電工電子技術-項目十一 觸發(fā)器與時序邏輯電路

PAGE14PAGE14PAGE13PAGE13《電工電子技術》

教案課時分配表章序課程內(nèi)容課時備注1直流電路42正弦交流電路43磁路與變壓器44異步電動機65繼電接觸器控制系統(tǒng)46二極管的認知與應用67三極管的認知與應用68集成運算放大電路49邏輯門電路410組合邏輯電路411觸發(fā)器與時序邏輯電路6合計52文旌課堂APP

課題認識觸發(fā)器課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）掌握RS觸發(fā)器的邏輯功能（2）掌握JK觸發(fā)器的邏輯功能（3）掌握D觸發(fā)器的邏輯功能（4）掌握T觸發(fā)器的邏輯功能（5）能夠測試各類觸發(fā)器的邏輯功能思政育人目標：（1）學習老一輩電工人勇于探索、認真嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度（2）鍛煉迎難而上、團隊合作的意識（3）通過不同類型的觸發(fā)器學習，增加華為芯片案例的拓展，培養(yǎng)學生的愛國情懷和民族自信心教學重難點教學重點：RS觸發(fā)器；JK觸發(fā)器；D觸發(fā)器；T觸發(fā)器教學難點：RS觸發(fā)器；JK觸發(fā)器教學方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、萬用表教學設計→→→→傳授新知（40min）實操練習（35min）→課堂小結（3min）→作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖第一節(jié)課課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯(lián)系，讓其提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，完成課前任務請大家認真預習觸發(fā)器的相關內(nèi)容，通過教材和微課學習?！緦W生】完成課前任務通過課前任務，使學生了解觸發(fā)器，對疑難問題著重記錄考勤

（2min）【教師】通過文旌課堂APP讓學生簽到【學生】簽到，班干部交假條培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況課前復習

（3min）【教師】引領學生回憶上次課教學內(nèi)容，根據(jù)學生反映，檢驗學生掌握情況。提問學生常用的組合邏輯電路有哪些？回顧組合邏輯電路運算的表達式及電路的邏輯圖設計?！緦W生】聆聽、互動、積極回答通過課前復習，檢查學生對所學知識的掌握程度，調(diào)整課程進度，讓學生自行查漏補缺問題導入（5min）【教師】通過視頻或PPT圖片講解某機床設備中的一個安全保護電路，當操作人員的身體不慎處于刀具的工作范圍時，電路可使電動機停轉，從而起到安全保護作用。該電路主要由光電二極管、由或非門組成的基本RS觸發(fā)器、三極管和、繼電器KA等組成，其中觸發(fā)器R，S端為高電平有效。當機床正常工作時，照明燈對進行照射，保持在低電阻值狀態(tài)。當操作人員的身體進入刀具的工作范圍時，會遮擋照明燈，的電阻值迅速升高，使截止。此時的集電極為高電位，從而將觸發(fā)器置1。此時將導通，KA線圈通電，其連接在電動機控制電路中的動斷觸點斷開，切斷電動機控制電路，使電動機停轉。【教師】提出以下問題：你能分析上述電路中觸發(fā)器的作用及其邏輯功能嗎？當操作人員的身體撤出刀具工作范圍后，電路有何變化呢？【學生】討論、舉手回答【教師】通過學生的回答引入要講的知識通過機床設備安全保護電路工作原理的演示，提出觸發(fā)器的作用及邏輯功能，引入觸發(fā)器相關知識，激發(fā)學生的好奇心傳授新知

