第十五章 数字电路的应用

数字电路的应用目前，数字电路的应用已极为广泛。

在数字通信系统中，在图像及电视信号处理中，都可以用若干个0和1编制成各种代码，分别代表不同的信息含义；在自动掌握中，可以利用数字电路的规律功能，设计出各种各样的数字掌握装置；在测量仪表中，可以利用数字电路对测量信号进行处理，并将测试结果用十进制数码显示出来；尤其在数字电子计算机中，可以利用数字电路实现各种功能的数字信息的处理。

数字电子计算机已渗透到国民经济和人民生活的一切领域，并已带来了很多方面根本性能的变革。

必需指出，数字电路只能对数字信号进行处理，它的输入和输出均为数字信号，而大量的物理量几乎都是模拟信号。

因此，首先必需将模拟信号转换成为数字信号，才可送给数字电路进行处理，而且还要把数字结果再转换成模拟信号。

完成将模拟信号转换成相应数字信号的电路称为模／数转换电路；完成将数字信号转换成相应模拟信号的电路称为数／模转换电路。

应当说明的是，随着中、大规模集成电路的飞速进展，成本不断降低，大量使用通用中、大规模功能块已势在必行。

因此，规律设计方法在不断进展。

此外，数字电路的概念也在发生变化，例如，在单片计算机中，已将元器件制造技术、电路设计技术、系统构成技术等融为一体，元器件、电路、系统的概念已趋于模糊了。

数字电路和设备随着新技术的进展也在不断变化，类型层出不穷，所以数字技术是一门进展很快的学科。

本书仅介绍数字电路与数字电子技术的基础。

数字电路与数字电子技术是一门实践性很强的技术基础课，除要把握基本原理、基本方法以外，更重要的是敏捷运用。

因此，在学习中要完成肯定数量的习题和配有肯定的试验。

只有这样，才能把握本课程基本内容、把握分析问题的基本方法，培育敏捷地解决实际问题的力量。

数字电路的应用与原理1. 引言•数字电路是现代电子技术中的重要组成部分，用于处理和传输数字信号。

2. 数字电路的基本原理•数字电路是由数字逻辑门组成的电路，其中逻辑门通过逻辑运算实现对数字信号的处理和操作。

3. 数字电路的分类•组合逻辑电路：只通过输入信号的组合进行输出计算和操作的电路。

•时序逻辑电路：除了输入信号的组合外，还考虑了时序元件的状态和时钟的作用。

4. 数字电路的应用领域•计算机系统：数字电路在计算机的中央处理器、内存和输入输出设备中有广泛应用。

•通信系统：数字电路用于数字信号的编码、解码和传输。

•控制系统：数字电路用于实现自动控制和逻辑控制。

5. 数字电路的设计原则•可靠性：电路设计应确保电路的可靠性，以避免故障和损坏。

•灵活性：电路应具有一定的灵活性，以适应不同的输入和输出要求。

•高性能：电路应具有高速和高效率的特性，以满足实时处理和大数据量的需求。

6. 数字电路的设计过程1.确定需求：明确电路的功能和输入输出要求。

2.逻辑设计：使用逻辑门和逻辑运算符设计电路的逻辑功能。

3.电路优化：对逻辑电路进行优化，以提高性能和降低成本。

4.电路布局：将电路组件进行布局，并进行电路的连线。

5.仿真验证：通过仿真验证设计的电路是否满足要求。

6.物理实现：将电路设计转换为电路板或芯片的物理实现。

7.测试调试：对物理实现的电路进行测试和调试，以确保其正常工作。

7. 数字电路的发展趋势•集成化：数字电路的集成度越来越高，以满足小型化和高性能的需求。

•高速化：数字电路的工作频率不断提高，以实现更快的数据处理和传输速度。

