简单的逻辑电路(知识梳理)
发布时间:2020-02-11 00:16:22
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简单的逻辑电路
【学习目标】
1.知道数字电路和模拟电路的概念,了解数字电路的优点。
2.知道“与”门、“或”门、“非”门电路的特征,逻辑关系及表示法。
3.初步了解“与”门、“或”门、“非”门电路在实际问题中的应用。
4.初步了解三种门电路的逻辑关系和数字信号和数字电路的含义。
【要点梳理】
要点一、数字信号与模拟信号
1、数字信号
数字信号在变化中只有两个对立的状态:“有”或者“没有”。而模拟信号变化则是连续的。
如图所示分别为几种常见模拟信号和几种常见数字信号:
2、数字信号的处理
处理数字信号的电路叫做数字电路,数字电路主要研究电路的逻辑功能,数字电路中最基本的逻辑电路是门电路。
通常把高电势称为
数字信号的
我们将数字电路中基本单元电路称为逻辑电路,而最基本的逻辑电路是门电路。
那么数字信号的处理模式就是:
数字电路→逻辑电路→门电路
知识点二─、简单的逻辑电路
1、“与”门的逻辑关系,真值表和电路符号
所谓门,就是一种开关,在一定条件下它允许信号通过,如果条件不满足,信号就被阻挡在“门”外。
(1)对“与”门的理解
如果一个事件和几个条件相联系,当这几个条件都满足后,该事件才能发生,这种关系叫“与”逻辑关系,具有这种逻辑关系的电路称为“与”门电路,简称“与”门。
如图所示,如果把开关
它们的逻辑关系如下表所示:
条 件 | 结 果 | |
开关A | 开关B | 灯泡Y |
断 | 断 | 不亮 |
断 | 通 | 不亮 |
通 | 断 | 不亮 |
通 | 通 | 亮 |
(2)“与”门的真值表
如把开关接通定义为
“与”门的真值表
输入 | 输出 | |
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
(3)“与”逻辑关系
有两个控制条件作用会产生一个结果,当两个条件都满足时,结果才会成立,这种关系称为“与”逻辑关系。
符号:
(4)“与”门的逻辑关系式:
(5)波形图:
(6)实验电路:
2.“或”门的逻辑关系、真值表和符号
(1)对“或”门的理解
如果一个事件和几个条件相联系,当这几个条件中有一个满足,事件就会发生,这种关系叫“或”逻辑关系。具有这种逻辑关系的电路称为“或”门电路,简称“或”门。
如图所示,如果把开关
它们的逻辑关系如下表:
条件 | 结果 | |
开关A | 开关B | 灯泡Y |
断 | 断 | 不亮 |
断 | 通 | 亮 |
通 | 断 | 亮 |
通 | 通 | 亮 |
(2)“或”门的真值表
把开关接通定义为
“或”门的真值表 :
输入 | 输出 | |
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
(3)“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。
符号:
(4)“或”门的逻辑关系式:
(5)波形图:
(6)实验电路:
3.“非”门的逻辑关系、真值表和符号
(1)对“非”门的理解
设正常逻辑关系为:当条件
如图所示,如果把开关
(2)非门电路的真值表
仍然把开关接通定义为
可画出“非”门的真值表,见下表:
非门电路的真值表
输入 | 输出 |
A | Y |
0 | 1 |
1 | 0 |
(3)“非”逻辑关系
输出状态和输入状态成相反的逻辑关系称为“非”逻辑关系。
符号:
(4)非”门的逻辑关系式:
(5)波形图:
4.复合逻辑门电路
与门、或门和非门是基本门电路。我们常把他们组合起来,成为与非门电路、或非门电路等,称为复合门电路。
(1)与非门电路
一个与门和一个非门连接起来,便组成一个与非门电路,其逻辑结构图和逻辑符号如图所示:
其真值表为:
输入 | 输出 | |
A | B | Y |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
(2)或非门电路
一个或门或一个非门连接起来,便组成一个或非门电路。其逻辑结构图和逻辑符号如图所示:
其真值表为:
输入 | 输出 | |
A | B | Y |