（40min）【教師】提問數(shù)字電路的分類？【學生】討論、舉手回答根據(jù)邏輯功能的不同特點，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類?！窘處熖釂枴拷M合邏輯電路的含義是什么？什么又是時序邏輯電路？【學生】討論、舉手回答組合邏輯電路（組合電路）：在數(shù)字電路中，若電路任意時刻的輸出狀態(tài)僅取決于該電路當時輸入各變量的狀態(tài)組合，而與電路原來的狀態(tài)無關。時序邏輯電路：若數(shù)字電路在任意時刻的輸出狀態(tài)，不僅取決于該電路當時的輸入狀態(tài)，還與電路原來的狀態(tài)有關。時序邏輯電路具有記憶和存儲功能。觸發(fā)器：為了使存儲單元在同一時刻同步動作，在每個存儲單元的電路上引入時鐘脈沖作為控制信號，來“觸發(fā)”電路動作，并根據(jù)輸入信號的不同而改變輸出狀態(tài)，在時鐘脈沖觸發(fā)時才能動作的存儲單元電路。觸發(fā)器分類：觸發(fā)器按其邏輯功能的不同可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等類型。RS觸發(fā)器【教師】通過ppt講解RS觸發(fā)器1．基本RS觸發(fā)器（1）電路結構由與非門組成的基本RS觸發(fā)器結構：它由兩個與非門的輸入、輸出端交叉耦合而成。其中，R，S端為輸入端，Q，端為輸出端，Q，的邏輯狀態(tài)相反。一般規(guī)定觸發(fā)器Q端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，即當，時，稱觸發(fā)器處于1狀態(tài)；當，時，稱觸發(fā)器處于0狀態(tài)。R，S端平時接高電平，均處于1狀態(tài)；當加負脈沖后，相應的輸入端將由1狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)。（2）狀態(tài)轉換和邏輯功能分析設為觸發(fā)器原來的狀態(tài)（也稱為初態(tài)）；為加觸發(fā)信號（正、負脈沖或時鐘脈沖）后新的狀態(tài)（也稱為次態(tài)）。（1）出1）得；反饋到門，由與非邏輯關系“全1出0”得；再反饋到門，即使此時負脈沖消失、，按與非邏輯關系（有0出1）仍然有。也就是說，此種情況下，無論觸發(fā)器初態(tài)為0還是為1，經(jīng)觸發(fā)后它都會保持0狀態(tài)。（2）當，時：當門的S端加負脈沖后，，由與非邏輯關系分析可知，此種情況下，無論觸發(fā)器初態(tài)為0還是為1，經(jīng)觸發(fā)后它都會保持1狀態(tài)。（3）當，時：R端和S端均未加負脈沖，觸發(fā)器保持初態(tài)不變。（4）當，時：當R端和S端同時加負脈沖時，門和門的輸出端都為1，這就達不到Q，邏輯狀態(tài)相反的要求。此后，如果負脈沖都去除，則次態(tài)會由于兩個門延遲時間的不同，以及當時所受外界干擾不同等因素而無法判定，即出現(xiàn)不定狀態(tài)。因此，這種情況在使用中應禁止出現(xiàn)。基本RS觸發(fā)器的邏輯功能表：RS功能說明000001××不定狀態(tài)，禁用01010100置0（復位）10100111置1（置位）11110101保持原狀態(tài)2．同步RS觸發(fā)器為了使觸發(fā)器能夠按一定的節(jié)拍翻轉，可在基本RS觸發(fā)器的基礎上，增加一個時鐘控制端CP端，只有在CP端出現(xiàn)時鐘脈沖時，觸發(fā)器的狀態(tài)才能變化?！窘處煛繌娬{(diào)同步觸發(fā)器的含義同步觸發(fā)器：具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器，其狀態(tài)的改變與時鐘脈沖是同步的。（1）電路結構同步RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器的基礎上增加兩個控制門，，并加入時鐘脈沖輸入端CP端構成的。（2）狀態(tài)轉換和邏輯功能分析當時，，的輸出均為1。此時相當于，關閉，無論R端和S端的信號如何變化，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。同步RS觸發(fā)器的邏輯功能：RS功能說明00000101保持原狀態(tài)01010111置110100100置0111101××不定狀態(tài)，禁用同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換分別由R，S和CP控制。其中，R，S控制狀態(tài)轉換的方向，即轉換為何種次態(tài)；CP控制狀態(tài)轉換的時刻，即何時發(fā)生轉換。同步RS觸發(fā)器的邏輯表達式為：其中，加入約束條件是因為R和S不能同時為1，因為當R和S同時為1時觸發(fā)器的狀態(tài)不確定。利用約束條件將上式化簡，于是得到同步RS觸發(fā)器的特性方程為【教師】強調(diào)以下問題同步RS觸發(fā)器雖然有CP端，但它仍存在一個不穩(wěn)定的狀態(tài)，而且在同一個CP脈沖作用期間（即期間），若輸入端R和S的狀態(tài)發(fā)生變化，會引起輸出狀態(tài)的變化，由此產(chǎn)生空翻現(xiàn)象（即在一個CP脈沖期間觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生多次翻轉）。【學生】聆聽、理解、記錄JK觸發(fā)器【教師】通過ppt講解JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器的分類：主從型和邊沿型。1．電路結構與原理邊沿JK觸發(fā)器的邏輯圖：在CP端有一個“o”符號，表示CP下降沿有效；若無“o”符號，則表示CP上升沿有效。邊沿JK觸發(fā)器的邏輯圖形符號：上升沿JK觸發(fā)器下降沿JK觸發(fā)器，分別是置0端、置1端，用來設置觸發(fā)器的初始狀態(tài)；J，K為信號輸入端；CP為時鐘脈沖輸入端，高電平有效。JK觸發(fā)器的邏輯功能表詳見教材表11-3。【教師提問】試比較邊沿JK觸發(fā)器與同步RS觸發(fā)器在邏輯圖和邏輯功能上的區(qū)別。【學生】討論、思考、回答2．