•低功耗：数字电路的功耗不断降低，以减少能源消耗和热量产生。

8. 结论•数字电路在现代电子技术中扮演着重要角色，广泛应用于计算机系统、通信系统和控制系统等领域。

•了解数字电路的基本原理、应用和设计过程，对于电子工程师和电子科技爱好者具有重要意义。

《数字电子技术》电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述介绍数字电路的定义、特点和应用解释数字电路与模拟电路的区别1.2 数字逻辑基础介绍数字逻辑的基本概念和术语解释逻辑门、逻辑函数和逻辑代数1.3 布尔代数介绍布尔代数的定义和基本运算法则解释布尔代数在数字电路中的应用第二章：逻辑门和逻辑函数2.1 逻辑门介绍常见的逻辑门及其真值表和逻辑功能解释逻辑门的实现方式和电路图2.2 逻辑函数介绍逻辑函数的定义和表示方法解释逻辑函数的性质和简化方法2.3 逻辑函数的优化介绍逻辑函数优化的目的和方法解释卡诺图和最小化方法第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路概述介绍组合逻辑电路的定义和特点解释组合逻辑电路的实现方式3.2 常见的组合逻辑电路介绍编码器、译码器、多路选择器和算术逻辑单元等常见组合逻辑电路解释它们的电路图和功能3.3 组合逻辑电路的设计方法介绍组合逻辑电路的设计方法和步骤解释组合逻辑电路的设计实例第四章：时序逻辑电路4.1 时序逻辑电路概述介绍时序逻辑电路的定义和特点解释时序逻辑电路的实现方式4.2 常见的时序逻辑电路介绍触发器、计数器和寄存器等常见时序逻辑电路解释它们的电路图和功能4.3 时序逻辑电路的设计方法介绍时序逻辑电路的设计方法和步骤解释时序逻辑电路的设计实例第五章：数字电路的设计与仿真5.1 数字电路设计流程介绍数字电路设计的基本流程和步骤解释设计过程中各个阶段的任务和目标5.2 数字电路仿真介绍数字电路仿真的概念和作用解释仿真工具的使用方法和仿真过程5.3 数字电路设计实例提供一个数字电路设计实例，包括设计要求和实现过程解释设计实例中使用的技术和方法第六章：数字电路仿真软件介绍6.1 常见数字电路仿真软件介绍Multisim、Proteus、Altium Designer等常见数字电路仿真软件的特点和应用领域解释这些软件的功能和操作界面6.2 仿真软件的基本操作介绍数字电路仿真软件的基本操作，包括电路图的绘制、元件的选取和连接、测试点设置等解释这些操作的具体步骤和注意事项6.3 仿真实验设计与实践提供一个数字电路仿真实验的设计实例，包括实验目的、电路图设计和仿真步骤解释实验过程中需要注意的问题和解决方法第七章：数字电路测试与维护7.1 数字电路测试概述介绍数字电路测试的目的和重要性解释数字电路测试的基本方法和分类7.2 数字电路测试方法介绍静态测试和动态测试两种数字电路测试方法解释这两种测试方法的具体步骤和应用场景7.3 数字电路维护与故障排除介绍数字电路维护的基本内容和注意事项解释故障排除的步骤和方法第八章：数字电路在实际应用中的案例分析8.1 数字电路在通信领域的应用分析数字电路在电话交换系统、无线通信系统等通信领域的应用实例解释这些应用实例中数字电路的作用和重要性8.2 数字电路在计算机领域的应用分析数字电路在计算机处理器、存储器等关键部件中的应用实例解释这些应用实例中数字电路的设计原理和性能要求8.3 数字电路在其他领域的应用分析数字电路在医疗设备、工业控制等领域的应用实例解释这些应用实例中数字电路的功能和优势第九章：数字电路技术的发展趋势9.1 