資源簡介

(共15張PPT)
３.３　數(shù)字集成電路
廣東省東莞市光明中學(xué) 黃利輝
３.３　數(shù)字集成電路
學(xué)習(xí)目標(biāo):
1、了解晶體三極管的開關(guān)特性及其在數(shù)字電路中的作用。
2、知道常見數(shù)字集成電路的類型,并能用數(shù)字集成電路安裝簡單的實(shí)用電路裝置。
廣東省東莞市光明中學(xué) 黃利輝
一、晶體三極管的開關(guān)特性及其在數(shù)字電路中的應(yīng)用
分析非門開關(guān)電路的電壓輸出
U。
R
S
UCC
S合上時: U0=__
S斷開時: U0=__
0
UCC
門電路的開關(guān)能不能使用機(jī)械開關(guān)？為什么？
不能
因?yàn)闄C(jī)械開關(guān)體積大、壽命短、操作不方便，而且速度低。在高速電子控制系統(tǒng)中，開關(guān)每秒要開合上億次，機(jī)械開關(guān)是無法勝任的。
必須使用電子開關(guān)，即用晶體管或MOS管（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）做成的開關(guān)。
U。
R
UCC
A
F
U。
R
S
UCC
試驗(yàn): 觀察晶體三極管的開關(guān)特性
試驗(yàn)過程:
按圖搭接電路。
1、將輸入端接地,用多用電表測量Rc的電壓Ur=__V,此時晶體三極管集電極的電流Ice__,三極管處于__狀態(tài);Uce=__V,屬于__電平.
3V
Uce
Rc
F
A
R
3DK4C
V
Ur
Ice
2、將輸入端接3V電壓,用多用電表測量Rc的電壓Ur=__ V,此時晶體三極管集電極的電流Ice__ ,三極管處于__ 狀態(tài);Uce= __ V,屬于 __ 電平.
3、把發(fā)光二極管接在CE兩極間，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。
330
B
0
很小
截止
3
高
2.8
很大
導(dǎo)通
0.2
低
開關(guān)接B時,二極管亮;開關(guān)接A時,二極管不亮
認(rèn)識晶體三極管
U。
R
UCC
A
F
e(發(fā)射極)
C(集電極)
基極b
晶體三極管存在截止和飽和兩種狀態(tài):
飽和——開關(guān)閉合。
截止——開關(guān)斷開;
飽和：條件——
現(xiàn)象——
截止：條件——
現(xiàn)象——
晶體三極管的開關(guān)特性
輸入信號足夠大(高電平)；
三極管流過的電流較大，集電極 與發(fā)射極之間的電壓只有0.2V左右(低電平)。
輸入信號足夠小(低電平)；
三極管沒有電流流過，集電極與發(fā)射極之間的電壓與電源電壓接近(高電平)。
金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體三極管（MOS管）
也有三個極：
源極S、柵極G、漏極D。
源極相當(dāng)于發(fā)射極，通常接地；
漏極相當(dāng)于集電極，通常通過電阻接電源；
柵極相當(dāng)于基極，用來控制漏極電流的大小。
普通晶體三極管是電流控制的器件，基極必須注入電流方能使三極管導(dǎo)通；
MOS管是電壓控制器件，在柵極與源極之間加適當(dāng)?shù)碾妷壕湍苁筂OS管導(dǎo)通。
S
G
D
集成電路是將元器件集中制作在芯片上，減少了元器件的連接導(dǎo)線，使可靠性得到了很大提高。
二、常用數(shù)字集成電路的類型
二、常用數(shù)字集成電路的類型
小規(guī)模集成電路(SSI)：集成晶體管數(shù)在100個以內(nèi)
中規(guī)模集成電路(MSI)：晶體管數(shù)在102~103個
大規(guī)模集成電路(LSI)：晶體管數(shù)在103~105個
超大規(guī)模集成電路(VLSI)：晶體管數(shù)在105~107個
特大規(guī)模集成電路(ULSI)：晶體管數(shù)在107~109
巨大規(guī)模集成電路(GSI)：晶體管數(shù)超過109個
一萬個以上門電路集成的又叫片上系統(tǒng)（SOC）
晶體管數(shù)——門電路數(shù)
