TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM môn ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM TÊN HỌC PHẦN : ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - SỐ MÃ HỌC PHẦN : 13330 HỆ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUI Hải phịng, ngày /…/2022 TRƯỞNG KHOA PGS.TS Trần Anh Dũng Hải phòng, ngày /…/2022 TRƯỞNG BỘ MƠN TS Đặng Hồng Hải HẢI PHỊNG - 2022 Hải phòng, ngày /…/2022 NGƯỜI BIÊN SOẠN PGS.TS Trần Sinh Biên CÁC BÀI THỰC HÀNH - THÍ NGHIỆM STT TÊN BÀI ĐỊA THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM ĐIỂM Xây dựng số mạch ứng dụng khuếch đại thuật 107toán A6 107Xây dựng số mạch tổ hợp A6 107Xây dựng mạch dao động đếm A6 SỐ TIẾT TRANG GHI CHÚ PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC HÀNH - THÍ NGHIỆM CỦA MÔN HỌC 1) Mục tiêu chung phần thực hành – thí nghiệm mơn học - Giúp sinh viên nắm bắt, tiếp cận nội dung giảng lớp cách khoa học với thiết bị thực hệ thống - Cung cấp cho sinh viên kỹ thiết kế mạch mới, cải hoán mạch cũ mạch tương tự, số; Kỹ kiểm tra kiểm nghiệm tính mạch điện tử tương tự điện tử số - Rèn luyện kỹ hoạt động nhóm tỉ mỉ, cần mẫn cho sinh viên - Giúp cho sinh viên giỏi phát huy tối đa kiến thức học 2) Giới thiệu thực hành – thí nghiệm 2.1 KIT thí nghiệm mạch logic Module thực hành – thí nghiệm bao gồm phần tử logic (Cổng OR, AND, NOR, NAND); Flip – Flop loại RS, JK, cần thiết cho thực hành – thí nghiệm Các dây kết nối đấu nối bề mặt KIT thực hành – thí nghiệm để thuận tiện cho sinh viên a) Nguồn cung cấp cho KIT: KIT thí nghiệm mạch logic sử dụng nguồn 110V/ 50 Hz b) Nguồn phát tín hiệu số c) Các phần tử logic bản: d) Bộ chuyển đổi hệ thập phân sang BCD: e) Bộ chuyển đổi BCD sang hệ thập phân f) Các loại Flip-Flop hình hiển thị g) Bộ cộng đầy đủ h) Bộ phát xung 2.2 Các thiết bị khác Ngoài việc thực hành KIT thực hành – thí nghiệm, sinh viên yêu cầu đấu nối mạch testboard Giảng viên hướng dẫn phát cho nhóm sinh viên linh kiện điện tử phục vụ cho trình thực hành – thí nghiệm, bao gồm: Testboard, IC 74LS47, IC 74LS151, IC 74LS153, IC 74LS192, IC NE555, IC 74LS00, IC 74LS20, Tụ điện, điện trở loại, led bảy vạch, led đơn, nguồn cung cấp, … 3) Phương pháp đánh giá kết thực hành – thí nghiệm sinh viên - Sinh viên chia theo nhóm nhỏ, nhóm phát thiết bị để xây dựng mạch, triển khai thực hành – thí nghiệm cách độc lập - Sau Giảng viên hướng dẫn, sinh viên tiến hành làm thực hành – thí nghiệm theo yêu cầu Khi hết thời gian cho phép, nhóm tiến hành bảo vệ thực hành – thí nghiệm có hỗ trợ thiết bị đo - Viết báo cáo kết thực hành – thí nghiệm 4) Công tác chuẩn bị Sinh viên - Chuẩn bị kỹ phần lý thuyết học có liên quan tới thực hành – thí nghiệm - Nghe Giảng viên hướng dẫn vấn đề an toàn làm việc với mạch số - Xây dựng thực hành – thí nghiệm theo yêu cầu giấy trước lắp mạch thật - Chuẩn bị giấy để ghi lại kết thực hành – thí nghiệm 5) Cán phụ trách hướng dẫn thực hành – thí nghiệm - Cán hướng dẫn tiến hành hướng dẫn chung cho lớp Module thực hành – thí nghiệm, dụng cụ, nội quy, quy định an toàn phịng thực hành – thí nghiệm - Hướng dẫn nhóm tiến