特性表和特性方程在穩(wěn)定狀態(tài)下，用于描述J，K，，之間邏輯關系的JK觸發(fā)器特性表詳見教材表11-4。JK觸發(fā)器的特性方程為JK觸發(fā)器消除了RS觸發(fā)器R，S同時為1時狀態(tài)不定的問題。JK觸發(fā)器有以下四個工作狀態(tài)：為保持狀態(tài)，即；，為置0狀態(tài)；，為置1狀態(tài)；為翻轉，即。若將JK觸發(fā)器的J，K端相連并接高電平，則它的邏輯功能為：次態(tài)是初態(tài)的反數(shù)。此時JK觸發(fā)器被稱為翻轉觸發(fā)器或觸發(fā)器。D觸發(fā)器【教師】通過ppt講解D觸發(fā)器D觸發(fā)器：可以將下降沿JK觸發(fā)器的J端經(jīng)一個非門與K端相連組成。D觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯圖形符號為：當，即，時，觸發(fā)器在CP的下降沿翻轉（或保持）為1態(tài)；當，即，時，觸發(fā)器在CP的下降沿翻轉（或保持）為0態(tài)。某個時鐘脈沖到來之后輸出端Q的狀態(tài)和脈沖到來之前D端的狀態(tài)一致，所以D觸發(fā)器的特性方程為D觸發(fā)器的邏輯功能表：D功能000置010101置111T觸發(fā)器【教師】通過ppt講解T觸發(fā)器T觸發(fā)器的邏輯功能為：當時，每來一個時鐘信號它的狀態(tài)就翻轉一次；而當時，時鐘信號到達后它的狀態(tài)保持不變。T觸發(fā)器通常由其他觸發(fā)器轉換而來，而無單獨的產(chǎn)品。例如，將JK觸發(fā)器的J，K兩個輸入端連在一起作為T端，就可以構成T觸發(fā)器。T觸發(fā)器的邏輯圖形符號T觸發(fā)器的特性表為：T000011101110T觸發(fā)器的特性方程為【學生】聆聽、理解、記錄結合所學，教師提問上節(jié)課的數(shù)字電路分類，調(diào)動學生的積極性結合PPT，教師講解各電路的含義及分類結合PPT，分析RS觸發(fā)器的結構、原理及邏輯功能具體分析RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換，并從中總結邏輯功能在RS觸發(fā)器的基礎上，分析同步RS觸發(fā)器的電路結構、原理及邏輯功能強調(diào)同步觸發(fā)器的含義具體分析同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換和邏輯功能強調(diào)同步RS觸發(fā)器可能造成的現(xiàn)象結合PPT，分析JK觸發(fā)器的工作原理和邏輯功能，學生重點理解設置討論環(huán)節(jié)，學生主動思考，教師總結規(guī)律，幫助學生理解結合PPT講解D觸發(fā)器的邏輯圖、邏輯功能和特性方程結合PPT講解T觸發(fā)器的邏輯圖、邏輯功能和特性方程實操練習（35min）【教師】講解和演示基本操作步驟說明雙JK觸發(fā)器74LS73、雙D觸發(fā)器74LS74、四D觸發(fā)器74LS175，二輸入四與非門74LS00，四輸入二與門74LS21器件的使用方法和邏輯功能。【教師】重點強調(diào)以下問題（1）連接電路時注意芯片的引腳排列。（2）連接電路時注意芯片電源線和地線的連接。（3）測試觸發(fā)器的功能時注意觸發(fā)器的觸發(fā)方式?！緦W生】聆聽、理解、模仿操作操作步驟1.測試基本RS觸發(fā)器的邏輯功能第一步：查看74LS73的引腳圖，研讀該芯片的邏輯功能。芯片中有兩個下降沿JK觸發(fā)器。當時JK觸發(fā)器處于置“0”狀態(tài)，當時JK觸發(fā)器處于正常工作狀態(tài)。第二步：連接電路，根據(jù)圖11-8所示74LS73的引腳圖，任選一個JK觸發(fā)器接線，，J，K端接電平信號，CP端接單脈沖信號，Q端與端接電平指示燈。2.測試JK觸發(fā)器的邏輯功能第一步：若電阻仍然很大，則剩下的那只管腳便是基極。第二步：若兩次測得的電阻值一大一小，則基極一定是這兩只管腳中的一個，須重新選擇管腳測量。第三步：按表11-8所示輸入信號的要求給JK觸發(fā)器送入邏輯電平，測試輸出端的電平變化，將測試結果填入表11-8中，并加以說明。【教師】經(jīng)驗提醒在測試時，表11-8中的可用置0信號來產(chǎn)生；可通過使，，并在CP端手動送入單脈沖（下降沿有效）來得到?！緦W生】聆聽、理解、檢驗測量結果3.測試D觸發(fā)器的邏輯功能第一步：查看74LS74的引腳圖，研讀該芯片的邏輯功能。該芯片中有兩個D觸發(fā)器。和分別是置“0”和置“1”端，當不需要直接置“0”和置“1”時，端和端都置“1”，這時D觸發(fā)器處于時鐘控制工作狀態(tài)。。第二步：根據(jù)圖11-9所示74LS74的引腳圖，任選一個D觸發(fā)器接線，，，D端接電平信號，CP端接單脈沖信號，Q端接電平指示燈。第三步：按表11-9所示輸入信號的要求給D觸發(fā)器送入邏輯電平，測試輸出端的電平變化，將測試結果填入表中，并加以說明?！窘處煛拷?jīng)驗提醒表11-9中的“0”與“1”起始狀態(tài)可通過和端置“0”和置“1”來實現(xiàn)?！緦W生】聆聽、理解、檢驗測量結果4．測試T觸發(fā)器的邏輯功能第一步：研讀T觸發(fā)器的構成，選用合適芯片。JK觸發(fā)器的J，K端連在一起作為T端即可構成T觸發(fā)器。選用74LS73來測試T觸發(fā)器的邏輯功能。第二步：根據(jù)圖11-8所示74LS73的引腳圖，任選一個JK觸發(fā)器接線，將J，K兩端相連，然后接電平信號，CP接單脈沖信號，Q與端接電平指示燈。第三步：按表11-10所示輸入信號的要求給T觸發(fā)器送入邏輯電平，測試輸出端的電平變化，將測試結果填入表中，并加以說明?！窘處煛垦蔡幂o導，及時解決學生遇到的問題教師演示器件的使用步驟重點強調(diào)實操練習過程中存在的注意問題，學生認真聆聽學生嚴格按照操作步驟完成RS觸發(fā)器的邏輯功能的驗證學生嚴格按照操作步驟完成JK觸發(fā)器的邏輯功能的驗證教師巡堂指導過程中，給出經(jīng)驗提醒，幫助學生實現(xiàn)實驗驗證學生嚴格按照操作步驟完成D觸發(fā)器的邏輯功能的驗證教師巡堂指導過程中，給出經(jīng)驗提醒，幫助學生實現(xiàn)實驗驗證學生嚴格按照操作步驟完成T觸發(fā)器的邏輯功能的驗證課堂小結