1、按集成度分可分為六類：
數(shù)字電路的類型
構(gòu)成 運(yùn)行速度 允許負(fù)載流過電流 消耗功率
TTL
晶體管—晶體管邏輯
CMOS
互補(bǔ)MOS電路
快
較大
較小
較慢
較大
較小
CMOS管容易損壞，電源極性不能接反，焊接時要將烙鐵的電源切斷。
2、按晶體管類型可分為二類：
普通晶體管
MOS管
小資料
1、TTL與CMOS部分參數(shù)對照。
2、常用集成門電路的型號。
3、部分集成邏輯門引腳圖。
（規(guī)律：從頂部看下去按逆時針方向編號1、2……13、14）
集成電路的發(fā)展史
1、1958年9月， ______ 研制了世界上第一塊集成電路，為此獲得了2000年的_____獎。
2、摩爾定律的內(nèi)容是什么？
杰克.基爾比
諾貝爾物理學(xué)
集成電路芯片的集成度大約每3年提高4倍，相應(yīng)的集成電路加工的特征尺寸縮小為原來的一半。(共16張PPT)
3.1　數(shù)　字　信　號
廣東省東莞市光明中學(xué) 黃利輝
1、通過比較數(shù)字信號和模擬信號,了解數(shù)字信號的特性。
2、知道數(shù)字信號中“１”和“０”的意義。
電子控制系統(tǒng)的是怎樣“控制（處理）”信息的
傳感器將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成電信號后，控制部分便對這些信號進(jìn)行分析、比較、判斷、放大、運(yùn)算、傳輸、變換，最后向輸出部分發(fā)出命令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作。
1、數(shù)字信號與模擬信號
事物變化的量變有兩種情況：連續(xù)變化、非連續(xù)變化（離散）
請判斷下列量中哪些是連續(xù)變化的，哪些是非連續(xù)變化的。
1、野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度；
2、人的血壓與人的脈搏；
3、運(yùn)動員滑冰所滑過的軌跡長度與走過同樣距離所用的步數(shù)；
4、時光的流逝與數(shù)字鐘所顯示的時間的變化。
5、某學(xué)校的學(xué)生人數(shù)
連續(xù)變化的量，可用連續(xù)變化的曲線或直線描述；非連續(xù)變化的量，可用柱狀圖或數(shù)字等表示。
模擬信號——泛指數(shù)值可連續(xù)變化的信號。
數(shù)字信號——非連續(xù)的信號的量可用二進(jìn)制表示，并用高、低兩個電平表示二進(jìn)制中的“０”、“１”
電平
在TTL電路中，
高電平是2.4~5V；
低電平是0~0.8V。
數(shù)字信號的高低也可用電流、頻率、時間、相伴位等電信號參量。例如移動通信中的手機(jī)短信息信號就是以頻率的高、低代表1和0的。
馬上行動
1、若用高電平表示1，低電平表示0，請問圖中數(shù)字信號表示二進(jìn)制數(shù)是___，它當(dāng)于十進(jìn)制中數(shù)值___。
2、收音機(jī)、電視機(jī)、音響設(shè)備輸出口的信號是屬于哪一類信號？
思考
下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數(shù)字信號？
1、220V交流電的電壓；
2、海洋船只與船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號；
3、手機(jī)短信息信號。
馬上行動
請判斷下列各例中哪些適合用１和０表示。
1、舉重比賽中試舉成功與否；
2、學(xué)生的考試成績是否及格；
3、一個人的生與死；
4、一個人是好人還是壞人
數(shù)字信號具有容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優(yōu)點(diǎn)。
（1）容易處理：數(shù)字信號只有高、低兩個電平，容易識別，失真和干擾對數(shù)字信號影響小。
模擬信號在處理過程中會產(chǎn)生失真,并受到各種干擾;
數(shù)字信號在處理過程同樣也產(chǎn)生失真,受到干擾,但它所代表的數(shù)字(高\(yùn)低)并不改變.
