3.4數(shù)字集成電路及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)-高中通用技術(shù)粵科版選擇性必修1電子控制技術(shù)

普通高中教科書《通用技術(shù)》選擇性必修1電子控制技術(shù)第三章模擬電路與數(shù)字電路第四節(jié)數(shù)字集成電路及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景黨的二十大報(bào)告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”。通用技術(shù)是一門與科學(xué)技術(shù)息息相關(guān)的學(xué)科?；仡櫲祟惖陌l(fā)展歷程，從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、蒸汽機(jī)時(shí)代直到當(dāng)今的信息時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步改變著人類的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術(shù)，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術(shù)改造的結(jié)果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機(jī)也是技術(shù)發(fā)明的成果。認(rèn)識(shí)技術(shù)、善用技術(shù)，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質(zhì)。教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)與技能目標(biāo):1.舉例說(shuō)明晶體三極管的開關(guān)特性及其在數(shù)字電路中的應(yīng)用。2.了解常見的數(shù)字集成電路的類型。3.能用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路。教學(xué)內(nèi)容分析:本章以電子控制系統(tǒng)的基本組成部分為主線，介紹常用電子元器件及晶體管、模擬電路和數(shù)字電路、傳感器與繼電器。當(dāng)你通過(guò)播放器欣賞優(yōu)美的音樂時(shí)，當(dāng)你通過(guò)計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)世界暢游時(shí)，你是否意識(shí)到，你正在享受數(shù)字技術(shù)給我們帶來(lái)的各種便利。如此神奇的數(shù)字技術(shù)，你想了解它嗎？通過(guò)本章學(xué)習(xí)，你將學(xué)到有關(guān)數(shù)字技術(shù)的基本知識(shí)。學(xué)情分析:作為高中生，對(duì)生活中的技術(shù)產(chǎn)品，依據(jù)已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)有了一定的評(píng)價(jià)意識(shí)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生也已經(jīng)理解了技術(shù)，只是對(duì)這些技術(shù)的理解和運(yùn)用是感性的、不全面的。教學(xué)重難點(diǎn):了解常見的數(shù)字集成電路的類型。能用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路。教學(xué)策略:本節(jié)課教學(xué)主要由教師通過(guò)實(shí)物和多媒體手段設(shè)置學(xué)習(xí)情境，并加以引導(dǎo)，讓學(xué)生在過(guò)程中自主探究、自主建構(gòu)設(shè)計(jì)原則知識(shí)并形成能力。以為主線案例，其他實(shí)物和圖片為輔線案例，貫穿教學(xué)始終。教學(xué)準(zhǔn)備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學(xué)過(guò)程:情景倒入:老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)《通用技術(shù)》選修1第三章模擬電路與數(shù)字電路第四節(jié)數(shù)字集成電路及其應(yīng)用。一、晶體三極管的開關(guān)特性在圖338（a）（參見教材P45）中，把開關(guān)S的開、關(guān)狀態(tài)看作輸入信號(hào)，把電壓U0的有無(wú)看作輸出信號(hào)，這種輸入、輸出的關(guān)系可用圖338（b）（參見教材P45）表示。用“0”表示開關(guān)斷開，用“1”表示開關(guān)閉合。輸出電壓的有無(wú)也分別用“1”和“0”表示，得到圖338（c）（參見教材P45）所示的真值表。機(jī)械開關(guān)的體積大、開關(guān)速度慢，因此在實(shí)際的電路中，很少用一個(gè)機(jī)械開關(guān)來(lái)產(chǎn)生“0”和“1”。圖339（參見教材P45）是用一個(gè)晶體三極管組成的非門電路。若S接B，Ui為低電平“0”，則晶體三極管截止，集電極輸出為高電平“1”；若Ui為高電平“1”（S接A），晶體三極管導(dǎo)通，集電極輸出為低電平“0”。表36為這個(gè)電路的真值表。表36電路真值表U1U01001討論圖338（c）（參見教材P45）與表36的邏輯關(guān)系有何不同？如何用晶體三極管實(shí)現(xiàn)與圖339（參見教材P45）邏輯功能相同的電路？晶體三極管是組成各種數(shù)字電路最基本的器件，現(xiàn)在可以在一個(gè)芯片上集成多達(dá)109個(gè)晶體三極管。由這些晶體三極管組成的電路，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能。根據(jù)采用不同類型的晶體管，數(shù)字集成電路主要有TTLtransistortransistorlogic）與CMOS（plementarymetaloxidesemiconductor）兩種類型。CMOS電路容易制成集成度很高的芯片，而且功率損耗也比TTL電路小，所以目前大部分集成電路都是采用CMOS工藝制造的。但CMOS也有它的缺點(diǎn)，與TTL相比，CMOS的工作速度較慢。兩種類型的集成電路的結(jié)構(gòu)和電氣性能有較大差異，在使用時(shí)要對(duì)它們的特性有所了解。