hành nội dung yêu cầu thực hành – thí nghiệm - Kiểm tra đánh giá kết thực hành – thí nghiệm nhóm 6) Tài liệu tham khảo [1] Trần Sinh Biên, Điện tử số, Nhà xuất Hàng Hải, 2015 [2] Cảm nang tra cứu linh kiện điện tử PHẦN II: NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC BÀI THTN Bài 1: Xây dựng số mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán 1) Mục tiêu 1.1 Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán để xây dựng số mạch mạch khuếch đại thuận, mạch khuếch đại đảo, mạch cảm biến ánh sáng 1.2 Luyện cho học sinh kỹ kết nối mạch xây dựng, kiểm nghiệm tính mạch điện tử 1.3 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phần lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phịng thực hành – thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu hoạt động phần tử khuếch đại thuật toán, cách đấu nối mạch Trang bị cần thiết 3.1 Card logic test (test board), IC LM324, led đơn, điện trở loại, quang trở, dây đồng lõi loại nhỏ 3.2 Đồng hồ vạn năng, nguồn cung cấp Các nội dung, quy trình Nội dung: (Sinh viên thực ba sơ đồ để triển khai mạch thực) 4.1 Xây dựng mạch khuếch đại thuận (không đảo) sử dụng khuếch đại thuật toán (Thực testboard) Xây dựng mạch khuếch đại thuận sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đơi ±12V) Hình 1.1 Mạch khuếch đại thuận sử dụng khuếch đại thuật toán a) Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh với lí thuyết b) Thay đổi biến trở, quan sát tượng LED, giải thích tượng Tiến hành đo giá trị điện áp thay đổi biến trở c) Tại biến trở thay đổi tới vị trí định điện áp không thay đổi nữa? 4.2 Xây dựng mạch khuếch đại đảo sử dụng khuếch đại thuật toán (Thực testboard) Xây dựng mạch khuếch đại sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đơi ±12V) Hình 1.2 Mạch khuếch đại đảo sử dụng khuếch đại thuật toán a) Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh với lí thuyết b) Dự đốn quan sát tượng LED, giải thích tượng Tiến hành đo giá trị điện áp vào, thay đổi biến trở c) Tại biến trở thay đổi tới vị trí định điện áp không thay đổi nữa? 4.3 Xây dựng mạch cảm biến ánh sáng sử dụng khuếch đại thuật toán (Thực testboard) + Xây dựng mạch cảm biến ánh sáng sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đơn +5V) Hình 1.3 Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng khuếch đại thuật toán a) Thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở; Quan sát giải thích tượng LED b) Tiến hành đo tín hiệu vào, trường hợp để kiểm chứng kết Quy trình: - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho sinh viên Module thực hành – thí nghiệm - Hướng dẫn cách đấu nối để xây dựng mạch - Hướng dẫn sinh viên cách đo, kiểm nghiệm tính mạch Kết luận, yêu cầu đạt sinh viên sau thực hành – thí nghiệm - Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm - Tiến hành thực hành – thí nghiệm - Trả lời câu hỏi liên quan, đo đạc ghi chép lại kết thực hành – thí nghiệm - Xử lí số tình cán hướng dẫn đề nghị - Đề xuất ý kiến cá nhân - Nộp báo cáo ghi chép thông số rút từ thực hành – thí nghiệm Bài 2: Xây dựng số mạch tổ hợp 1) Mục tiêu 1.1 Hệ thống hoá phương pháp xây dựng mạch từ phần tử logic khác nhau, mạch tổ hợp thường gặp để thoả mãn quan hệ hàm cho trước 1.2 Xây dựng mạch tổ hợp sử dụng KIT thí nghiệm mạch logic, mạch tổ hợp thường gặp (mạch giải mã, dồn kênh, phân kênh) 1.3 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học kỹ xây dựng mạch 2) Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phần lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phịng thực hành – thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, mạch tổ hợp thường gặp mạch giải mã, dồn kênh, phân kênh; cách phân tích, thiết kế mạch tổ hợp 3) Trang bị cần thiết 3.1 KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic, testboard, IC 74LS00, IC 74LS151, IC 74LS20 3.2 Nguồn điện 110V/ 50 Hz, nguồn VDC 3.3 Dây nối, LED đơn, điện trở loại, đồng hồ vạn 4) Các nội dung, quy trình Nội dung: 4.1 Rút gọn hàm xây dựng mạch với chức tương đương (Thực KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic) Hình 2.1 Mạch tổ hợp chưa rút gọn 4.2 Cho bảng chân lí Đầu vào A B 0 0 1 1 1 1 Đầu C 1 1 Q1(A,B,C) 0 1 1 Q2(A,B,C) 1 0 a) Dùng phần tử logic để thành lập mạch thực hàm Q1(A,B,C) (Thực KIT thí nghiệm mạch logic) b) Dùng mạch dồn kênh (MUX) với đầu vào thông tin (74LS151) để thực hàm Q1 (Thực đấu nối Testboard) c) Dùng phần tử logic để thành lập mạch thực hàm Q2(A,B,C) (thiết kế giấy) d) Dùng mạch giải mã “1 từ 16” hay gọi mạch “vào 16”- IC 74LS154 phần tử NAND đầu vào(IC 74LS20) để thành lập mạch thực hàm Q1 Q2 (thiết kế giấy) 4.3 Câu hỏi mở rộng: a) Nếu MUX đầu vào thơng tin IC74LS151 thành lập từ MUX đầu vào thơng tin IC74LS153 (thiết kế giấy) b) Hãy thành lập mạch giải mã “1 từ 32”(giải mã vào 32) từ IC 74LS154 (thiết kế giấy) Quy trình: - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho việc đọc giá trị điện trở, sơ đồ chân linh kiện - Hướng dẫn sinh viên lắp ráp linh kiện testboard KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic - Hướng dẫn sinh viên bước thiết kế sơ đồ mạch số sử dụng phần tử logic Các yêu cầu cần đạt Sinh viên sau thực hành – thí nghiệm - Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh với nội dung tìm hiểu; - Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm - Chỉnh định tham số điều khiển có; - Tiến hành thực hành – thí nghiệm; - Quan sát đèn thị, đồng hồ Nhận xét so sánh với nội dung học; kiểm nghiệm tính mạch - Xử lý số tình cán hướng dẫn đề nghị; - Đề xuất ý kiến cá nhân; - Nộp báo cáo ghi chép thông số rút từ thực hành – thí nghiệm Bài 3: Xây dựng mạch dao động đếm 1) Mục tiêu 1.1 Đấu nối mạch dao động theo sơ đồ 1.2 Xây dựng đếm với hệ số đếm dựa vào kiến thức học đếm 1.3 Luyện cho học sinh kỹ xây dựng lắp ráp mạch điện tử 1.4 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học kỹ xây dựng mạch 2) Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phần lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phịng thực hành – thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, IC chuyên dụng; cách phân tích, thiết kế đếm 3) Trang thiết bị cần thiết - Card logic test (test board); - IC 74LS00, IC 555, IC 74LS192, IC 7447; - Led đơn, led đoạn; Đồng hồ vạn - Tụ điện chiều loại 10 F, 100 F (giá trị tụ điện điều chỉnh để tín hiệu đầu thoả mãn yêu cầu ra); điện trở loại - Dây đồng lõi loại nhỏ 4) Các nội dung qui trình Nội dung: 4.1 Xây dựng mạch dao động (Sinh viên thực hai phần 4.1a 4.1b) 4.1a Xây mạch dao động từ phần tử NAND (Xây dựng testboard) Xây dựng mạch dao động tạo sóng vng: Q1 Q2 Hình 3.1 Sơ đồ mạch dao động sử dụng phần tử NAND Bằng cách chọn giá trị điện trở hợp lý cho trạng thái cổng khơng phải (có điện nhỏ 0.8V) mà vùng tuyến tính (giữa 0.9V 1.6V TTL) để nạp tụ điện C1,C2 khiến cho ngõ vào chuyển mạch logic Chú ý: Chọn R1=R2=R; C1=C2=C dạng sóng thu đối xứng,Tần số f=1/2(R+R3)C 4.1b Tạo mạch dao động sử dụng Timer 555 theo sơ đồ (Xây dựng testboard) Mạch dùng điện trở tụ điện để xác định tần số chu trình làm việc tín hiệu Khi vừa cấp nguồn 5V, tụ điện điện 0V tức ngưỡng Vcc/3 Mức thấp tồn ngõ lật (Triger) làm cho Timer 555 lật ngõ lên cao, đồng thời tụ nạp hướng Vcc qua hai điện trở R1và R2, tụ nạp đến điện tụ ngưỡng 2Vcc/3 FlipFlop lật trạng thái ngõ xuống thấp (xấp xỉ 0V) Lúc transistor T2 dẫn tụ phóng điện qua điện trở R2 hướng 0V Khi điện tụ ngưỡng Vcc/3 FlipFlop trở lại trạng thái ban đầu ngõ lên cao, transistor T2 ngưng tụ lại nạp lên hướng Vcc Kết ngõ ta thu tín hiệu xung vng +5V R1 100k Gnd555Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl C1 01uF + + R2 10k C2 01uF Hình 3.2 Mạch dao động sử dụng IC 555 4.2 Thiết kế đếm đồng bộ, thuận, Kđ = 10 sử dụng IC 74192 (Xây dựng Testboard ) 4.3 Thiết kế đếm đồng bộ, thuận, Kđ = 10, sử dụng JK-FF (Thiết kế giấy) Kiểm chứng kết có thoả mãn bảng chân lý hay không Chú ý: đầu vào lấy giá trị logic “0” “1” thực cách kết nối với đầu SW REGISTER module 4.4 Câu hỏi mở rộng: - Sử dụng IC 74192 đê xây dựng đếm có hệ số đếm Kđ=100, Kđ=1000 (thiết kế giấy) - Từ mạch đếm xây dựng, thiết kế đếm ngược, đếm với hệ số đếm (thiết kế giấy) Quy trình: - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho việc đọc giá trị điện trở, sơ đồ chân linh kiện - Hướng dẫn sinh viên lắp ráp linh kiện testboard - Hướng dẫn sinh viên bước thiết kế sơ đồ mạch 5) Các yêu cầu cần đạt sinh viên sau thực hành – thí nghiệm - Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh với nội dung tìm hiểu; - Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm; - Chỉnh định tham số điều khiển có; - Tiến hành thực hành – thí nghiệm; - Quan sát đèn thị, đồng hồ Nhận xét so sánh với nội dung học; - Xử lý số tình cán hướng dẫn đề nghị; - Đề xuất ý kiến cá nhân; - Nộp báo cáo ghi chép thông số rút từ thực hành – thí nghiệm Sơ đồ chân số IC thực hành – thí nghiệm Vcc D4 D5 D6 D7 A B C Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 74LS151 d3 d2 d1 d0 Vcc Y0 Y2 Y2 74LS00 y -y -g Gnd Y3 Y4 Y5 1A 1B 1Y 2A Y6 Vcc 74LS138 C B A -G2A -G2B G1 2B 2Y Gnd Y7 74LS00 Gnd Gnd Vcc 74LS20 Vcc 2D 2C NC 2B 2A 2Y 74LS20 Gnd 1A 1B NC 1C 1D 1Y Gnd Vcc g f a c b d e 74LS47 B C LT RB/OP RB/IP D 74LS192 A Gnd -1 -2 -5 -6 -7 -8 -9 -10 Gnd A3 -E1 -E0 -15 -14 -13 -12 -11 -4 74LS154 -3 Vcc A0 A1 A2 -0 LM324 10