O | O | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
5.集成门电路
6.斯密特触发器
如图所示,这种“非”门由于性能特别,称为斯密特触发器.当加在它的输入端
要点诠释:
(1)斯密特触发器是一种“非”门,当输入端电压上升(下降)到某值时,输出端电压会从高电平跳到低电平(低电平跳到高电平)。
(2)斯密特触发器一般应用于光控开关或温度报警器,电路中有一光敏电阻或热敏电阻用于改变输入端电压。
要点三、晶体二极管和集成电路
1、晶体二极管
晶体二极管是用半导体材料制成的,它有两个极:一个叫正极,一个叫负极。它的符号如图:
晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二级管加正向电压时,它的电阻很小,电路导通(如图甲所示);当给二极管加反向电压时,它的电阻很大,电路截止(如图乙所示)。
2、集成电路
以半导体材料为基片,将组成电路的各种元件(如电阻、电容、二极管等)和连线集成在同一基片上,成为具有一定功能的微电路系统,这就是集成电路。
集成电路具有分立元件不可比拟的优点,主要优点有:体积小、可靠性高、运算速度快、成本低廉等。
【典型例题】
类型一、对逻辑关系的理解
例1.从北京到上海,就现在的地面交通来说,一般通过哪些途径来实现?请你分析一下其中的事件与条件,它们体现了哪一种逻辑关系?
【答案】乘火车或乘汽车“或”逻辑关系
【解析】事件是由地面交通从北京到上海,条件有两个:一个是乘火车,另一个是乘汽车,由于两者只要有一个条件具备就能从北京到达上海,即两个条件(乘火车和乘汽车)只要有一个满足,事件(从北京到上海)就能够发生,所以是一种“或”逻辑关系.
【总结升华】正确理解三种常见的逻辑关系:“与”逻辑关系为只有两个条件都满足时,事件才能发生;“或”逻辑关系为只要两个条件中的一个条件满足时,事件就会发生;而输出状态和输入状态相反的逻辑关系则为非逻辑关系.
类型二、对真值表的理解
例2.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.
【答案】见解析
【解析】设甲、乙、丙三名裁判的裁判意见为逻辑变量
根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.
输入 | 输出 | ||
A | B | C | D |
0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 1 | 0 |
0 | 1 | 1 | 0 |
0 | 1 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 | 1 |
1 | 1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 | 1 |
【总结升华】(1)理解题目“
(2)逻辑门电路在生产、生活和科技实践中有着广泛的应用,解题时要养成根据电路特点确立门电路类别,然后根据门电路特点填写真值表.
输入 | 输出 |
A | Z |
0 | 1 |
(b) 1 | 0 |
类型三、门电路的逻辑关系
例3.如图所示,(a)为基本门电路中 门的电路符号,(b)为 门的输入输出真值表。
【答案】与;非
【解析】根据电流的结构可知,(a)图为“与”门的电路符号;(b)真值表中只有一个输入端与一个输出端,而且输出端的值始终与输入端的值相反,所以该电路为“非”门电路。
【总结升华】根据基本逻辑门电路的输入输出关系能得到真值表,有真值表的逻辑关系能推出对应的逻辑门,注意学会分析真值表.
举一反三
【变式1】右表是某逻辑电路的真值表,该电路是
【答案】D
【变式2】下图是一个或非门电路,如果两个输入端中有一个输入的是高电平,另一个输入的是低电平,那么它的输出端输出的是高电平还是低电平?
【答案】低电平
类型四、门电路的设计、分析与应用
例4.火警自动报警器用“非门”、电位器、热敏电阻、蜂鸣器和电池等如图甲所示连接,调节电位器使蜂鸣器正好不报警,然后用火焰靠近热敏电阻,蜂鸣器就会发出报警信号.在不报警时,
(1)报警时,
(2)当用火焰靠近热敏电阻时,热敏电阻的阻值是增大还是减小?
【答案】(1)低电位“
【解析】(1)报警时,
(2)图乙为等效电路图.
