TÀI LIỆU hướ NG dẫn THỰ c HÀNH – THÍ NGHIỆM điệ n tử TƯƠNG tự số

  TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN –  ĐIỆN TỬ   TÀI LIỆU HƯỚ NG NG DẪN THỰ C HÀNH –  THÍ  THÍ NGHIỆM  TÊN HỌC PHẦN : ĐIỆ N TỬ  TƯƠNG TỰ   - SỐ  MÃ HỌC PHẦ N : 13330 HỆ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUI  Hải phòng, ngày /…/2022 TRƯỞ NG KHOA PGS.TS Tr ần ần Anh Dũng  Hải phòng, ngày /…/2022 Hải phòng, ngày /…/2022 TRƯỞ NG BỘ MƠN  NGƯỜI BIÊN SOẠ N TS Đặng Hồng Hải HẢI PHỊNG - 2022   PGS.TS Tr ần Sinh Biên   CÁC BÀI THỰ C HÀNH - THÍ NGHIỆM STT T NB I ĐỊA SỐ  TRANG THỰ C HÀNH –  THÍ  THÍ NGHIỆM ĐIỂM TIẾT Xây dựng số mạch ứng dụng khuếch đại thuật 1072 toán A6 107Xây dựng số mạch tổ hợ  p A6 1075 Xây dựng mạch dao động bộ đếm A6 GHI CHÚ  PH  Ầ  N I: GI Ớ   TH Ự  Ớ I  THI  Ệ U CHUNG V  Ề  TH  ỰC   HÀNH - THÍ NGHI  Ệ  M C Ủ  Ủ A   MÔN H ỌC 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; K ỹ 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  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 b ề mặt của 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 của sinh viên.  -  Sinh viên chia theo nhóm nhỏ, nhóm phát thiết bị để xây dựng mạch, triển khai thực hành –  thí nghiệm một cách độc lập.  -  theo Sau k yêu hi hi dẫn,phép, sinh viên tiến hành làmhành thự hành –  thí nghiệm cầu Giảng Khi hếtviên thờihướng gian cho nhóm tiến bảothực vệcbài thực hành –  thí  thí nghiệm có hỗ trợ thiết bị đo.  -  Viết báo cáo kết thực thự c hành –  thí nghiệm 4) Cơng 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 các 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 thự c hành –  thí nghiệm,  -  Cán hướng dẫn tiến hành hướng dẫn chung cho lớp Module thực dụng cụ, nội quy, quy định an tồn 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] Tr ần Sinh Biên, Điện t ửử   s  số , Nhà xuất Hàng Hải, 2015 [2] Cảm nang tra cứu linh kiện điện tử    PH  Ầ  N II: N Ộ I DUNG CHI TI  Ế T CÁC BÀI THTN Bài 1: Xây dự ng ng số mạch ứ ng ng dụng khuếch đại thuật toán 1) Mục tiêu 1.1 Ứ ng ng dụng đượ c 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 k ỹ năng kết nối mạch xây dựng, kiểm nghiệm tính mạch điện tử 1.3 Giúp sinh viên hiểu sâu về những kiến thức học Công tác chuẩn bị của sinh viên 2.1 Đọc k ỹ l ại ph ần lý thuyết gi ảng viên giảng lớ  p, tài liệu hướ ng ng dẫn th ực hành –  thí   thí nghiệm, đối chiếu vớ i thiết bị tại phịng thực hành –  thí  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 thự c ba sơ đồ để  tri  triể n khai mạch thự c) c)  ự ng   mạ ch khuếch đại thuậ n (không đả o) sử   d ụ ng khuếch đại thuậ t toán (Thự  c  4.1 Xây d ự   hiệ n testboard) Xây dựng mạch khuếch đại thuận sử dụng IC LM324 ( M   M ạch sử  d   d ụng nguồn đơi ±12V ) )  Hình 1.1 M ạch khuếch đại thuận sử  d   d ụng khuếch đại thuật toán a) Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh v ớ i lí thuyết  b) Thay đổi biến tr ởở ,  quan sát tượ ng ng c LED, giải thích tượ ng ng Tiến hành đo giá trị   điện áp thay đổ i biến tr ởở .  c) Tại biến tr ởở  thay đổi tớ i vị trí định điện áp không thay đổi nữa?  4.2 Xây d ự  ự ng   mạ ch khuếch đại đả o sử  d   d ụ ng khuếch đại thuậ t toán (Thự  c hiệ n testboard) Xây dựng mạch khuếch đại sử dụng IC LM324 ( M   M ạch sử  d   d ụng nguồn đôi ±12V ) )    Hình 1.2 M ạch khuếch đại đảo sử  d   d ụng khuếch đại thuật toán a) Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh v ớ i lí thuyết  b) Dự đốn quan sát tượ ng ng LED, giải thích tượ ng ng Tiến hành đo giá trị điện áp vào, thay đổi biến tr ởở .  c) Tại biến tr ởở  thay đổi tớ i vị trí định điện áp không thay đổi nữa?  4.3 Xây d ự  ự ng   mạ ch cả m biế  n ánh sáng sử   d ụ ng khuếch đại thuậ t toán (Thự  c hiệ n  testboard) + Xây dựng mạch cảm biến ánh sáng sử dụng IC LM324 ( M   M ạch sử  d   d ụng nguồn đơn +5V ) )  Hình 1.3 M ạch cảm biế n ánh sáng sử  d   d ụng khuếch đại thuật toán.  a) Thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào quang tr ở  ở;  Quan sát giải thích tượ ng ng LED  b) Tiến hành đo tín hiệu vào, trườ ng ng hợp để kiểm chứng k ết Quy trình: -  Giảng viên giớ i thiệu, hướ ng ng dẫn cho sinh viên về Module thực hành –  thí  thí nghiệm -  Hướ ng ng dẫn cách đấu nối để xây dựng mạch -  Hướ ng ng dẫn sinh viên cách đo, kiểm nghiệm tính mạch Kết luận, yêu cầu đạt đối vớ i sinh viên sau thự c hành –  thí  thí nghiệm -  Tiến hành nối dây lắ p ráp mạch thực hành –  thí  thí nghiệm -  Tiến hành thực hành –  thí  thí nghiệm -  Tr ả lờ i câu hỏi liên quan, đo đạc ghi chép l ại k ết quả thực hành –  thí  thí nghiệm -  Xử lí số tình cán bộ hướ ng ng dẫn đề nghị -  Đề xuất ý kiến cá nhân -   Nộ p báo cáo ghi chép thông số rút từ bài thực hành –  thí  thí nghiệm   Bài 2: Xây dự ng ng số mạch tổ hợ p 1) Mục tiêu 1.1. Hệ thống hoá phương pháp xây dựng mạch từ các phần tử logic khác nhau, mạch tổ  hợp thườ ng ng gặ p để thoả mãn quan hệ hàm cho trướ cc 1.2. Xây dựng mạch t ổ h ợ  p sử  dụng KIT thí nghiệm m ạch logic, mạch t ổ  hợp thườ ng ng gặ p (mạch giải mã, dồn kênh, phân kênh) 1.3. Giúp sinh viên hiểu sâu về những kiến thức học k ỹ năng xây dựng mạch ẩnầnblý ị củthuy 2) Công a sinh 2.1 Đọc tác k ỹ lchu ại ph ết giviên ảng viên giảng lớ  p, tài liệu hướ ng ng dẫn th ực hành –  thí   thí nghiệm, đối chiếu vớ i thiết bị tại phịng thực hành –  thí  thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, mạch tổ hợp thườ ng ng gặp mạch giải mã, dồn kênh,  phân kênh; cách phân tích, thiết k ế mạch tổ hợ  p 3) Trang bị cần thiết 3.1 KIT thực hành –  thí  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 tr ởở  các  các loại, đồng hồ vạn năng.  4) Các nội dung, quy trình Nội dung:  ự  ng   mạ ch vớ i chức tương đương  (Th  4.1.  