制
1.2逻辑代数基础
1.2.1基本的逻辑运算
1.与运算
1）与逻辑
2）逻辑表达式
3）真值表
4）与门逻辑符号
5）基本运算规则：
2.或运算
3.非运算
4.复合逻辑运算
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
多媒体
作业
习题1—4；预习教材P9~P13；P19~P20
教学参考书
杨志忠《数字电子技术》；阎石《数字电子技术基础》
模块一数字逻辑基础
主要内容：
教学基本要求：
（1）理解数字电路和数字信号的基本概念；掌握数制及其转换，理解8421BCD码。
（2）熟练掌握逻辑代数的基本逻辑运算和基本定律，熟悉常用门电路的逻辑符号。
（3）熟悉常用逻辑函数的表示方法，掌握表达式、真值表、逻辑图间的相互转换。
（4）熟练掌握公式法和卡诺图法化简逻辑函数的基本方法；
重点：
（1）基本逻辑运算；基本的公式、定律和规则。
（2）逻辑函数的真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。
（3）逻辑函数的两种化简方法。
数字电路概述
1.数字电路与模拟电路
电子电路中的信号可分为两类—模拟信号和数字信号。
模拟信号是在时间和幅值上都连续变化的信号，例如温度、压力、磁场、电场等物理量通过传感器变成的电信号，模拟语音的音频信号和模拟图像的视频信号等，如图1.1（a）所示。
对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。
数字信号是在时间和幅值上都不连续变化的离散信号，也可以说是由低电平电信号和高电平电信号组成的信号，例如计算机中各部件之间传输的信息、VCD中的音视频信号等，如图1.1（b）所示。
对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路，如数字电子钟、数字万用表的电子电路都是由数字电路组成的。
（a）模拟信号波形（b）数字信号波形
图1.1模拟信号和数字信号波形
2.数字电子技术的特点
1）数字电路的特点：
精度高、可靠性强、应用范围广、.集成度高且成本低、功耗低。
2）研究的主要问题：
输入信号的状态（0或1）与输出信号的状态间的逻辑关系。
3）研究数字电路的数学工具：
逻辑代数
3.数字电路的分类
1）按集成度：
小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）
2）按开关器件类型：
双极性（TTL型）、单极性（MOS型）
3）按有无记忆功能：
组合逻辑电路、时序逻辑电路
1.1数制与码制
1.1.1数制
数制是表示数值大小的各种计数体制，即计数进位制的简称。
1.十进制
1）基数（radix）：
10
2）数码：
1，～，10
3）进位规律：
逢十进一
4）权：
，其中
2.二进制
1）基数：
2
2）数码：
1，0
3）进位规律：
逢二进一
4）权：
3.八进制
4.十六进制
数码：
0～9及A、B、C、D、E、F
十进制中的10～15在十六进制中用A、B、C、D、E、F表示
1.1.2数制转换
1、其它进制数十进制数
方法：
加权系数求和法
【例1.1】（11001.011）2＝（?