（3min）【教師】簡要總結本節(jié)課的要點觸發(fā)器是時序邏輯電路中常用的存儲單元。本節(jié)課主要講解了RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器的邏輯電路結構和邏輯功能，重點掌握觸發(fā)器的邏輯功能。希望大家課后橫向?qū)Ρ人姆N觸發(fā)器的邏輯功能，按時完成課后作業(yè)，鞏固知識?！緦W生】總結回顧知識點總結知識點，鞏固學生對觸發(fā)器相關知識的學習作業(yè)布置

（2min）【教師】布置課后作業(yè)請根據(jù)課堂知識，完成項目測評中的填空題1-2和解答題1，并撰寫實驗報告。預習任務二，觀看任務二的微課并記錄問題。【學生】完成課后任務通過課后復習鞏固學到的知識教學反思本次課采用理論講授與實驗驗證相結合的方式，將理論知識通過實操練習進行驗證，既鞏固了知識，又提升了動腦分析問題的能力。

課題時序邏輯電路的分析和設計課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）掌握時序邏輯電路的分析方法（2）掌握時序邏輯電路的設計方法思政育人目標：（1）培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力（2）引導學生從辯證唯物主義角度認識學習過程（3）樹立勇于設計的創(chuàng)新意識教學重難點教學重點：時序邏輯電路的分析和設計方法教學難點：時序邏輯電路的設計方法教學方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、萬用表、電流表、電壓表教學設計→→→→傳授新知（40min）實操練習（35min）→課堂小結（3min）→作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯(lián)系，讓其提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，完成課前任務請大家結合觸發(fā)器知識的學習，預習時序邏輯電路的分析和設計內(nèi)容，記錄預習中存在的疑難問題，學生負責人匯總后反饋教師。【學生】完成課前任務通過課前任務，學生記錄疑難點內(nèi)容，增加學生對疑難問題的好奇心，帶著問題上課考勤

（2min）【教師】通過文旌課堂APP讓學生簽到【學生】簽到，班干部交假條培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況課前復習（3min）【教師】引領學生回憶上次課教學內(nèi)容，檢驗學生掌握情況。提問常用的觸發(fā)器有哪些？引導學生共同復述觸發(fā)器的邏輯功能。【學生】積極互動，給隨教師一起回顧內(nèi)容通過課前復習，檢查學生對所學知識的掌握程度，調(diào)整課程進度，讓學生自行查漏補缺問題導入（5min）【教師】通過圖片或生活現(xiàn)象講解在項目十任務一的知識競賽中，卡牌的使用與結果組各隊的搶答情況都需要老師來判斷，若采用電子設備，用邏輯電平開關和數(shù)字顯示器代替條件組和規(guī)則組的卡牌，并為結果組配置搶答器，便可實現(xiàn)比賽的電子化。但此時仍需老師對搶答結果的正確與否進行判斷?！窘處煛刻岢鲆韵聠栴}：若更進一步，以條件組的開關信號為輸入信號，規(guī)則組通過控制電路為輸入信號匹配對應的邏輯功能器件，從而獲得一個輸出信號，結果組通過搶答器輸入搶答信號。設置一個判斷器件來判斷搶答信號與輸出信號是否一致，以此來判斷搶答結果是否正確，這樣是否就可以使比賽自動進行呢？如果是，你能設計一個可以滿足上述功能的時序邏輯電路嗎？【學生】討論、舉手回答【教師】通過學生的回答引入要講的知識通過問題導入的方法，引導學生主動思考，激發(fā)學生的積極性，主動討論傳授新知