二、數(shù)字集成電路的應(yīng)用集成電路使用的注意事項(xiàng)：（1）使用時(shí)電源電壓不要超過(guò)規(guī)定的最大電壓，特別要注意電源極性，不能接反。（2）焊接每個(gè)引腳時(shí)，焊接時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)（最好＜10s）。（3）引腳序號(hào)不能搞錯(cuò)。（4）TTL型與CMOS型集成電路混合使用時(shí)，應(yīng)注意兩種電路邏輯電平的匹配。設(shè)計(jì)與實(shí)踐兩人搶答器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求在很多智力競(jìng)賽中，都有搶答的項(xiàng)目（圖341）（參見教材P47）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)兩人搶答器，具體要求如下：1．每人一個(gè)按鍵，按下為高電平，不按為低電平。2．電路有兩個(gè)指示燈，每人對(duì)應(yīng)一個(gè)。3．最先按下者對(duì)應(yīng)的燈亮，此后，另外一人即使按下，對(duì)應(yīng)的燈也不亮。參考電路圖342是根據(jù)題目要求給出的一個(gè)參考電路。圖中與門電路可用CT74LS08，非門電路可用CT74LS04。設(shè)計(jì)的優(yōu)化1．圖342（參見教材P47）的電路雖然可以實(shí)現(xiàn)誰(shuí)先按，誰(shuí)的燈先亮，但先按者的手一放開，其燈就會(huì)滅。能不能設(shè)計(jì)一個(gè)只要誰(shuí)先按下，不管按后放不放手，其燈都一直亮著，而其他人即使再按開關(guān)燈也不亮的電路呢？解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵，就是要電路能夠“記住”剛才的狀態(tài)。數(shù)字電路中能夠記憶電路狀態(tài)的電路是觸發(fā)器。圖343（參見教材P47）是使用D觸發(fā)器。完成上述要求的參考電路。D觸發(fā)器可選用CT74LS74（內(nèi)有兩個(gè)D觸發(fā)器）。2．在兩人搶答器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作一個(gè)四人搶答器。幾種常用的集成邏輯門引腳如圖344（參見教材P48）所示。我們?cè)谄渌Y料中還可能看到另外一種門電路的符號(hào)，它們與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表38。參與調(diào)查調(diào)查主題——未來(lái)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用調(diào)查項(xiàng)目圍繞主題，選擇下列一項(xiàng)開展調(diào)查活動(dòng)：1．?dāng)?shù)字技術(shù)在生活中的應(yīng)用。2．?dāng)?shù)字技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國(guó)防上的應(yīng)用。3．?dāng)?shù)字集成電路的發(fā)展。組織與分工每3～5人一組，自由組合。各小組要對(duì)任務(wù)進(jìn)行具體分析，并依據(jù)各成員的特長(zhǎng)進(jìn)行適當(dāng)分工。此外，要對(duì)活動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，在時(shí)間和人員方面做出具體的安排等。調(diào)查方案制作調(diào)查方案，調(diào)查可以采用走訪、查閱資料、上網(wǎng)查閱等形式進(jìn)行。1．上網(wǎng)調(diào)查。選擇網(wǎng)站時(shí)，要結(jié)合“數(shù)字技術(shù)、集成電路”等關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索。2．查閱圖書資料。以上網(wǎng)調(diào)查獲得的信息為線索，查閱相關(guān)圖書資料，獲取集成電路的詳盡信息。交流與評(píng)價(jià)寫出調(diào)查報(bào)告，重點(diǎn)陳述數(shù)字技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，并分組交流、評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上對(duì)調(diào)查報(bào)告做進(jìn)一步的修改，形成最終的調(diào)查報(bào)告。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)方式自評(píng)互評(píng)師評(píng)能測(cè)量電子控制裝置中的信號(hào)，了解模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的特性知道數(shù)字信號(hào)中“1”和“0”的含義能闡述模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，了解信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的原理知道簡(jiǎn)單的晶體三極管共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理，掌握晶體三極管在模擬電路中的運(yùn)用能闡述基本邏輯門的邏輯關(guān)系會(huì)分析簡(jiǎn)單的組合邏輯電路，填寫真值表，畫出波形圖，能使用軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真試驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明晶體三極管的開關(guān)特性及其在數(shù)字電路中的應(yīng)用；了解常見的數(shù)字集成電路的類型，用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路說(shuō)明：A—優(yōu)秀，B—良好，C—合格，D—待改進(jìn)通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，你的核心素養(yǎng)得到了哪些發(fā)展？課后作業(yè)習(xí)題1．自己動(dòng)手嘗試進(jìn)行解釋數(shù)字集成電路及其應(yīng)用。2..尋找更多相關(guān)資料，了解并嘗試數(shù)字集成電路及其應(yīng)用。板書設(shè)計(jì)第四節(jié)數(shù)字