）10
解：
（11001.011）2＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2＋1×2-3
＝16＋8＋0＋0＋1＋0＋0.25＋0＋0.125＝（25.375）10
2、十进制数其它进制数
方法：
1）整数部分：
除基数取余法（倒序）
2）小数部分：
乘基数取整法
【例1.2】（50.75）10＝（110010.11）2
3、二进制八进制十六进制
方法：
分组转换法
【例1.3】（11001.11）2＝（31.6）8＝（19.C）16
1.1.3码制
数码不仅可以表示大小，也可以表示事物，这种表示不同事物代号的数码叫代码。
编制代码遵循的规则称为码制。
二—十进制编码又称为BCD（BinaryCodedDecimal）码，即用二进制代码表示十进制的十个数码0～9。
至少要用四位二进制数才能表示0～9，而四位二进制有16种组合，要在16种组合中挑出10个，分别表示0～9，怎么挑呢？
不同的挑法构成了不同的BCD码，如：
8421码、2421码、余3码、格雷码等。
1．8421BCD码（恒权码）用自然二进制的0000～1001来分别表示十进制数的0～9十个数码的，从高位到低位的权分别为8、4、2、1。
（）（801.93）10=（100000000001.10010033）8421BCD
注意：
8421BCD码≠四位二进制数
2.5421BCD码（恒权码）
3.余三码（无权码）余三码中每位的数码没有固定的权，它可由8421码加3得到。
余三码组成的四位二进制数比它代表的十进制数码多三。
1.2逻辑代数基础
1.2.1基本的逻辑运算
1.与运算
1）与逻辑：
只有决定某个事件的全部条件同时具备时，这件事才发生，这种因果关系叫做与逻辑。
2）真值表
3）逻辑表达式Y=A·B
4）与门逻辑符号
5）基本运算规则：
2.或运算
1）或逻辑：
在决定某个事件的各个条件中，只要有一个具备，这件事情就会发生，这种因果关系叫做或逻辑。
2）真值表
3）逻辑表达式Y=A＋B
4）或门逻辑符号
5）基本运算规则：
3.非运算
1）非逻辑：
只要条件具备了，事件就不会发生；而当条件不具备时，事件一定发生，这种互相否定的因果关系叫做非逻辑，也叫做逻辑求反。
2）真值表
3）逻辑表达式
4）非门逻辑符号
5）基本运算规则：
4.复合逻辑运算
1）与非运算
①表达式
②逻辑符号
2）或非运算
①表达式
②逻辑符号
3）与或非运算
①表达式
②逻辑符号
4）异或运算
①表达式
②逻辑符号
③真值表
5）同或运算
①表达式
②逻辑符号
③真值表
【归纳总结】
《数字电子技术》教案
课题名称
模块一1.2.2逻辑代数的公式、定理和规则1.3逻辑函数的建立及其表示方法
授课地点
教室
教学目标
①理解逻辑代数的公式、定理和规则。
②理解逻辑函数的建立过程。
③理解逻辑函数的表示方法，掌握主要表示方法间的转换。
教学
重点
逻辑函数的建立及其表示方法
难点
逻辑函数的建立
教学基本内容与教学设计
【复习引入】
逻辑变量与逻辑函数的二值特性；基本的逻辑运算。
【新课】
1.2.2逻辑代数的公式、定理和规则
1.逻辑代数的公式和定理
2.逻辑代数的基本规则
【例1】证明逻辑等式
1.3逻辑函数的建立及其表示方法
1.3.1逻辑函数的建立
【例2】三人多数表决电路
1.3.2逻辑函数的表示方法
1.3.3逻辑函数的最小项表示法
【例3】将展开成最小项表达式。
1.3.4逻辑函数不同表示方法间的转换
1.真值表表达式
【例4】写出例2真值表的逻辑函数表达式。
【例5】写出例3逻辑函数表达式的真值表。
2.逻辑图表达式
【例6】写出下图所示逻辑图的逻辑函数表达式
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
多媒体
作业
习题5、12；预习教材P14~P17
教学参考书
杨志忠《数字电子技术》；阎石《数字电子技术基础》
【复习引入】
基本的逻辑运算:
【新课】
1.2.2逻辑代数的基本公式、定理和规则
1.逻辑代数的基本公式
1）逻辑常量运算公式
2）逻辑变量与常量运算公式
0-1律：
互补律：
重叠律（自等律）：
双重否定律（还原律）：
3）逻辑代数的基本定理
交换律：
结合律：
分配律：
反演律（摩根定律）：
吸收律：