集成电路技术的发展介绍集成电路技术的起源和发展历程解释集成电路技术对数字电路发展的影响9.2 数字电路设计方法的创新介绍数字电路设计方法的创新，包括硬件描述语言、可编程逻辑器件等解释这些创新方法在数字电路设计中的应用和优势9.3 未来数字电路技术的发展方向探讨未来数字电路技术的发展趋势和潜在应用领域分析未来数字电路技术可能面临的挑战和机遇第十章：数字电路实验与实践10.1 数字电路实验概述介绍数字电路实验的目的和重要性解释数字电路实验的基本步骤和注意事项10.2 实验项目设计与实践提供一系列数字电路实验项目，包括实验目的、电路图设计和实验步骤解释实验过程中需要注意的问题和解决方法解释实验报告的评价方法和改进建议第十一章：数字电路与系统的可靠性分析11.1 可靠性基本概念介绍可靠性的定义和衡量指标，如失效率、平均失效间隔时间(MTBF)等解释可靠性在数字电路设计中的重要性11.2 数字电路可靠性分析分析影响数字电路可靠性的因素，如元件特性、电路结构、环境条件等解释如何通过设计提高数字电路的可靠性11.3 系统级可靠性分析介绍系统级可靠性分析的概念和方法解释冗余设计、容错技术等提高系统级可靠性的策略第十二章：数字电路的抗干扰设计12.1 干扰源和干扰类型介绍数字电路中常见的干扰源和干扰类型，如电磁干扰(EMI)、射频干扰(RFI)等解释干扰对数字电路性能的影响12.2 抗干扰设计原则介绍抗干扰设计的原则和措施，如屏蔽、接地、滤波等解释如何在数字电路设计中实施这些抗干扰措施12.3 数字电路的抗干扰实例提供数字电路抗干扰设计的实例，包括实际电路图和设计思路解释实例中采用的抗干扰技术和方法第十三章：数字电路的绿色设计与环保13.1 绿色设计的概念介绍绿色设计的定义和重要性解释绿色设计在数字电路领域的应用意义13.2 绿色设计原则与技术介绍绿色设计的原则和关键技术，如低功耗设计、可回收材料使用等解释如何在数字电路设计中实现绿色设计的目标13.3 数字电路的环保影响评估介绍评估数字电路环保影响的方法和指标解释如何通过环境影响评估来优化数字电路的绿色设计第十四章：数字电路技术的标准与规范14.1 数字电路技术标准概述介绍数字电路技术标准的重要性和作用解释常见数字电路技术标准的内容和应用领域14.2 标准化设计与兼容性讨论标准化设计对数字电路技术发展的影响解释标准化设计与兼容性在数字电路中的应用和实践14.3 遵守标准和规范的设计实践提供一个遵循标准和规范的数字电路设计实例解释设计过程中如何遵守相关标准和规范的重要性第十五章：数字电路技术的未来挑战与机遇15.1 技术发展带来的挑战分析数字电路技术发展中面临的挑战，如功耗、性能、安全性等解释这些挑战对数字电路技术的未来影响15.2 新兴技术带来的机遇介绍新兴技术如物联网、等对数字电路技术的推动作用解释这些新兴技术为数字电路技术发展带来的机遇15.3 面向未来的设计理念探讨面向未来的数字电路设计理念，如可持续性、智能化等分析这些设计理念如何指导数字电路技术的未来发展重点和难点解析本文档详细地介绍了《数字电子技术》电子教案，内容涵盖了数字电路的基础知识、逻辑门和逻辑函数、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字电路的设计与仿真、数字电路的测试与维护、数字电路在实际应用中的案例分析、数字电路技术的发展趋势、数字电路实验与实践等十五个章节。

第四节 电流的测量学习目标：(1)知道电流有强弱,如何表示电流的强弱 (2)会连接电流表，会读电流表的读数 (3)了解电流的单位及单位换算(4)过灯泡的明暗程度，间接地分析电路中电流的强弱 知识点一：电流的强弱1、电流：表示电流强弱的强弱；用字母I 表示.2、电流的单位为安培，简称安。

用符号“A ”表示3、比安培小的还有毫安（mA)、微安（μA)。

它们之间的换算关系是A −→−310 mA −→−310μA4、（1）家用空调、电热水器、微波炉电炉的电流大约为几安；（2）电冰箱的的启动电流大约为1A;（3）电视机、电灯、电风扇等的电流大约为零点几安。

（4）电子计算器、电子手表的电流约为150微安。

例题讲解例1、下列用电器正常工作的电流最大的是（ ）A 、电子计算器B 、农村常用抽水机C 、家庭用节能灯D 、21英寸彩色照明灯解析：电子计算器的工作电流约为100μA ；抽水机电动机的工作电流一般可达30A ；21英寸彩电的工 作电流约为0.4A ；而家庭用照明节能灯的工作电流一般在0.1A 左右。

答案：B例2、计算器中电源的电流约为100μA ，合 A ；通过家用空调的电流约为5A ，合 mA 。

解析：100μA ＝100×10—6A ＝1×10—4A ； 5A ＝5×10-3mA 答案：1×10—4A ； 5×10-3 mA跟踪练习：1、下列用电器中，工作电流为0.1mA 的可能是（ ）A 、半导体收音机B 、60W 的普通照明电灯C 、家用电冰箱D 、液晶显示的电子计算器 2、（2012 四川）“0.15A ”最可能是下列哪个用电器工作时的电流（ ） A 、家用电冰箱 B 、家用空调器 C 、普通计算器 D 、普通白炽灯答案：1、D 2、解析：（1）半导体收音机的电流约为0.5A ；60W 电灯的电流约为0.3A ；家用电冰箱 的电流约为1A ；正确答案为D （2）家用电冰箱和家用空调器的电流大于0.15A ；普通计算器的电 流远小于0.15A ，正确答案应为D知识点二：电流的测量电流表1、测电路中的电流；电路符号为2、种类：学生用电流表、教学用电流表、灵敏电流计。

3路抢答器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解3路抢答器的电路原理，掌握基本电子元件的功能和使用方法。

2. 学生掌握数字电路的基本知识，了解抢答器中计数器、锁存器等元器件的工作原理。

3. 学生了解抢答器的应用场景，掌握相关电子产品的设计规范。

技能目标：1. 学生能够独立完成3路抢答器的电路搭建，具备实际操作能力。

2. 学生能够分析并解决抢答器电路中可能出现的问题，具备一定的故障排查能力。

3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电子电路，培养创新能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过动手实践，培养对电子技术的兴趣和热情，提高学习积极性。

2. 学生在团队协作中，学会相互尊重、沟通和合作，培养团队精神。

3. 学生了解电子产品在现实生活中的应用，认识到科技对社会发展的作用，增强社会责任感。

课程性质：本课程属于电子技术实践课程，以项目式教学为主，注重培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：本课程面向初中生，学生对电子技术有一定的基础知识，好奇心强，喜欢动手实践。

教学要求：教师需引导学生掌握基本电路原理，关注学生实践操作过程，及时解答学生疑问，鼓励学生创新思维，提高学生的综合素养。

通过课程目标的分解，使学生在实践中达成具体学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容本节教学内容依据课程目标，结合教材第十五章“数字电路及其应用”展开，主要包括以下三个方面：1. 数字电路基础知识：回顾并巩固与非门、或非门、非门等基本逻辑门电路原理，使学生掌握数字电路的基本概念。

2. 3路抢答器电路原理及搭建：- 讲解3路抢答器的电路原理，包括按键输入、锁存器、计数器等部分的功能和作用。

- 分析教材中提供的3路抢答器电路图，使学生了解电路的连接方法。

- 引导学生动手搭建3路抢答器电路，熟悉各元器件的安装和使用。

3. 故障排查与产品优化：- 指导学生进行电路测试，分析可能出现的故障原因，培养学生解决问题的能力。

- 讨论如何优化抢答器设计，提高产品性能，激发学生的创新思维。

第一章 直流电路 复习与考工模拟参考答案一、填空题1．12 V 、24 V 、36 V 2．5 W 3．2.178×108 J 4．并联 5．12 K Ω 二、选择题 1．D2．A3．D4．D5．C三、判断题1．× 2．× 3．× 4．√ 5．√ 四、分析与计算题1．0.01 A ；10 mA ；1.0×104 μA 2．（1）A 115（或0.45 A ）（2）5.6 KW •h （3）2.8元第二章 电容与电感 复习与考工模拟参考答案一、填空题 1．106；1012 2．耐压3．储能；磁场；电场 4．103；1065．电阻（或欧姆） 二、选择题 1．D2．A3．C4．B5．A三、判断题1．√2．×3．×4．√5．√四、简答题略第三章磁场及电磁感应复习与考工模拟参考答案一、填空题1．安培定则（或右手螺旋定则）2．安培；BIlF=3．软磁物质；硬磁物质；矩磁物质4．电磁感应现象5．楞次二、选择题1．B 2．A 3．C 4．A 5．B三、判断题1．√2．√3．√4．×5．×四、分析与作图题1．略2．电流方向：BADCB第四章单相正弦交流电复习与考工模拟参考答案一、填空题1．振幅（最大值或有效值）；频率（周期或角频率）；初相2．V220（或311 V）；s2.0；rad/s)02（或314πrad/s1003．有效值4．电压与电流同频同相；电压超前电流900；电流超前电压9005．正比；反比6．在电感性负载两端并联一容量适当的电容器二、选择题1．B 2．B 3．B 4．D 5．C三、判断题1．×2．√3．×4．×5．√ 6. ×7. ×四、分析与计算题1．最大值：10 A；有效值：A5；周期：0.2 s；频率：5 Hz；初相：150022．440 W3．（1）R＝6Ω；L＝25.5 mH （2）0.6第五章三相正弦交流电复习与考工模拟参考答案一、填空题1．线电压；相电压；相电压；线电压2．220 V；380 V3．3；等于4．使不对称负载获得对称的相电压5．3；等于二、选择题1．D2．C3．A4．B5． A三、判断题1．√2．√3．√4．√5．×四、分析与作图题1．星形和三角形两种；画图略2．星形联结承受220V相电压；三角形联结时则承受380V线电压。

《电工电子技术与技能》教案第一章：电工电子技术基础1.1 电流、电压和电阻的概念1.2 欧姆定律的应用1.3 电路的基本元件1.4 电路的基本连接方式1.5 电路的基本测量工具及使用方法第二章：直流电路分析2.1 直流电路的基本概念2.2 电压源和电流源的等效变换2.3 基尔霍夫定律的应用2.4 电路的简化方法2.5 电路的故障检测与排除第三章：交流电路分析3.1 交流电路的基本概念3.2 交流电的相位和频率3.3 交流电路的电阻、电抗和容抗3.4 交流电路的功率计算3.5 交流电路的谐振现象第四章：电子元器件4.1 电阻、电容和电感的作用及应用4.2 半导体器件的二极管和三极管4.3 晶体管放大电路的基本原理4.4 场效应晶体管和功率晶体管4.5 集成电路的基本概念与应用第五章：基本放大电路5.1 放大电路的基本原理5.2 放大电路的分类及特点5.3 放大电路的设计与调试5.4 放大电路的应用实例5.5 放大电路的故障检测与排除第六章：电源和稳压电路6.1 电源的分类及工作原理6.2 稳压电源的设计与应用6.3 电源滤波电路的作用与设计6.4 电源保护电路的设计与实现6.5 电源电路的故障检测与排除第七章：电动机及其控制7.1 电动机的分类和工作原理7.2 电动机的启动和制动方法7.3 电动机的保护与维修7.4 常用电动机控制电路的设计与实现7.5 电动机控制电路的故障检测与排除第八章：继电接触器控制系统8.1 继电器和接触器的原理与结构8.2 继电器和接触器控制系统的设计与实现8.3 常用继电器和接触器控制电路的应用实例8.4 继电器和接触器控制系统的故障检测与排除8.5 继电器和接触器控制系统的优化与改进第九章：数字电路基础9.1 数字电路的基本概念9.2 逻辑门电路的设计与实现9.3 逻辑电路的设计与分析9.4 数字电路的仿真与实验9.5 数字电路在电工电子技术中的应用第十章：数字电路应用实例10.1 数字电路在通信技术中的应用10.2 数字电路在计算机技术中的应用10.3 数字电路在测量技术中的应用10.4 数字电路在自动控制系统中的应用10.5 数字电路应用实例的故障检测与排除第十一章：传感器与信号处理11.1 传感器的分类与工作原理11.2 传感器的选用与安装11.3 信号处理电路的设计与实现11.4 信号调理电路的应用实例11.5 传感器与信号处理电路的故障检测与排除第十二章：电气控制与PLC编程12.1 电气控制系统的基本组成与原理12.2 继电器控制系统的设计与实现12.3 可编程逻辑控制器（PLC）的基本原理与应用12.4 PLC编程软件的使用与编程实践12.5 电气控制与PLC编程的故障检测与排除第十三章：变频器与调速控制13.1 变频器的工作原理与选用13.2 变频器控制电路的设计与实现13.3 电动机的变频调速技术13.4 变频器在工业应用中的案例分析13.5 变频器与调速控制系统的故障检测与排除第十四章：电力电子技术14.1 电力电子器件的原理与应用14.2 电力电子变换器的设计与实现14.3 电力电子技术在电力系统中的应用14.4 电力电子设备的故障与保护14.5 电力电子技术的未来发展趋势第十五章：电工电子项目的实践与创新15.1 电工电子项目的设计与实施流程15.2 项目实践中的安全注意事项15.3 创新性项目的选题与设计思路15.5 项目实践与创新的经验分享重点和难点解析第一章：电工电子技术基础重点：电流、电压和电阻的概念，欧姆定律的应用，电路的基本元件和基本连接方式。

第十五章第一节 电功 2011-12-19【教学目标】1．知道电能表是测量电路中消耗电能多少的仪表．2．理解电流做功的实质是电能转化为其他形式的能量的过程，电流做了多少功，就消耗了多少电能，从而加深对功能关系的理解．【教学重难点】1．利用电能表计算用电器消耗电能的方法．2．判断电流做功的多少和仪器的选择．【教学设计】第一课时课前延伸“电”作为一种特殊的商品是有价格的．使用电是要付电费的．请同学们回家了解你家一个月大约要交 元的电费．课内探究（一）情景导入空调、电视机、计算机、电冰箱、电热水器……,各种各样的家用电器正成为人们不可缺少的生活伴侣．它们的结构、功能尽管有极大的差异，但都得消耗电能．你们家每个月消耗的电能一样多吗？供电公司是凭什么收取你们家电费的？（二）自主学习（合作探究）1．在学生组内交流讨论的前提下，教师检查、并点评课前延伸的作业．2．带着问题自主学习（1）电能表：用来测量 的仪表叫做电能表．（2）常用的电能表有 和 两种．（3）认识电能表：“220V ”表示 ； “2.5（10）A ”： 2.5A 表示 ； 10A 表示 ； “2500r/kW·h ”表示（4）电子式单相电能表标有3200imp/kW·h 表示(5)电能表的示数由 组成．(6)电能表的计量单位是 ，符号为 ，俗称 ． 1 kW·h ＝ J（三）精讲点拨：例1．月初和月末小明家电能表计数器所显示的数字如图所示，小明家这个月消耗了多少电能？如果民用电的价格是0.40元/度，小明家这个月应交多少电费？例2．某用电器单独工作时10min 内电能表转36圈，所用电能表的规格是2000r/(kW ∙h)，则 10min 内用电器消耗的电能是多少J归纳测量方法：A ．测量较大电能时利用电能表前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数B ．测量较小电能时，通过表盘转数（或者指示灯闪烁的次数）来计算． 计算公式：63.610J n W N=⨯⨯ 其中：n 为转盘转动（指示灯闪烁）的次数；N 为1 kW·h 转盘转动（指示灯闪烁）的次数（四）有效检测：1．电能表是用来测量 的仪表．小明家的电能表上的一些技术参数如右表，由表可知：小明家的电能表的额定电压是 ；电能表的转盘每转一圏，接其后面的用电器消耗的电能是J ． 2．一位同学家在上月底抄表时，电能表的读数为 ，若他家这个月电费是24.18元，每千瓦时的电费是0.65元，则这个月他家消耗的电能是______度，本月底电能表的示数应为_________．3．小明家电能表上月底的示数和本月底的示数如图所示．则本月消耗的电能为 度，若每度电的价格是0.52元，则小明家本月应交电费 元．4．一只家用电能表上标有3000r/kW·h 字样，表示每消耗1kW·h 的电能，电能表的转盘转r ．若室内只接了一只灯泡，测出转盘3min 内转了15r ，则灯泡在这段时间内消耗的电能是 kW·h ＝ J ．5．关于家庭电路中的电能表，下列说法中正确的是（）A ．电能表的作用是测量用电器中通过电流大小的B ．电能表转盘转速越快，用电器消耗的电能越多C ．电能表的作用是测量用电器消耗电能多少的D ．电能表的测量值是以“kW ”为单位的6．小明家电能表和电冰箱的铭牌如下表：根据表中的信息回答下列问题：（1）电冰箱每天消耗的电能是多少J ？（2）若小明家只有电冰箱在工作，每天电能表的转盘转多少转？2 13 8 2上月底示数 2 1 7 8 2 本月底示数。