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摘要:為增強(qiáng)學(xué)生在數(shù)字電路學(xué)習(xí)中對邏輯門的掌握和應(yīng)用,根據(jù)門電路的多樣性、靈活性,采用不同的邏輯門電路可實現(xiàn)相同邏輯功能的特點,模擬防盜報警電路中指示燈閃爍現(xiàn)象,設(shè)計了一款基于或非門實現(xiàn)的防盜報警電路。通過設(shè)計分析,幫助學(xué)生將知識聯(lián)系實際生活,激發(fā)學(xué)生在組合邏輯電路設(shè)計中的想象力和創(chuàng)造力,也為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:或非門;觸發(fā)器;方波發(fā)生器;防盜報警
引言
在數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)中,組合邏輯電路的分析與設(shè)計是必須掌握的基本技能。一般情況下,只要根據(jù)設(shè)計要求,先確定輸入與輸出變量,再列真值表,由真值表列邏輯表達(dá)式,最后將邏輯表達(dá)式化簡為最簡表達(dá)式,即可完成組合邏輯電路設(shè)計。在平時的學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生按照上述設(shè)計步驟,基本上都能夠順利完成組合邏輯電路的設(shè)計。還有一種常見的附加設(shè)計要求就是需要用與非門來實現(xiàn),為此,將最簡表達(dá)式取兩次非,加一步摩根公式的轉(zhuǎn)換即可實現(xiàn)。使用與非門實現(xiàn)的典型教學(xué)例有:數(shù)值比較器、判奇(含1的個數(shù))電路等[1-2]。但這些教學(xué)例,由于沒有應(yīng)用場景,實驗顯得抽象和枯燥,無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,教學(xué)效果欠佳。
1設(shè)計思路
防盜報警電路可以給人以視覺和聽覺上的滿足,它的應(yīng)用也非常的普遍,學(xué)生對防盜報警電路非常感興趣。而現(xiàn)有的防盜報警電路都是基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)來設(shè)計的,作為電子信息專業(yè)剛?cè)腴T的學(xué)生來說,還不具備單片機(jī)知識。為了增強(qiáng)對數(shù)字電路中邏輯電路的學(xué)習(xí)和應(yīng)用,根據(jù)報警電路在報警時燈光閃爍的模擬,利用或非門設(shè)計一款防盜報警電路。從現(xiàn)象出發(fā):終端設(shè)備指示燈的閃爍表示報警發(fā)生,采用一個LED燈實現(xiàn)。燈的閃爍可以設(shè)計為方波的接入,若方波接入LED的陽極,則高電平時燈亮,低電平時燈滅;若方波接入LED的陰極,則低電平時燈亮,高電平時燈滅。從報警原因出發(fā):當(dāng)發(fā)生入戶盜竊等異常情況時,電路被觸發(fā),驅(qū)動方波發(fā)生器輸出方波信號,LED燈閃爍;反之,方波發(fā)生器不工作,LED燈滅。方波發(fā)生器的驅(qū)動電路,可以有很多,比如可以使用可控硅、三極管開關(guān)電路。但圍繞著數(shù)字電路的或非門展開,本電路設(shè)計可以在方波發(fā)生器前面設(shè)置一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,輸出兩個穩(wěn)定狀態(tài)0和1。其中一個狀態(tài),即非法入侵報警狀態(tài)令方波發(fā)生器開始工作,輸出方波;否則方波發(fā)生器不工作,輸出保持不變。根據(jù)設(shè)計思路,將電路的組成部分分為三部分,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2電路工作原理
(1)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器是打開報警電路的關(guān)鍵電路。常用的觸發(fā)器電路是由兩個或非門交叉組合構(gòu)成。根據(jù)或非門的工作原理,設(shè)計如圖2所示,由或非門U1和U2組成一個高電平觸發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只有輸入信號有效時,輸出狀態(tài)才發(fā)生轉(zhuǎn)換。以U1輸入端R為例,當(dāng)R=1時,根據(jù)或門有1出1的規(guī)則,然后再取非,得到輸出Q為0。(2)方波發(fā)生器常見的方波產(chǎn)生電路采用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路實現(xiàn),它一般是為時序邏輯電路提供CP信號的。