门电路真值表教学演示器科研论文Word下载.docx
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传统的教学中教师是用直尺与粉笔配合,在黑板上画出相关的门电路的真值表进行教学。
本作品通过非接触式红外传感器配合内部控制电路的方法,提供一种利用传感器作为门电路输入改变信号的教学演示器。
关键词:
门电路;
真值表;
教学演示器
目录
前言
1、基本思路5
2、门电路真值表教学演示器设计5
2.1面板设计规划5
2.2教学仪组成部分5
3、门电路真值表教学演示器系统设计6
3.1显示屏的选型6
3.2传感器的选型7
3.3控制模块设计8
4、实验10
5、教学现场演示13
6、本项目的主要贡献及展望14
7、参考文献14
众所周知,门电路在电子电路教学中起着十分重要的作用,它是学习组合逻辑电路(编码器,译码器,加法器等)及时序电路(触发器,寄存器)的重要基础,逻辑门电路包含与门,或门,非门及由此演化的与非门,或非门,同或门及异或门,传统的教学中教师总是用直尺与粉笔配合,在黑板上画出相关的门电路的真值表进行教学,这种所谓的表格法就是首先在真值表的左端写出门电路输入端(A、B、C)的状态,然后再根据相应门电路的逻辑关系,在真值表的右端写出相应的输出状态。
高二阶段门电路教学时,老师都要通过满满一黑板的手写与画图列表才能完成对门电路的逻辑关系进行讲解,这种教学既浪费时间又枯燥无味,学生难以真正的掌握门电路的逻辑关系,学生往往会等待老师在黑板上书写的这段时间不耐烦,而且这种通过在黑板上书写所演讲公式的给学生理解力上带来的效果也不是很明显。
于是作者就想着能否设计一个不用在黑板上书写,直接通过一个教学仪器和学生进行上课,怀着这个想法,作者展开了联想,终于获得了一种通过传感器感应信号传递输入信号,经过内部电路控制,整形出仿门电路状态数字“0”、“1”的创意,并确定“门电路真值表教学教学演示器”作为科技创新的课题。
本项目研究从关注能提高教学效率和能与学生课堂互动的愿望出发,依据传统门电路教学的理念,研究与设计一种专门教学门电路逻辑的演示器,以提高现有逻辑门教学的水平。
1、基本思路
在教学应用时,教师首先根据教学内容选择按下嵌键开关所对应的逻辑门,然后只需用手指,笔杆或教棒在传感器相应的感应区域内轻轻地划一下,则相应输入的状态由“0”变“1”或由“1”变“0”,演示器的输出显示则根据相应门的逻辑关系显示输出状态,整个教学仪的能量来源依靠教学仪内部一个12V/4Ah的小电瓶供电。
2、门电路真值表教学演示器设计
2.1面板设计规划:
首先做一个长60公分宽40公分高10公分的长方形箱体,箱体面板正面自左向右15公分处并排装有三个LED七段显示器A,B,Y,LED七段显示器(分别间隔距离为7、17公分)的下方(9公分)自左向右分别设有两个红外传感器(同A、B显示器间隔约为7公分)和嵌键开关,面板右下角为演示器电源总开关。
2.2教学仪组成部分:
如图1、2所示
图1为门电路真值表教学演示器正面结构图
图2为门电路真值表教学演示器反面结构图
图中1.盒体2.开关3.显示器4.传感器5.嵌键开关6.把手7.充电插口8.面板9.伸缩折叠挂钩
3、演示器选型及系统设计
3.1显示屏的选型
根据不同显示屏的特点,结合作品的实际需求,选择合适的显示屏。
对于一般数码产品选用液晶显示屏,动态效果逼、色彩鲜明,但价格过高,故不适合;
对于展示信息以及信息传播等应用,既要求价格低廉,又要求显示文字信息方面效果显著,因此、LED单色屏为本项目显示屏首选,因为此类显示屏具有字体清晰,价格低廉、控制简易的优点。
3.2传感器的选型
在教学仪的演示状态的感应中,主要测量的物理量包括传感器与感应物的最小距离、最小截面、灵敏度等。
根据输入物理量可分为:
光电传感器、压力传感器、温度传感器及气敏传感器等。
由于作者们设计教学仪时是需要,物体划过一次,传感器就会输出一个信号,因此作者们选择光电传感器作为首选,其次光电传感器又分为一下几类:
槽型光电传感器,把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。
发光器能发出红外光或可见光在无阻情况下光接收器能收到光。
但当被检测物体从槽中通过时,光被遮挡光电开关便动作,输出一个开关控制信号,切断或接通负载电流,从而完成一次控制动作。
槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
对射型光电传感器,若把发光器和收光器分离开,就可使检测距离加大,由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关,简称对射式光电开关。
它的检测距离可达几米乃至几十米。
使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧,检测物通过时阻挡光路,收光器就动作输出一个开关控制信号。
反光板型光电传感器,把发光器和收光器装入同一个装置内,在它的前方装一块反光板,利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式光电开关。
正常情况下发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到,一旦光路被检测物挡住,收光器收不到光时光电开关就动作,输出一个开关控制信号扩散反射型光电开关,它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器但前方没有反光板,正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的当检测物通过时挡住了光。
并把光部分反射回来,收光器就收到光信号输出一个开关信号。
扩散反射型光电传感器,它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器但前方没有反光板,正常情况下,发光器发出的光收光器是找不到的当检测物通过时挡住了光,并把光部分反射回来,收光器就收到光信号输出一个开关信号。
【注】:
相比较上述各种光电传感器,扩散反射型光电传感器具有体积小,安装使用时便于光路对齐相对于对射式光电传感器,节省安装使用空间、安装接线简便相对于反光板型光电传感器,不受被检物的形状、颜色和材质影响相对于槽型光电传感器的特点,作者决定选用扩散反射型光电开关。
3.3控制模块的设计
控制模块分为输入和输出两部分,输入部分由一块双D触发器CD4013和CD4511“BCD-7段所存译码驱动器”所组成,其中CD4511是BCD-7段所存译码驱动器,在同一单片结构上由COS/MOS逻辑器件和n-p-n双极型晶体管构成。
这些器件的组合,使CC4511具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达25mA的性能。
由此可直接驱动LED及其它器件。
LT、BI、LE输入端分别检测显示、亮度调节、存或选通一BCD码等功能。
设计时将CD4511的数据输入端A、B、C、D的A、B、C置零而将D与CD4013的输出端Q1相连接。
如图3所示:
则CD4511反复输出“0”或“1”;
输出部分由内置门电路通过嵌键开关与CD4511相连接,显示相应门的逻辑关系。
图3
门电路真值表教学演示器控制模块原理图
门电路真值表教学演示器原理框图
4、实验
制作的教学仪样机实验步骤图如下。
性能试验时,先按下提示上嵌键开关所对应的门逻辑,然后在传感器右侧对应的感应区域“轻轻划一下”,检查其性能是否可靠。
试验结果表明,设计制作的教学仪(作品)达到了预期的要求。
此处作者针对一种门逻辑采取实验:
与门:
(有低出低,全高出高)
输入端
输出端
A
B
Y
O
1
与非门:
(有低出高,全高出低)
或非门:
(有高出低,全低出高)
异或门:
(相同出低,相反出高)
5、教学现场演示
6、本项目的主要贡献及展望
在课堂上可以进行师生互动的方式进行教学,让学生走上讲台演示教学过程,更加容易掌握相应门的逻辑关系。
本作品能够得到教育机构的重视投入生产,真正运用到教学课堂上。
7、参考文献
001门电路逻辑
002传感器选用
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- 关 键 词:
- 门电路 真值 教学 演示 科研 论文