当火焰靠近热敏电阻时,蜂鸣器报警,说明此时
【总结升华】本题是“非”门电路在实际问题中的应用.画出等效电路,根据“非”门的逻辑关系分析电路是解决本题的关键.
类型五、逻辑电路的典型应用
例5.如图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
【答案】虚线框内门电路的符号如图所示:
【解析】开关闭合及二极管不发光状态为“
输入 | 输出 | |
S1 | S2 | D |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
【总结升华】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
举一反三
【变式1】为了保障行驶安全,一种新型双门电动公交车安装了如下控制装置:只要有一扇门没有关紧,汽车就不能启动。如果规定:车门关紧时为“
A.与门 B.或门
C.非门 D.与非门
【答案】A
【变式2】如图,一个火警报警装置的逻辑电路图。
(1)要做到低温时电铃不响,火警时产生高温,电铃响起。在图中实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,即报警温度调的稍底些,
【答案】(1)“非”门 (2)见解析 (3)
【解析】(1)温度较低时
(2)当高温时
(3)由前面分析可知,若
例6.监控系统控制电路如图所示,电键S闭合时,系统白天和晚上都工作;电键S断开时,系统仅晚上工作。在电路中虚框处分别接入光敏电阻(受光照时阻值减小)和定值电阻,则电路中( )
A.C是“与门”,A是光敏电阻
B.C是“与门”,B是光敏电阻
C.C是“或门”,A是光敏电阻
D.C是“或门”,B是光敏电阻
【答案】D
【解析】开关S闭合后,C门的一个输入端就是1,系统不管白天和晚上都工作,说明与另一个输入端的逻辑值无关,这说明C门是“或”门。开关S断开时,C门的一个输入端就是0,要让系统工作,另一个输入端必须是1,也就是高电压,所以B是光敏电阻,故D正确。
【总结升华】熟悉三种基本逻辑关系,掌握各种门电路的逻辑功能,是解决逻辑电路在生活中的应用的题目关键。
举一反三
【变式1】某同学设计了一个路灯自动控制门电路。天黑了,让路灯自动接通,天亮了,让路灯自动熄灭。图中
(1)请在虚线框内填入需要的门电路符号
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮,现要调节自动控制装置,使得它在天色较暗时才会自动接通开关,应如何调节
【答案】(1)“非”门 (2)使
【解析】(1)天黑时无光照,
(2)天色较亮时,光线照射使
【变式2】如图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(填与、非、或)。
【答案】或,或
【解析】题意只要有一个开关未闭合,报警器就会报警,结合或门的特点因此虚线框甲内应选用或门;虚线框乙内应选用或门。
【变式3】一个机要仓库有一扇很大的电动仓库门,门上有三把电动锁,三个机要员各有一把锁的钥匙,只有三人同时转动自己的钥匙(闭合开关)才能通过一个继电器把门打开。图中的
【答案】“与”门
类型六、门电路与图象结合的问题
例7.下图是输入端
(1)如果它们是“与”门的输入端,请画出输出端的电势随时间变化的关系.
(2)如果它们是“或”门的输入端,请画出输出端的电势随时间变化的关系.
【答案】(1)如图甲所示 (2)如图乙所示
【解析】(1)第一步确定“
这样我们就可以得出输入
时间 | 输入 | 结果 | |
t | A | B | Y |
0—t1 | 0 | 1 | 0 |
t1—t2 | 1 | 1 | 1 |
t2—t3 | 1 | 0 | 0 |
t3—t4 | 1 | 0 | 0 |
t4—t5 | 0 | 1 | 0 |
由真值表可以很容易地画出输出端的电势随时间变化的关系.
(2)解题步骤同(1).
其逻辑电路如图
则
时间 | 输入 | 结果 | |
t | A | B | Y |
0—t1 | 0 | 1 | 1 |
t1—t2 | 1 | 1 | 1 |
t2—t3 | 1 | 0 | 1 |
t3—t4 | 1 | 0 | 1 |
t4—t5 | 0 | 1 | 1 |
【总结升华】本题是门电路与图象相结合确定输出结果的问题,结果的确定常采用下列两步法: