GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO KỸ THUẬT SỐ Tên mô đun Kỹ thuật số Mã mô đun MĐ 18 Thời gian thực hiện mô đunc 40 giờ; (Lý thuyết 16 giờ; Thực hành 22 giờ; Kiểm tra 2 giờ) I Vị trí, tính chất của mô đun Vị[.]
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO: KỸ THUẬT SỐ Tên mô đun: Kỹ thuật số Mã mô đun: MĐ 18 Thời gian thực hiện mô đunc: 40 giờ; (Lý thuyết: 16 giờ; Thực hành: 22 giờ; Kiểm tra: 2 giờ) I Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: + Mô đun được thực hiện sau khi sinh viên học xong các môn học, mô đun cơ sở kỹ thuật và mô đun chuyên môn Kỹ thuật đo lường, cảm biến, Kỹ thuật điện tử; - Tính chất: + Là mô đun chuyên môn nghề II Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Phân biệt được các đại lượng số và đại lượng tương tự + Trình bày được hệ đếm nhị phân +Thuyết minh được nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản + Trình bày nguyên lý làm việc của các mạch: Giải mã và mã hóa, Flip – Flop, mạch tạo xung, mạch ghi dịch, mạch chuyển đổi tín hiệu - Kỹ năng: + Đo, kiểm tra, phân loại được các IC số; + Lắp đặt được mạch điện theo sơ đồ nguyên lý - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Chấp hành nội quy học tập, tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn, bảo hộ lao động Chủ động làm việc hoặc phối hợp theo nhóm III Nội dung mô đun: 1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Số TT Thời gian Tên các bài trong môđun Tổng số Lý Thực Kiểm thuyết hành tra 1 Giới thiệu chung 3 3 2 Các cổng logic cơ bản 8 3 5 3 Các họ vi mạch số thông dụng 5 2 3 4 Mạch dồn kênh – phân kênh 6 2 3 5 Flip – Flop 5 2 3 6 Mạch tạo xung nhịp 3 1 2 7 Mạch ghi dịch 5 1 4 8 Mạch chuyển đổi tín hiệu 5 2 2 1 40 16 22 2 Cộng 1 BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG Giới thiệu: Trong bài mở đầu này, chúng ta cùng tìm hiểu về tín hiệu tương tự, tín hiệu số và cách biểu diễn hệ nhị phân trong hệ thống số Mục tiêu của bài: - Biết được các đại lượng tương tự và số, các dạng tín hiệu - Hiểu được nguyên lý làm việc - Trình bày cách lắp đặt các linh kiện theo sơ đồ nguyên lý - Xác định được các đại lượng tương tự và số, các dạng tín hiệu - Biết cách kiểm tra linh kiện - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật - Cẩn thận, chính xác, nghiêm chỉnh thực hiện theo quy trình Nội dung chính 1 Các đại lượng tương tự và số - Biểu diễn dạng tương tự: trong cách biểu diễn dạng tương tự, một đại lượng được biểu diễn bằng hiệu điện thế, cường độ dòng điện, hay số đo chuyển động tương quan với giá trị của đại lượng đó Ví dụ: Đồng hồ đo vận tốc trong xe ôtô, kim đo phải lệch tương ứng với tốc độ hiện tại của xe và độ lệch này phải thay đổi tức thì khi vận tốc xe tăng hay giảm Một ví dụ khác về đại lượng tương tự là chiếc micrô Trong thiết bị này, biên độ hiệu điện thế đầu ra luôn tỉ lệ với cường độ sóng âm tác động vào màng rung của micrô ở đầu vào Các đại lượng tương tự có một đặc điểm rất quan trọng đó là: Đại lượng tương tự có thể thay đổi theo một khoảng giá trị liên tục - Biểu diễn dạng số: Trong cách biểu diễn dạng số, đại lượng được biễu diễn bằng các biểu tượng gọi là ký số (digit) Ví dụ như đồng hồ hiện số, hiển thị thời gian trong ngày như giờ, phút, giây dưới dạng số thập phân Tuy thời gian trong ngày thay đổi liên tục, nhưng số hiện của đồng hồ số lại thay đổi từng bước, mỗi bước là một phút hay một giây Nói cách khác, các đại lượng số có đặc điểm là giá trị của nó thay đổi theo từng bước rời rạc Vì tính rời rạc trong biểu diễn dạng số nên khi đọc giá trị của đại lượng số, không hề có sự mơ hồ Ưu điểm của kỹ thuật số so với kỹ thuật tương tự: - Do sử dụng chuyển mạch nên nhìn chung thiết bị số dễ thiết kế hơn - Thông tin được lưu trữ dễ dàng - Tính chính xác và độ tin cậy cao hơn - Có thể lập trình để điều khiển hệ thống số 2 Các hệ thống tương tự và số Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian Nó thường do các hiện tượng tự nhiên sinh ra Thí dụ, tín hiệu đặc trưng cho tiếng nói là tổng hợp của các tín hiệu hình sin trong dải tần số thấp với các họa tần khác nhau Tín hiệu số là tín hiệu có dạng xung, gián đoạn về thời gian và biên độ chỉ có 2 mức rõ rệt: mức cao và mức thấp Tín hiệu số chỉ được phát sinh bởi những mạch điện thích hợp Để có tín hiệu số người ta phải số hóa tín hiệu tương tự bằng các mạch biến đổi tương tự sang số (ADC) Mạch điện tử xử lý các tín hiệu tương tự được gọi là mạch tương tự và mạch xử lý tín hiệu số được gọi là mạch số Hệ thống xử lý các tín hiệu tương tự được gọi là hệ thống tương tự và hệ thống xử lý tín hiệu số được gọi là hệ thống số 3 Biểu diễn số nhị phân trong hệ thống số Trong hệ thống kỹ thuật số, thông tin được xử lý đều biểu diễn dưới dạng nhị phân Bất kỳ thiết bị nào chỉ có hai trạng thái hoạt động đều có thể biểu diễn được các đại lượng dưới dạng nhị phân Ví dụ một công tắc chỉ có hai trạng thái hoạt động là đóng hoặc mở Ta có, thể quy ước công tắc mở biểu diễn nhị phân 0 và công tắc đóng biểu diễn nhị phân 1 Với quy ước này ta có thể biểu diễn số nhị phân bất kỳ Có vô số thiết bị chỉ có hai trạng thái hoạt động hay vận hành ở hai điều kiện đối lập nhau như: bóng đèn (sáng/tối), điốt (dẫn/không dẫn), rơle (ngắt/đóng), … Trong thiết bị điện tử số, thông tin nhị phân được biểu diễn bằng hiệu điện thế (hay dòng điện) tại đầu vào hay đầu ra của mạch Thông thường, số nhị phân 0 và 1 được biểu diễn bằng hai mức điện thế danh định Ví dụ: 0V có thể biễu diễn bằng nhị phân 0 và +5V biễu diễn bằng nhị phân 1 Trên thực tế, các số 0 hoặc 1 được biểu diễn bằng một khoảng điện thế quy định nào đó Bài 2: Các cổng logic cơ bản Thời gian: 8 giờ Mục tiêu của bài: - Nắm được cấu tạo các cổng logic cơ bản - Trình bày được nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản - Xác định được các cổng logic cơ bản - Biết cách kiểm tra các cổng logic cơ bản - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật - Cẩn thận, chính xác, nghiêm chỉnh thực hiện theo quy trình, - Chú ý an toàn cho người và thiết bị 1 Cổng NOT 1.1 Cổng inverter a Định nghĩa: Là mạch duy nhất có một đầu vào và đầu ra luôn có mức logic ngược với mức logic của đầu vào Cổng NOT được sử dụng trong mạch giải mã ( nhị phân sang thập phân) b IC chứa cổng NOT là: - IC 7404 chứa 6 cổng NOT, điện áp hoạt động là 5V - IC 7449B chứa 6 cổng NOT, điện áp hoạt động là 3-15V 1.2 Ký hiệu logic: X Y 1.3 Đồ thị thời gian X t Y 1.4 Biểu thức logic: Y=X t Trong đó: X biến đầu vào Y là biến đầu ra 1.5.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X Y 0 1 1 0 2 Cổng AND 2.1 Cổng AND a Định nghĩa Cổng AND là mạch có từ hai đầu vào trở lên và chỉ có 1 đầu ra bằng tổ hợp AND các biến đầu vào Cổng AND được sử dụng rộng rãi trong máy tính và mạch số b Các loại IC chứa cổng AND là: - IC 7408 chứa 4 cổng AND 2 đầu vào với mức điện áp hoạt động là 5V - IC 7411 chứa 3 cổng AND 3 đầu vào với mức điện áp hoạt động là 5V - IC 4081 chứa 4 cổng AND 2 đầu vào IC 4081 thuộc họ CMOS, điện áp hoạt động từ 3-15V nhưng cao nhất là 18V 2.2 Ký hiệu X1 X2 2.3 Đồ thị thời gian Y X1 X2 Y t t t 2.4 Biểu thức logic: Y = X1 X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 2.5.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 3 Cổng OR 3.1 Cổng OR a Định nghĩa: Cổng OR là mạch có từ hai đầu vào trở lên và chỉ có 1 đầu ra bằng tổ hợp OR các biến đầu vào Cổng OR được sử dụng trong dụng cụ đo số b Các loại IC chứa cổng OR là: - IC 7432: Chứa 4 cổng OR 2 đầu vào, điện áp hoạt động là 5V - IC 74071B: Chứa 4 cổng OR 3 đầu vào, điện áp hoạt động từ 3-15V - IC 74075B: Chứa 3 cổng OR 3 đầu vào, điện áp hoạt động từ 3-15V 3.2 Ký hiệu X1 X2 3.3 Đồ thị thời gian X1 Y Hoặc X2 Y X1 t X2 t Y t 3.4 Biểu thức logic Y = X1 + X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 3.5.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 4 Cổng NAND 4.1 Cổng NAND IC cổng NAND: 7400 4.2 Ký hiệu Y = X1 X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 4.3 Đồ thị thời gian Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 4.4 Biểu thức logic Y = X1 X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 4.5.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 5 Cổng NOR 5.1 Cổng NOR Y = X 1 + X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 5.2 Ký hiệu X1 X2 Y X1 X2 Y ... chuẩn, 74L (Low power), 74 H (High speed), 74S (Schottky), 74LS (Low power Schottky), 74AS (Advance Schottky), 74ALS (Advance Low power Schottky), 74F (Fast, Fair Child) Một số tính chất loạt kể... hoạt động 5V - IC 4081 chứa cổng AND đầu vào IC 4081 thuộc họ CMOS, điện áp hoạt động từ 3-15V cao 18V 2.2 Ký hiệu X1 X2 2.3 Đồ thị thời gian Y X1 X2 Y t t t 2.4 Biểu thức logic: Y = X1 X2 Trong... IIL từ ngã vào mạch logic xem nối với nguồn VCC Thường dịng nhận tầng thúc mức thấp có trị lớn so với dịng cấp mức cao, nên người ta hay dùng trạng thái cần gánh tải tương đối nhỏ, ví dụ cần