（40min）時序邏輯電路的分類：同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路兩類。在同步時序邏輯電路中，起存儲作用的各觸發(fā)器是在同一個時鐘源的控制下工作的。在異步時序邏輯電路中，各觸發(fā)器的狀態(tài)不是由同一個時鐘源控制的。時序邏輯電路的分析方法【教師】通過ppt講解時序邏輯電路的分析方法以同步時序邏輯電路為例分析分析一個時序邏輯電路的目的是確定該電路的邏輯功能，即確定電路狀態(tài)及輸出狀態(tài)在輸入變量和時鐘信號作用下的變化規(guī)律。1．分析同步時序邏輯電路的一般步驟第一步：由給定的邏輯圖列出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程，即每個觸發(fā)器輸入信號的邏輯表達式。第二步：將得到的驅(qū)動方程代入相應觸發(fā)器的特性方程，即可列出每個觸發(fā)器的狀態(tài)方程，從而得到由這些狀態(tài)方程組成的整個時序邏輯電路的狀態(tài)方程組。第三步：根據(jù)邏輯圖和狀態(tài)方程組列出電路的輸出方程?！窘處煛恐攸c講解【例11-1】（詳見教材）【學生】聆聽、討論、理解2．描述時序邏輯電路狀態(tài)轉換全過程的方法有時，僅憑時序邏輯電路的輸出方程并不能完整地描述電路的邏輯功能，此時可用狀態(tài)轉換表、狀態(tài)轉換圖和時序圖等來描述電路狀態(tài)轉換的全部過程，從而確定電路的邏輯功能。（1）狀態(tài)轉換表將任意一組輸入變量及電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可得出電路初態(tài)和次態(tài)下的輸出值；以得到的次態(tài)作為新的初態(tài)，和這時的輸入變量取值一起再代入狀態(tài)方程和輸出方程進行計算，又可得到一組新的次態(tài)和輸出值。如此繼續(xù)下去，將所有的計算結果列成真值表的形式，即可得到狀態(tài)轉換表?！窘處煛恐攸c講解【例11-2】（詳見教材）【學生】聆聽、討論、理解有時也將電路的狀態(tài)轉換表列成如表所示形式。這種狀態(tài)轉換表可以比較直觀地體現(xiàn)出在一系列時鐘信號作用下電路狀態(tài)轉換的順序。CP的順序Y00000100102010030110410005101061101700000111110000經(jīng)過7個時鐘信號后，電路的狀態(tài)循環(huán)變化一次，所以這個電路具有對時鐘信號計數(shù)的功能。同時，因為每經(jīng)過7個時鐘脈沖作用后輸出端輸出1個脈沖（由0變1，再由1變0），所以這是一個七進制計數(shù)器，Y端的輸出就是進位脈沖。（2）狀態(tài)轉換圖為了更加形象、直觀地顯示出時序邏輯電路的邏輯功能，可進一步將狀態(tài)轉換表的內(nèi)容表示成狀態(tài)轉換圖的形式。在狀態(tài)轉換圖中，以圓圈表示電路的各個狀態(tài)，以箭頭表示狀態(tài)轉換的方向。同時，在箭頭旁注明狀態(tài)轉換前的輸入變量取值和輸出值。通常將輸入變量取值寫在斜線以上（無輸入變量時無須標注），輸出值寫在斜線以下。（3）時序圖為了便于用實驗觀察的方法檢查時序邏輯電路的邏輯功能，還可以將狀態(tài)轉換表的內(nèi)容畫成時間波形的形式。在輸入信號和時鐘脈沖序列作用下，電路狀態(tài)、輸出狀態(tài)隨時間變化的波形圖稱為時序圖。時序邏輯電路的設計方法【教師】通過ppt講解時序邏輯電路的設計方法設計的時序邏輯電路應力求簡單。當選用小規(guī)模集成電路來設計時，電路最簡的標準是所用觸發(fā)器和門電路的數(shù)目最少，而且觸發(fā)器和門電路的輸入端數(shù)目也最少。當選用中、大規(guī)模集成電路來設計時，電路最簡的標準則是使用的集成電路數(shù)目最少、種類最少，而且互相間的連線也最少。以同步時序邏輯電路為例，其設計方法一般如下。1．建立電路的狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表根據(jù)具體的邏輯功能要求建立電路的狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表，即將要實現(xiàn)的時序邏輯功能用狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表等表示，具體方法如下：（1）明確具體的邏輯功能要求，確定電路的輸入變量、輸出變量和電路狀態(tài)的數(shù)量和類型。（2）定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)以及每個狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)按順序編號?？梢韵燃俣ㄒ粋€初始狀態(tài)，以該狀態(tài)作為初態(tài)，根據(jù)輸入條件確定電路輸出的次態(tài)，以此類推，直至確定全部狀態(tài)。（3）建立狀態(tài)轉換圖，并根據(jù)狀態(tài)轉換圖建立狀態(tài)轉換表。2．狀態(tài)化簡若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉換到同樣一個狀態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。將電路的等價狀態(tài)合并的過程稱為狀態(tài)化簡，通過它可以求得最簡的狀態(tài)轉換圖，使設計出來的電路更簡單。3．狀態(tài)分配狀態(tài)分配又稱狀態(tài)編碼，是為電路的每個狀態(tài)指定一個特定的二進制代碼。時序邏輯電路的不同狀態(tài)是用不同的觸發(fā)器狀態(tài)組合來實現(xiàn)的。狀態(tài)分配的一般方法如下。（1）確定觸發(fā)器的數(shù)目。n個觸發(fā)器有種狀態(tài)組合，因此，為了獲得時序邏輯電路所需的M個狀態(tài)，須取。（2）為電路的每個狀態(tài)指定對應的觸發(fā)器狀態(tài)組合，即指定一個二進制代碼。每組觸發(fā)器的狀態(tài)組合都是一個二進制代碼，當時，從個二進制代碼中選取M個來對應電路狀態(tài)的編碼方案會有多種，選擇合適的編碼方案，可使設計的電路相對簡單。狀態(tài)分配完成后，狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表中的字符便可替換成對應的二進制代碼。4．選定觸發(fā)器的類型在設計具體的電路前需選定觸發(fā)器的類型。選擇觸發(fā)器類型時應考慮到器件的供應情況，并應力求減少電路中使用的觸發(fā)器種類。5．確定電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程根據(jù)狀態(tài)轉換表和狀態(tài)轉換圖、分配的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類型，可寫出電路的驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和輸出方程。6．畫出邏輯圖并檢查電路的自啟動能力根據(jù)電路的驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和輸出方程，可畫出電路的邏輯圖。有些同步時序邏輯電路在設計時會出現(xiàn)沒有用到的無效狀態(tài)，通電后，電路可能會陷入這些無效狀態(tài)而不能退出。因此，在設計出電路的邏輯圖后，應檢查電路是否能進入有效狀態(tài)，即是否具有自啟動能力。若電路不能自啟動，可在電路開始工作時通過預置數(shù)將電路的狀態(tài)設置成有效狀態(tài)循環(huán)中的一種，或者修改設計?！緦W生】聆聽、討論、理解結合PPT，講解時序邏輯電路的分類及其含義結合PPT，具體分析時序邏輯電路的分析方法步驟結合具體例題，進行詳細講解分析狀態(tài)轉換全過程的方法結合例題，具體分析電路的狀態(tài)轉換表分析電路的狀態(tài)轉換圖分析電路的時序圖結合電路圖，具體講解時序邏輯電路的設計方法的一般步驟結合電路，分析狀態(tài)分配的一般方法實操練習（35min）【教師】講解和演示基本操作步驟說明數(shù)字電路實驗系統(tǒng)能夠搭建的電路類型及主要性能指標，講解雙JK觸發(fā)器74LS73，六反相器74LS04，四輸入二與門74LS21，二輸入四異或門74LS86的使用注意事項?！窘處煛恐攸c強調(diào)以下問題（1）電路接線完畢后，應認真檢查接線是否正確、牢固。（2）需要注意時序邏輯電路的設計，要廣開思路。（3）萬用表使用中要注意正接反接問題【學生】聆聽、理解、模仿操作操作步驟1.分析時序邏輯電路第一步：按照圖11-3連接同步時序邏輯電路，其中，為兩個下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。（詳見教材）第二步：試分析該電路的邏輯功能。2.設計時序邏輯電路設計一個同步時序邏輯電路，要求實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)檢測功能，具體為：連續(xù)輸入3個或3個以上的1時，輸出為1；其他情況下輸出為0?！窘處煛垦蔡幂o導，及時解決學生遇到的問題演示實驗器材的使用步驟和方法重點強調(diào)實操練習過程中存在的問題，學生認真聆學生嚴格按照操作步驟完成電路的測試教師隨堂指導，學生以小組形式操作，對存在的問題及時咨詢教師課堂小結