2、數(shù)字信號的優(yōu)點(diǎn)
模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方法
模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程可分為四步：
采樣：每隔一段時間對模擬信號的幅值抽取樣品，使模擬信號變成脈沖信號。
保持：將脈沖信號變成階梯信號，以便處理。
量化：將階梯信號中每個階梯的幅值舍去零頭，保留整數(shù)。
編碼：將量化的信號中每個階梯的幅值對應(yīng)的數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)字表示，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
A/D與D/A
將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。
數(shù)字信號被處理后，還要恢復(fù)成模擬信號，去控制執(zhí)行元件執(zhí)行。
將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）。
（ 1）容易處理
（2）處理精度高 閱讀案例：電子計(jì)時器
（3）便于記錄保存
由于數(shù)字信號中只有1和0兩個值，可很方便地用電路輸出電壓的高和低、電容上電荷的有和無、磁性物質(zhì)的極化方向等方式記錄保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和無、光盤利用有無凹坑記錄1和0，還可以直接將1和0打印在紙上記錄保存。
你知道模擬信號是用什么方法記錄保存？這種方法有什么缺點(diǎn)？
模擬信號可以用磁帶等磁性存儲器保存，它所依賴的是磁表面極化的程度，因此其分辨能力受到限制，而且存放時間長了，會受到外界磁場的影響，所存的信息將會逐步丟失。
光盤是利用什么方法記錄信號的？
光盤是在塑料片上用激光“燒”出許多直徑不到1微米、沿光盤圓周方向排列的凹坑，有凹坑的代表“0”，沒有凹坑的代表“1”。
讀盤時，光盤逆時針轉(zhuǎn)動，激光射到盤面上，依據(jù)凹坑的有和無所造成的反射光的有和無分辨出所記錄的信號是1還是0。
技術(shù)試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康模簩Ρ饶M信號和數(shù)字信號的優(yōu)劣。
試驗(yàn)準(zhǔn)備：電腦、收錄機(jī)2臺、原聲帶1盤、空白帶1盤。
試驗(yàn)過程：
1、使用錄音機(jī)將原聲帶中的一段音樂翻錄到另一盤空白帶上，比較原聲帶與翻錄帶的音質(zhì)。
2、將電腦中的一段音樂復(fù)制一份，比較復(fù)制件與原件音樂的音色是否有變化。
試驗(yàn)結(jié)果：？
試驗(yàn)總結(jié)：數(shù)字信號與模擬信號相比有什么優(yōu)點(diǎn)？(共26張PPT)
３.２　邏　輯　門
廣東省東莞市光明中學(xué) 黃利輝
３.２　邏　輯　門
學(xué)習(xí)目標(biāo)
１、了解數(shù)字電路是一種能夠方便地處理“1”和“0”兩種狀態(tài)的電路。
2、熟悉與門、或門和非門三種基本邏輯門的電路符號及各自的邏輯關(guān)系，會填寫它們的真值表，能畫出波形圖。
3、知道與非門、或非門的電路符號及各自的邏輯關(guān)系，會填寫它們的真值表，能畫出波形圖。
廣東省東莞市光明中學(xué) 黃利輝
閱讀: 三人表決器
實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系的電路稱為數(shù)字電路(邏輯電路)。
在數(shù)字電路中，“真”用高電平“1”表示，“假”用低電平“0”表示。“1”和“0”稱為數(shù)字電路的真值或邏輯值。
處理電路
紅色指示燈
綠色指示燈
甲乙丙
一、三種基本的邏輯門
三種基本的邏輯關(guān)系是：
三種基本邏輯關(guān)系的電路是：
“與”、“或”、“非”
與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）
請舉出幾個日常生活中常見的與邏輯關(guān)系的例子
1、火車開動前，所有車門必須關(guān)好，如有車門未關(guān)不能放行。
2、我國婚姻法規(guī)定，男方要到22歲、女方要達(dá)到20歲，并且必須雙方同時到場方可登記結(jié)婚。
3、倉庫的門通常用兩把鎖，由不同的人保管，開門時必須兩個保管人同時到場。
(1)“所有邏輯前提皆為真時，邏輯結(jié)論才為真”的邏輯關(guān)系稱為“與”邏輯關(guān)系。
1、與門
(2)什么是與門？
——實(shí)現(xiàn)與邏輯關(guān)系的電路稱為與門。
A B F
斷 斷
斷 通
通 斷
通 通
1、與門 (1)“所有邏輯前提皆為真時，邏輯結(jié)論才為真”的邏輯關(guān)系稱為“與”邏輯關(guān)系。
F
斷
斷
斷
通
開關(guān)串聯(lián)電路
“全高出高，有低出低”
A B F
假 假 假
假 真 假
真 假 假
真 真 真
A B F
0 0
0 1
1 0
1 1
（3）與門電路的特點(diǎn)：
只有當(dāng)與門的所有輸入端皆為高電平“1”時，輸出端才為高電平“1”。即
F
0
0
0
1
(3)特點(diǎn)：
“全高出高，有低出低”
(4)與邏輯關(guān)系在布爾代數(shù)中定義為邏輯乘法,記作:
F=A*B F=A.B F=AB
&
(5)與邏輯符號
與門的輸入、輸出波形圖
&
A
B
“全高出高，有低出低”
F
馬上行動
&
“全高出高，有低出低”
思 考
“全高出高，有低出低”
2、或門
（1）“邏輯前提中有一個或一個以上為真，邏輯結(jié)論就為真”
即:“見高出高,全低出低”
（2）或邏輯關(guān)系在布爾代數(shù)中定義為邏輯加法，記作： F=A+B
（3）實(shí)現(xiàn)或邏輯關(guān)系的電路稱為或門。
（并聯(lián)開關(guān)電路）
≥1
（4）或邏輯關(guān)系符號
馬上行動
列出3個輸入端的或門真值表，并畫出輸出波形
≥1
A
F
B
C
“見高出高,全低出低”
3、非門
邏輯結(jié)論與邏輯前提的邏輯值總是相反.
（1）“邏輯前提為假時邏輯結(jié)論為真，邏輯結(jié)論為真時邏輯結(jié)論反而為假”
記作：
（2）實(shí)現(xiàn)非邏輯關(guān)系的電路稱為非門。
O = 1 1=0
F = A 讀作“A非”
1
非邏輯符號
(3)非邏輯符號
即：“見高出低，見低出高 ”
思考
與、或、非分別和集合論中的哪些運(yùn)算是互相對應(yīng)的？
指出圖中表示“A×B”，“A＋B”，A，B，“A×B的非”的范圍。
B
A×B的非
A
B
A×B
A＋B
與——交集
或——并集
非——補(bǔ)集
A
三人表決器
只有A、B同為1時才為1，所以l1=_A×B；
只有B、C同為1時才為1，所以l2=_____；
只有A、C同為1時才為1，所以l3=_____；
只有A、B、C同為1時才為1，所以l4=_____；
綠燈L1=_____
紅燈L2=_____
l1+l2+l3+l4=AB+BC+AC+ABC
L1
B×C
A×C
A×B×C
三人表決器
&
&
&
&
&
1
非邏輯
≥1
或邏輯
l1
l3
l2
l4
綠燈
C
B
A
紅燈
三人表決器（精簡）
&
&
&
≥1
&
1
非邏輯
或邏輯
與邏輯
l1
l3
l2
綠燈
C
B
A
紅燈
三種門電路的邏輯關(guān)系
與門：“全高出高，有低出低”
或門：“見高出高，全低出低”
非門：“見高出低，見低出高”
與門：
或門：
非門：
二、與非門和或非門
與門邏輯關(guān)系是“全高出高，有低出低”
與非門邏輯關(guān)系是“全高出低，有低出高”
1
非門
&
與非門
&
與門
+
=
1、與非門
“全高出低，有低出高”
下圖是一與非門的輸入信號波形，請畫出輸出波形
2、或非門
≥1
或非門邏輯符號
≥1
或門邏輯符號
或非門的真值表和或門的真值表相反
或門 F=A+B
或非門 F=A+B
或門: “見高出高，全低出低”
或非門：“見高出低，全低出高”
A B C 或門F 或非門F
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
1
1
1
1
1
1
1
請?zhí)顚懘吮?br/>1
0
0
0
0
0
0
0
馬上行動
A B C 或門F 或非門F
0 0 0
1 0 0
1 0 1
1 1 1
1 1 0
0 1 0
0 1 1
0 0 1
0 0 0
1 0 0
1 1 1
或非門F
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
或門F
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
≥1
A B C 或門F
或門輸出信號
或非門輸出信號
請畫出下圖中或非門輸出信號
三種門電路的邏輯關(guān)系
與門：“全高出高，見低出低”
或門：“見高出高，全低出低”
非門：“見高出低，見低出高”
與非門：“全高出低，見低出高”
或非門：“見高出低，全低出高”
與門：
或門：
非門：
與非門：
或非門：

展開更多......

收起↑