2.逻辑代数的三个基本规则
利用这三个规则，可以得到更多的公式，也可扩充公式的应用范围。
1）代入规则
任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。
例如，已知等式，用函数Y=AC代替等式中的A，根据代入规则，等式仍然成立，即有：
据此可以证明n个变量的摩根定律成立。
2）反演规则
对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“+”，“+”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得的表达式就是函数Y的反函数（或称补函数）。
这个规则称为反演规则。
利用反演规则可以很容易地求出一个函数的反函数。
注意：
①逻辑运算的优先顺序不变；②不是单个变量的反号保持不变。
3）对偶定理
对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中的所有“·”换成“+”，“+”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到一个新的函数表达式Y＇，Y＇称为函数Y的对偶函数，这个规则称为对偶规则。
例如：
对偶规则的意义在于：
如果两个函数相等，则它们的对偶函数也相等。
【例1】证明逻辑等式：
1.3逻辑函数的建立及其表示方法
1.3.1逻辑函数的建立
【例2】三人多数表决电路
设定变量，状态赋值；列些真值表
1.3.2逻辑函数的表示方法
常用的逻辑函数表示方法有：
1.逻辑表达式（不唯一）
2.真值表（唯一性）
3.卡诺图（唯一性）
4.逻辑图（不唯一）
5.波形图（不唯一）
1.3.3逻辑函数的最小项表示法
1.最小项：
所有变量都以原变量或以反变量的形式出现一次，并只出现一次的与项（乘积项）
2.编号表示法：
mi
3.性质:
1）n个变量的逻辑函数有2n个最小项。
2）任意一个最小项，只有一组变量取值可使其值为1。
3）任意两个不同最小项的乘积必为0。
4）全部最小项的和必为1。
4.逻辑函数的最小项表达式
【例3】将展开成最小项表达式。
1.3.4逻辑函数不同表示方法间的转换
1.真值表表达式
【例4】写出例2真值表的逻辑函数表达式。
【例5】写出例3逻辑函数表达式的真值表。
2.逻辑图表达式
【例6】写出下图所示逻辑图的逻辑函数表达式。
【归纳总结】
逻辑代数的基本公式、定律和定理是逻辑代数的基础，必须熟记于心，才能做到灵活运用；逻辑函数表达式有不同的表示方法，最小项及函数的最小项表示法要熟练掌握。
【布置作业】
《数字电子技术》教案
课题名称
模块一1.4逻辑函数的化简方法
授课地点
教室
教学目标
①学习逻辑函数的最简表达式。
②学习卡诺图的画法及其性质。
③掌握逻辑函数的化简方法。
教学
重点
逻辑函数的化简方法
难点
合并相邻项
教学基本内容与教学设计
1.4逻辑函数化简方法
1.4.1逻辑函数的最简表达式
1.4.2公式化简法
1.利用几个常用的公式化简
【例1】用公式法化简逻辑函数
【例2】用公式法化简逻辑函数
2.配项法
【例3】用公式法化简逻辑函数
1.4.3卡诺图化简法
1.卡诺图
2.函数的卡诺图
【例4】画出逻辑函数的卡诺图。
【例5】画出逻辑函数的卡诺图。
3.化简逻辑函数
【例6】试用卡诺图化简逻辑函数。
【例7】试用卡诺图化简逻辑函数。
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
多媒体
作业
习题8；预习教材P18；复习本模块内容
教学参考书
杨志忠《数字电子技术》；阎石《数字电子技术基础》
【引入】
根据逻辑表达式，可以画出相应的逻辑图。
但是直接根据逻辑要求而归纳出来的逻辑表达式及其对应的逻辑电路，往往不是最简单的形式，这就需要对逻辑表达式进行化简。
用化简后的逻辑表达式来构成逻辑电路，所需的门电路的数目最少，电路最简单，这样有利于提高运算速度、稳定性，也比较经济。
【新课】
1.4逻辑函数的化简方法
化简逻辑函数经常用到的方法有两种：
一种是公式（代数）化简法，就是利用逻辑代数中的公式进行化简；另一种是卡诺图化简法，用来进行化简的工具是卡诺图。
1.4.1逻辑函数的最简表达式
逻辑函数表达式的一般形式：
与-或表达式
或-与表达式
与非-与非表达式
或非-或非表达式
与-或-非表达式
每种表达式都有相应的最简形式。
1.4.2公式化简法
公式化简法就是运用逻辑代数的基本公式、定律和定理来化简逻辑函数的一种方法。
1.常规法：
利用几个常用的公式化简
【例1】用公式法化简逻辑函数
（略）
【例2】用公式法化简逻辑函数
（略）
2.配项法
利用公式，先写入某项，展开后消去多余项。
【例3】用公式法化简逻辑函数
（有两种答案：
）
公式化简法的优点是简单方便，不受逻辑变量数目的限制，适用于变量较多的逻辑函数是化简。
缺点是直观行差，难以判断所得的结果是否为最简。
而卡诺图化简法具有直观、形象且有规律，是逻辑函数化简的一种常用方法。
1.4.3卡诺图化简法
卡诺图化简法是将逻辑函数用卡诺图来表示，在卡诺图上进行函数化简的方法。
1.卡诺图
1）逻辑相邻性：
如果一个逻辑函数的某两个最小项只有一个变量不同，其余变量均相同，则称这样的两个最小项为相邻最小项。
2）卡诺图：
将代表n个变量的逻辑函数的2n个最小项的小方格，按相邻规则排列的方格图。
3）画法：
2.逻辑函数的卡诺图
在卡诺图上那些与给定逻辑函数的最小项相应的方格内填入1，其余的方格内填入0（或省略不填），即得到该函数的卡诺图。
【例4】画出逻辑函数的卡诺图。
【例5】画出逻辑函数的卡诺图。
3.化简逻辑函数
1）合并相邻项的规律：
2n个标1的相邻最小项（相邻1方格）合并，可消去n个变量。
2）化简的步骤：
①画变量的卡诺图
②画出函数的卡诺图——填“1”
③合并相邻1方格最小项——圈“1”
④写最简与或表达式
【例6】试用卡诺图化简逻辑函数。
【例7】试用卡诺图化简逻辑函数。
（略）
3）画圈原则：
圈数最少、圈尽可能大、有小到大、不能遗漏。
注意：
2n个标1的相邻最小项（相邻1方格）才能合并
1方格可以重复圈，但在新包围圈中至少要有一个尚未圈过的1方格。
【归纳总结】
《数字电子技术》教案
课题名称
模块一1.4.4具有无关项逻辑函数的化简本模块小结及习题课
授课地点
教室
教学目标
①了解无关项的概念及表示法。
②掌握利用无关项化简逻辑函数的方法。
③系统把握本模块内容。
教学
重点
具有无关项的逻辑函数的化简
难点
无关项的理解
教学基本内容与教学设计
【复习巩固】
1）逻辑函数的化简方法
2）卡诺图化简法中，圈1时注意事项
【例1】试用卡诺图化简逻辑函数
分析：
利用合并相邻项的规律简化填“1”过程
【新课】
1.4.4具有无关项的逻辑函数的化简
1.无关项及其表示法
2.具有无关项的逻辑函数的化简
【例2】化简逻辑函数
【例3】化简
注意：
“×”“1”，但不是“1”
【本模块小结及习题课】
教学方式方法
讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
多媒体
作业
习题16；预习：
下次课（实践）内容
教学参考书
杨志忠《数字电子技术》；阎石《数字电子技术基础》
【复习巩固】
1）逻辑函数的化简方法
2）卡诺图化简法中，圈1时注意事项
【例1】试用卡诺图化简逻辑函数
分析：
利用合并相邻项的规律简化填“1”过程
1.4.4具有无关项的逻辑函数的化简
1.无关项及其表示法
（1）无关项
在逻辑函数中变量的某些取值组合根本不会出现，或不允许出现。
取值根本不会出现或不允许出现的变量取值组合所对应的最小项叫做约束项或无关项。
如“8421BCD码显示译码器电路”
“水箱问题”中的无关项问题。
（2）性质
（3）表示法
2.具有无关项的逻辑函数的化简
根据需要，将“×”“1”
【例2】化简逻辑函数
【本模块小结】
数字逻辑基础是是逻辑电路分析和设计的基础。
要熟练掌握逻辑代数的基本逻辑运算和基本定律，熟悉常用门电路的逻辑符号；熟悉常用逻辑函数的表示方法，掌握表达式、真值表、逻辑图间的相互转换；熟练掌握公式法和卡诺图法化简逻辑函数的基本方法。
需要重点把握：
逻辑函数不同表述方法之间的相互转换和逻辑函数的两种化简方法
【习题1】化简
【习题2】化简
【习题3】化简
注意：
“×”“1”，但不是“1”
【习题4】写出给定逻辑图的输出函数表达式。
《数字电子技术》教案
课题名称
模块二基础器件模块实践一：
基本门的测试及转换
授课地点
数字电子实验室
教学目标
①进一步认识数字电子实验箱，掌握其使用方法。