（3min）【教師】簡要總結本節(jié)課的要點本節(jié)課主要講解時序邏輯電路的分析方法和設計，結合具體例題進行電路的綜合分析，驗證時序邏輯電路的邏輯功能，同學們要能自行分析和理解，大家課下結合習題認真復習，鞏固所學?！緦W生】總結回顧知識點總結知識點，鞏固學生對時序邏輯電路分析和設計方法的理解作業(yè)布置

（2min）【教師】布置課后作業(yè)請根據(jù)課堂知識，完成項目測評中的解答題2-3，并撰寫實驗報告。預習任務三，觀看任務三的微課并記錄問題?！緦W生】完成課后任務通過課后作業(yè)復習鞏固學到的知識教學反思本次課以電路分析方法和設計的步驟為線索，結合實驗操作，學生主動思考與教師互動，有效提升了教學水平。

課題認識常用時序邏輯功能器件課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）掌握寄存器時序邏輯功能器件的邏輯圖、邏輯功能和工作原理（2）掌握計數(shù)器時序邏輯功能器件的邏輯圖、邏輯功能和工作原理（3）能夠分析和設計簡單的計數(shù)器邏輯電路思政育人目標：（1）鍛煉團隊協(xié)作、認真細致的工作精神’（2）培養(yǎng)在工程實踐中化繁為簡的思路和方法，提高學生的科學思維能力（3）通過實習，鼓勵學生利用自然規(guī)律進行創(chuàng)新改造，提高自主創(chuàng)新能力教學重難點教學重點：寄存器；計數(shù)器教學難點：寄存器；計數(shù)器教學方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、萬用表教學設計→→→→傳授新知（40min）實操練習（30min）→→疑難解答（5min）課堂小結（3min）→作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯(lián)系，讓其提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，完成課前任務結合時序邏輯電路的分析和設計，請大家查找資料，預習常用時序邏輯功能器件的相關知識?！緦W生】完成課前任務通過課前任務，使學生區(qū)了解常用時序邏輯功能器件的相關知識，通過自學加深學生對穩(wěn)壓電路的理解考勤

（2min）【教師】通過文旌課堂APP讓學生簽到【學生】簽到，班干部交假條培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況課前復習

（5min）【教師】引領學生回憶前兩次課教學內(nèi)容，根據(jù)學生反映，檢驗學生掌握情況。帶領學生回顧時序邏輯電路的分析方法步驟和設計步驟，檢驗學生的掌握情況?！緦W生】聆聽、互動、積極回答通過課前復習，檢查學生對所學知識的掌握程度，調(diào)整課程進度，讓學生自行查漏補缺問題導入（3min）【教師】通過實物或PPT圖片講解在汽車電路中，可通過測量車輪的轉速來計算汽車的實際車速?，F(xiàn)有一種方案，將一個圓盤固定在車輪轉軸上，圓盤上有一個小孔，當其轉至合適位置時，燈光恰好通過小孔照射在光電二極管上。因此，圓盤隨車輪旋轉一圈，燈光便照射一次光電二極管，光電二極管便產(chǎn)生一個脈沖電壓。通過檢測光電二極管每秒產(chǎn)生脈沖電壓的個數(shù)，便可得到車輪的轉速。通過脈沖發(fā)生器可得到一個寬度為1s的矩形脈沖。因此可以設計一個帶有計數(shù)器的時序邏輯電路，使電路在這一矩形脈沖的高電平時工作，計數(shù)器記入光電二極管產(chǎn)生的脈沖電壓個數(shù)，經(jīng)過一定的數(shù)值計算便可得到對應的車速，通過連接數(shù)字顯示器便可將計算后的車速顯示出來?！窘處煛刻岢鲆韵聠栴}：計數(shù)器是典型的時序邏輯功能器件，你能說出計數(shù)器的種類及其工作原理嗎？根據(jù)上述描述，你能設計一個十進制計數(shù)器嗎？【學生】討論、舉手回答【教師】通過學生的回答引入要講的知識通過生活中汽車電路中的轉速器引入，激發(fā)學生的好奇心，提升學生用理論分析生活現(xiàn)象的能力傳授新知

（40min）寄存器【教師】通過ppt講解寄存器寄存器：主要用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結果。寄存器組成：由觸發(fā)器組成，一個觸發(fā)器可存放1位二進制數(shù)碼，用n個觸發(fā)器便可組成一個n位二進制寄存器。對于寄存器中的觸發(fā)器，只要求它們具有置1、置0的功能即可，因而無論是電平觸發(fā)的觸發(fā)器，還是邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器，都可以組成寄存器。寄存器的分類：可分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器兩類。1．數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器：用來暫時存放數(shù)碼。4位數(shù)碼寄存器的組成：由4個D觸發(fā)器組成，～為數(shù)據(jù)輸入端，～為數(shù)碼輸出端，時鐘脈沖CP同時加在各個觸發(fā)器的CP端。數(shù)碼寄存器的功能：（1）清0在數(shù)碼寄存器的端加負脈沖，可使各觸發(fā)器清零，即。清零后應接高電平，以允許數(shù)碼寄存。（2）并行數(shù)據(jù)輸入接高電平時，可通過發(fā)出一個存數(shù)正脈沖CP，將要存入的數(shù)據(jù)分別加到數(shù)據(jù)輸入端，在CP脈沖下降沿的作用下數(shù)據(jù)將被并行存入數(shù)碼寄存器。（3）記憶保持接高電平時，若CP無下降沿，則各觸發(fā)器將保持原狀態(tài)不變，寄存器處在記憶保持狀態(tài)。（4）并行輸出當需要取出數(shù)據(jù)時，可發(fā)出一個取數(shù)正脈沖，使4個與門打開，原來存入的4個數(shù)碼將同時并行輸出。2．移位寄存器移位寄存器：除了存放數(shù)碼外，還具有移位的功能。所謂移位，就是寄存器里存儲的代碼能在移位脈沖的作用下向右或向左移一位。移位寄存器廣泛應用于計算機中。4位左移寄存器的組成:由4個D觸發(fā)器組成的。右側觸發(fā)器的Q端依次接至左側相鄰觸發(fā)器的D端。當待移位的數(shù)碼從高位開始依次輸入到端，在移位脈沖CP的作用下數(shù)碼將從～依次向左移動?！窘處煛拷Y合例題，分析寄存與移位的功能若要寄存數(shù)碼1011，設寄存的初始狀態(tài)為0000。第一個待寄存的數(shù)碼為1，即，當?shù)谝粋€移位脈沖作用時，，移位寄存器的狀態(tài)為0001。第二個待存數(shù)碼為0，即，，當?shù)诙€移位脈沖作用時，，，移位寄存器的狀態(tài)為0010。同理，在第三個移位脈沖的作用下，移位寄存器的狀態(tài)為0101。經(jīng)過第四個移位脈沖的作用后，移位寄存器的狀態(tài)為1011，待存數(shù)碼1011便自右向左存入了移位寄存器中?！緦W生】聆聽、理解、記錄左移寄存器的狀態(tài)轉換表：移位脈沖數(shù)寄存器中的數(shù)碼移位過程00000清零10001左移一位20010左移二位30101左移三位41011左移四位并行輸出：從4個觸發(fā)器的Q端直接讀取數(shù)碼的輸出方式。串行輸出：若只能從端取數(shù)碼，就必須再輸入4個移位脈沖，使所存的數(shù)碼從端由高位至低位逐位輸出的輸出方式?！窘處煛客卣褂乙萍拇嫫骱碗p向移位寄存器右移寄存器的工作原理與左移寄存器類似，只是輸入數(shù)碼的順序與上面的相反，即先輸入低位，再逐一輸入高位。將左移寄存器和右移寄存器組合起來，然后引入一組輸入控制端，便可組成雙向移位寄存器?！緦W生】聆聽、理解、記錄計數(shù)器【教師】通過PPT講解計數(shù)器計數(shù)器：一種累積輸入脈沖個數(shù)的時序邏輯電路，它以具有記憶功能的觸發(fā)器作為基本計數(shù)單元。計數(shù)器的分類：按照計數(shù)規(guī)律的不同，可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按照計數(shù)數(shù)制的不同，可分為二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器等。以二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器為例進行介紹。1．二進制計數(shù)器二進制計數(shù)器包括同步二進制計數(shù)器、異步二進制計數(shù)器、集成同步二進制計數(shù)器、集成異步二進制計數(shù)器等類型。（1）同步二進制計數(shù)器將計數(shù)脈沖的輸入端與各觸發(fā)器的CP端相連，在計數(shù)脈沖的觸發(fā)下，所有能翻轉的觸發(fā)器同時動作，這種結構的計數(shù)器稱為同步計數(shù)器。用4個T觸發(fā)器作為基本計數(shù)單元，可組成一個4位同步二進制加法計數(shù)器，其邏輯圖為：觸發(fā)器的驅(qū)動方程為T觸發(fā)器的特性方程得電路的狀態(tài)方程為電路的輸出方程為：電路的狀態(tài)轉換表詳見教材表11-14?！窘處煛繋ьI學生繪制狀態(tài)轉換圖和時序表【學生】主動思考、積極繪制4位同步二進制加法計數(shù)器的狀態(tài)轉換圖為4位同步二進制加法計數(shù)器的時序圖為若計數(shù)脈沖的輸入頻率為，則，，和端輸出脈沖的頻率依次為，，和。這種具有分頻功能的計數(shù)器也稱分頻器。此外，在上述電路中，每輸入16個計數(shù)脈沖，計數(shù)器工作一個循環(huán)，并在輸出端C產(chǎn)生一個進位輸出信號，所以這種計數(shù)器又稱十六進制計數(shù)器。計數(shù)器中能計的最大數(shù)稱為計數(shù)器的容量，n位二進制計數(shù)器的容量等于。（2）異步二進制計數(shù)器4位異步二進制加法計數(shù)器的組成：由4個下降沿JK觸發(fā)器作為基本計數(shù)單元組成。每個觸發(fā)器的J，K端懸空，相當于接高電平，各位觸發(fā)器的清零端受清零信號的控制，每來一個CP脈沖，在其下降沿觸發(fā)器將翻轉一次，并且以低位觸發(fā)器的輸出作為高位觸發(fā)器的CP脈沖。在計數(shù)脈沖輸入前，在端加負脈沖使計數(shù)器清零，當?shù)谝粋€計數(shù)脈沖加到觸發(fā)器的CP端時，在該脈沖的下降沿翻轉得到的波形，而又作為觸發(fā)器的CP脈沖，在的下降沿發(fā)生翻轉，得到波形?？偨Y：每個觸發(fā)器都是每輸入兩個脈沖輸出一個脈沖，即逢二進一。計數(shù)器的時序圖為：（3）集成同步二進制計數(shù)器集成同步二進制計數(shù)器的品種很多，如74LS160，74LS161，74LS162等。以74LS161為例，分析集成4位同步二進制加法計數(shù)器。4位同步二進制加法計數(shù)器的功能表詳見教材表11-15，引腳圖為：第一步：當復位端時，，即實現(xiàn)清零功能。第二步：當，預置控制端，且CP處于上升沿時，，計數(shù)器可實現(xiàn)同步預置數(shù)功能。第三步：當且時，保持不變。第四步：當，且CP處于上升沿時，計數(shù)器開始計數(shù)。（4）集成異步二進制計數(shù)器它由4個T觸發(fā)器作為4個基本計數(shù)單元組成，其中，在T端信號的上升沿有效，～在T端信號的下降沿有效，是清零控制門，用正脈沖清零，是脈沖控制門。當時，，此時，計數(shù)器清零；清零后，使，則各觸發(fā)器可進行計數(shù)。其計數(shù)功能的實現(xiàn)過程為：端的計數(shù)脈沖經(jīng)門反相后，在上升沿（即的下降沿）加給的T端，因此FF0在的每個下降沿翻轉一次，得到狀態(tài)。又為的T端計數(shù)信號，在每個的下降沿翻轉一次，得到狀態(tài)。以此類推，即可完成計數(shù)功能。2．十進制計數(shù)器（1）同步十進制加法計數(shù)器同步十進制加法計數(shù)器結構：由T觸發(fā)器組成，在同步二進制加法計數(shù)器的基礎上略加修改而成的。同步十進制加法計數(shù)器的邏輯圖與同步二進制加法計數(shù)器相比，在第10個脈沖到來時電路的輸出由1001恢復為0000，而不是變?yōu)?010。電路的驅(qū)動方程為電路的狀態(tài)方程為電路的狀態(tài)轉換表詳見教材表11-16。電路的狀態(tài)轉換圖為：（2）異步十進制加法計數(shù)器在4位異步二進制加法計數(shù)器的基礎上進行適當修改，使4位二進制計數(shù)器在計數(shù)過程中跳過從1010到1111這6個狀態(tài)，即可得到異步十進制加法計數(shù)器。典型異步十進制加法計數(shù)器的J，K端懸空相當于接高電平。終為1，即電路工作在T觸發(fā)器的狀態(tài)，工作過程和異步二進制加法計數(shù)器相同。在此期間雖然的輸出脈沖送給了，但每次的下降沿到達時由于，所以一直保持在0狀態(tài)。當?shù)?個計數(shù)脈沖輸入時，由于，所以的下降沿到達后由0變?yōu)?，同時也變?yōu)?狀態(tài)。當?shù)?個技術脈沖到達后，電路狀態(tài)變?yōu)?001。當?shù)?0個計數(shù)脈沖到達后，翻轉為0，同時的下降沿使置0，于是電路從1001返回到0000，而跳過1010～1111這6個狀態(tài)，成為