這里我們參考反相器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器,用或非門實現(xiàn),如圖3所示,當(dāng)前端送來的控制電壓Vc為高電平時,或非門U3輸出低電平,或非門U4輸出高電平,U3和U4組成的方波發(fā)生器停止振蕩;反之,當(dāng)控制電壓Vc為低電平時,其放開對方波發(fā)生器的控制,U3和U4組成的方波發(fā)生器開始振蕩,它在0狀態(tài)停留一段時間后將自動轉(zhuǎn)入1狀態(tài),在1狀態(tài)停留一段時間后又自動轉(zhuǎn)入0狀態(tài),如此反復(fù),輸出方波。(3)驅(qū)動電路在輸出部分采用發(fā)光二極管LED來作為報警電路的報警顯示。而LED的驅(qū)動電流不能太小,否則亮度不夠,無法正確識別??稍诜讲òl(fā)生器與負(fù)載LED之間,加入兩個或非門并聯(lián),其作用是起到波形整形和增強(qiáng)負(fù)載LED的驅(qū)動電流。
3全電路的仿真與實現(xiàn)
全電路的原理圖如圖4所示。在觸發(fā)器的前端設(shè)置信號源電路,其中開關(guān)L用于模擬安裝于門窗間的防盜裝置,當(dāng)發(fā)生盜竊異常狀態(tài)下門窗被打開,用開關(guān)L打開表示。開關(guān)L閉合屬于正常狀態(tài)下:當(dāng)接通電源時,+5V電源對電容C1充電,使電阻R2的上端獲得短暫高電平,使或非門U2輸出低電平,或非門U1輸出高電平?;蚍情TU1所輸出的高電平送至或非門U3的一個輸入端,使或非門U3輸出低電平,或非門U4輸高電平,或非門U3和U4組成的方波發(fā)生器停止振蕩。方波發(fā)生器停止振蕩時,或非門U5和U6輸出低電平,用于模擬報警的LED燈不亮,表示當(dāng)前為正常狀態(tài)。非正常狀態(tài)下:若有外人從窗戶入侵,開關(guān)L被打開,或非門U1的輸入端獲得高電平,或非門U1輸出低電平;或非門U1所輸出的低電平,傳送至或非門U3的一個輸入端,相當(dāng)于放開對或非門U3的控制?;蚍情TU3和U4、電阻R3和電容C2組成的方波振蕩器開始振蕩,或非門U3輸出高電平,或非門U4輸出低電平,電容C2放電;又通過R3反饋高電平至U3,隨后U3輸出低電平,U4輸出高電平,電容C2充電。如此反復(fù),方波發(fā)生器振蕩,輸出方波,LED燈閃爍。4結(jié)束語在數(shù)字電路中,由于邏輯門電路的狀態(tài)只有兩種,所以相同的邏輯功能可以用不同的邏輯門來實現(xiàn)。比如JK觸發(fā)器就可以通過不同的連接方式實現(xiàn)D觸發(fā)器、T觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換;還有與非門向非門、或非門向非門的轉(zhuǎn)換等。課內(nèi)可以通過仿真平臺完成幾種不同門電路實現(xiàn)相同邏輯功能的電路對比,可以增強(qiáng)學(xué)生對邏輯電路知識的掌握,激發(fā)學(xué)生對數(shù)字電路知識的學(xué)習(xí)興趣和想象力,并對電路的設(shè)計與創(chuàng)新充滿了探索與求知欲。通過用或非門來實現(xiàn)防盜報警電路,為組合邏輯電路的設(shè)計提供一個方向。學(xué)生只要對邏輯門電路本身的運(yùn)算規(guī)則掌握后,就可以通過簡單的電路變換,實現(xiàn)想要的電路效果。這樣的技巧簡單易懂,又可靈活多變,實驗結(jié)果可借助仿真平臺或面包板實現(xiàn)。其次,為了讓學(xué)生對自己所學(xué)專業(yè)產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,我們教師可以聯(lián)系生活實際為學(xué)生舉例,鼓勵學(xué)生對電子電路進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計,提高自身的動手能力和創(chuàng)新意識[3]。最后,教師的引導(dǎo)和鼓勵,是學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為實踐的一種催化劑,從而確保課堂教學(xué)的有效性。
參考文獻(xiàn)
[1]王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(第三版)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書[M].高等教育出版社,2018.
[2]孫津平.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2017.
[3]周立豐.如何提高中職電工電子實訓(xùn)教學(xué)的有效性[J].科學(xué)咨詢(科技.管理),2020(02):127-128.
作者:幸敏 陸世鵬 單位:廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院