②学习并掌握测试基本门电路的逻辑功能的方法。
③掌握基本门电路之间的转换方法。
④熟悉集成芯片的连接方法。
教学
重点
掌握数字电子实验箱的使用方法；电路的搭接及测试方法
难点
无
教学基本内容与教学设计
一、实验目的
二、实验设备与器件
电子课程设计实验箱，74LS00，74LS32，74LS86
三、实验内容
1、测试基本门逻辑功能
1）测试74LS00芯片的逻辑功能
①测真值表②判断功能
2）测试74LS32芯片的逻辑功能
①测真值表②判断功能
3）测试74LS86芯片的逻辑功能
①测真值表②判断功能
2、基本门电路的转换
1）利用与非门组成非门
①搭建电路②测真值表
2）利用与非门组成与门
①搭建电路②测真值表
3）利用与非门组成或门
①搭建电路②测真值表
3、简单的应用电路
1）连接给定电路。
2）测试电路功能，填写真值表。
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
指导教学法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
电子课程设计实验箱，74LS00，74LS32，74LS86
作业
完成实验报告；预习下次内容
《数字电子技术》教案
课题名称
模块二2.1逻辑门电路2.2触发器的特点、逻辑符号和功能
授课地点
数字电子实验室
教学目标
①进一步认识逻辑门电路。
②掌握触发器的特点。
教学
重点
熟悉基础器件及功能的测试
难点
触发器功能的测试
教学基本内容与教学设计
2.1逻辑门电路
2.1.1集成逻辑门电路概述
2.1.2集电极开路与非门
1.逻辑符号
2.应用
2.1.3三态输出门
1.逻辑符号
2.应用
2.1.4多余输入端的处理
2.1.5动手做——门电路功能测试
——多余输入端的处理
2.2触发器的特点、逻辑符号和功能
2.2.1触发器概念及其特点
2.2.2触发器的分类、符号
2.2.3动手做——74LS74测试
（0状态和1状态；置0和置1）
【归纳总结】
【布置作业】
教学方式方法
指导教学法、讨论法、问题教学法、实例教学法
教学手段及用具
多媒体；电子课程设计实验箱，芯片
作业
预习教材P90~P91
讲稿
教学内容
备注
2.1逻辑门电路
逻辑门电路是能够实现各种基本逻辑关系的电路，简称为“门电路”或“逻辑器件”。
在逻辑电路中，逻辑事件的肯定与否可以用电平的高与低来表示。
高电平表示一种状态，低电平表示另一种状态，或分别用“1”和“0”来表示。
若用“1”代表高电平，“0”代表低电平，则称为正逻辑；若用“0”代表高电平，“1”代表低电平，则称为“负逻辑”。
在无特殊说明时，采用“正逻辑”。
一般，高电平的范围：
2.4V～5V
低电平的范围：
0V～0.8V
2.1.1集成逻辑门电路概述
集成逻辑门电路主要有TTL逻辑门电路和CMOS逻辑门电路。
半导体三极管又称双极型三极管（英文缩写上BIT，即BipolarJunctionTransistor）由若干BIT、二极管和电阻构成的集成门电路称为TTL逻辑门电路，目前有中速54/74系列、高速54H/74H系列、低功耗54LS/74LS肖特基系列、改进型肖特基54AS/74AS系列和改进型低功耗肖特基54ALS/74ALS系列。
常见TTL门电路有与非门、或非门、与非门、异或门以及集电极开路门（OC门）和三态输出门。
常用的MOS门电路有NMOS，PMOS，CMOS，LDMOS，VDMOS等5种。
CMOS有静态功耗低、电源电压范围宽、输入阻抗高、带负载能力强、稳定性好等诸多优点。
常见门电路有：
CMOS反相器、与非门、或非门、异或门、漏极开路门（OD门）、三态门。
2.1.2集电极开路与非门
1.逻辑符号
2.应用：
实现“线与”
注意：
必须接上拉电阻R
2.1.3TTL三态输出门
三态门：
输出状态有高电平和低电平，还可呈第三态——高阻态。
TTL三态输出门是在普通的门电路的基础上附加控制电路而构成的，故有控制端。
1.逻辑符号
控制端（EN端）有高电平有效和低电平有效两类，因此需注意区分。
只有控制端是有效电平时，电路为工作状态，即进行逻辑运算；当控制端为无效电平时，输出为高阻态。
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