Rút Rút gọ n hàm xây xâ y d ự  (Th ự  c hiệ n KIT thự  c  hành –  thí  thí nghiệ m mạ ch logic)  logic)  ổ   hhợ  p chưa rút gọn.   Hình 2.1 M ạch t ổ  4.2 Cho bả ng 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 lậ p mạch thực hàm Q1(A,B,C) (Thự  c hiệ n KIT thí  nghiệ m mạ ch logic)  b) Dùng mạch dồn kênh (MUX) với đầu vào thông tin (74LS151) để đ ể thực hàm Q1 (Thự  c  hiện đấ u nố i Testboard)  trên c) Dùng ph ầ n t  logic để  thành l ậ p m ch th ự c h i ệ n hàm Q2(A,B,C)  (thi ế  t k ế  trên  gi ấ  y)   d) Dùng mạch giải mã “1 từ 16” hay gọi mạch “vào 16”- IC 74LS154 ph ần tử   NAND    giấ  y) đầu vào(IC 74LS20) để thành lậ p mạch thực hàm Q1 Q2 (thiế  t kế  trên  4.3 Câu hỏi mở   rrộ ng:  Nếu khơng có MUX đầu vào thơng tin IC74LS151 thành lậ p từ 2 MUX đầu vào a) N  trên giấ  y).  thông tin IC74LS153 (thiế  t kế  trên  trên  b) Hãy thành lậ p mạch giải mã “1 từ 32”(giải mã vào 32) t ừ 2 IC 74LS154 (thiế  t kế  trên  giấ  y) Quy trình: -  Giảng viên giớ i thiệu, hướ ng ng dẫn cho việc đọc giá tr ị điện tr ở, ở, sơ đồ chân linh kiện -  Hướ ng ng dẫn sinh viên lắ p ráp linh kiện testboard KIT thực hành –  thí  thí nghiệm mạch logic -  Hướ ng ng dẫn sinh viên bướ c thiết k ế  sơ đồ mạch số sử dụng phần t ử  logic  bản Các yêu cầu cần đạt đối vớ i Sinh viên sau thự c hành –  thí  thí nghiệm -  Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh vớ i nội dung tìm hiểu; -  Tiến hành nối dây lắ p ráp mạch thực hành –  thí  thí nghiệm -  Chỉnh định tham số điều khiển có; -  Tiến hành thực hành –  thí  thí nghiệm; -  Quan sát đèn chỉ thị, đồng hồ Nhận xét so sánh vớ i nội dung học; kiểm nghiệm tính mạch -  Xử lý số tình cán bộ hướ ng ng dẫn đề nghị; -  Đề xuất ý kiến cá nhân; -   Nộ p báo cáo ghi chép thơng s ố rút từ bài thực hành –  thí  thí nghiệm     Bài 3: Xây dự ng ng mạch dao động bộ đếm 1)  Mục tiêu 1.1 Đấu nối đượ c mạch dao động theo sơ đồ 1.2 Xây dựng bộ đếm vớ i hệ số đếm bất k ỳ dựa vào kiến thức học về bộ đếm 1.3 Luyện cho học sinh k ỹ năng xây dựng lắ p ráp mạch điện tử 1.4 Giúp sinh viên hiểu sâu về những kiến thức học k ỹ năng xây dựng mạch 2) Công tác chuẩn bị của sinh viên 2.1 Đọc k ỹ l ại ph ần lý thuyết gi ảng viên giảng lớ  p, tài liệu hướ ng ng dẫn th ực hành –  thí   thí nghiệm, đối chiếu vớ i thiết bị tại phịng thực hành –  thí  thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, IC chuyên dụng; cách phân tích, thi ết k ế bộ 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 năng.  -  Tụ điện chiều loại 10 F, 100 F (giá trị tụ điện điều chỉnh để tín hiệu đầu thoả mãn yêu cầu bà i ra); điện trở loại   -  Dây đồng lõi loại nhỏ 4) nội dung qui trình NộCác i dung:  4.1 Xây d ự  ự ng   mạch dao độ ng (Sinh viên thự  c hiệ n mộ t hai phầ n 4.1a hoặ c 4.1b) ừ  ph ử  NAND ựng   g testboard)  4.1a Xây mạch dao động t ừ   phần t ử   NAND (Xây d ự  n Xây dựng mạch dao động tạo sóng vng: Q1 Q2  Hình 3.1 Sơ đồ mạch dao động sử  d  ử NAND  d ụng phần t ử    NAND Bằng cách chọn giá tr ị điện tr ởở   hhợ  p lý cho tr ạng thái cổng khơng phải (có điện thế nhỏ hơn 0.8V) mà ở  trong  trong vùng tuyến tính (giữa 0.9V 1.6V đố i với TTL) để sự nạ p tụ điện C1,C2 sẽ khiến cho ngõ vào chuyển mạch logic Chú ý: Chọ n R1=R2=R; C1=C2=C d ạng ạng sóng thu đượ  c sẽ  đố i xứ  ng,T ầ n số  f=1/2(R+R3)C 4.1b T ạo mạch dao động sử  d   d ụng Timer 555 theo sơ đồ (Xây d ự ng ng testboard)  Mạch dùng điện tr ởở  và   tụ  điện để  xác định t ần số và chu trình làm việc tín hiệu Khi vừa cấ p nguồn 5V, tụ điện ở  điện thế 0V t ức ngưỡ ng ng Vcc/3 Mức thấ p t ồn   ở  ngõ  ngõ lật (Triger) làm cho Timer 555 l ật ngõ lên cao, đồng thờ i tụ nạ p về hướ ng ng Vcc qua hai điện tr ởở   R1và R2, tụ nạp đến điện thế của tụ bằng ngưỡ ng ng 2Vcc/3 FlipFlop lật tr ạng thái ngõ xuống thấ p (xấ p xỉ 0V) Lúc giờ  transistor  transistor T2 dẫn tụ  phóng phóng điện qua điện tr ởở  R2  R2 về hướng 0V Khi điện thế của tụ bằng ngưỡng dướ i Vcc/3 FlipFlop tr ở  ở l lại tr ạng thái ban đầu ngõ lên cao, transistor T2 ngưng tụ  lại nạ p lên về hướ ng ng Vcc K ết quả là ở   ngõ ta thu đượ c tín hiệu xung vuông +5V R1 100k 555 Gnd Gnd Trg Trg Out Out Rst Rst Vcc Vcc Dis Dis Thr Thr   l5 Ctl Ct R2 10k       + C1 01uF       + C2 01uF ạch dao động sử  d   Hình 3.2 M ạch  d ụng IC 555 ự  ng   Testboard )  4.2 Thiế  t kế   bbộ đếm đồ ng bộ , thuận, Kđ = 10 sử  d   d ụ ng IC 74192 (Xây d ự  4.3 Thiế  t kế   bbộ đếm đồ ng bộ , thuận, Kđ = 10, sử  d   d ụ ng JK-FF (Thiế  t kế  trên  trên giấ  y) Kiểm chứng k ết qu ả có thoả mãn bảng chân lý hay không Chú ý: đầu vào lấy giá tr ị logic “0” “1” đượ c thực cách k ết nối với đầu SW REGISTER module  4.4 Câu hỏi mở   rrộ ng: - Sử dụng IC 74192 đê xây dựng bộ đếm có hệ số đếm Kđ=100, Kđ=1000 (thiế t k ế  ế trên   trên giấ   y).  ế trên - Từ mạch đếm xây dựng, thiết k ế bộ đếm ngượ c, c, bộ đếm vớ i hệ số đếm bất k ỳ (thiế t k ế    trên giấ   y) Quy trình: Giảng viên giớ i thiệu, hướ ng ng dẫn cho việc đọc giá tr ị điện tr ở, ở, sơ đồ chân linh kiện.  - Hướ ng ng dẫn sinh viên lắ p ráp linh kiện testboard - Hướ ng ng dẫn sinh viên bướ c thiết k ế các sơ đồ mạch 5) Các yêu cầu cần đạt đối vớ i sinh viên sau thự c hành –  thí  thí nghiệm -  Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh v ớ i nội dung tìm hiểu; -  Tiến hành nối dây lắ p ráp mạch thực hành –  thí  thí nghiệm; -  Chỉnh định tham số điều khiển có; -  Tiến hành thực hành –  thí  thí nghiệm; -  Quan sát đèn chỉ thị, đồng hồ Nhận xét so sánh vớ i nội dung học; -  Xử lý số tình cán bộ hướ ng ng dẫn đề nghị; -  Đề xuất ý kiến cá nhân; -   Nộ p báo cáo ghi chép thông s ố rút từ bài thực hành –  thí  thí nghiệm -   Sơ đồ chân số IC thự c hành –  thí  thí nghiệm  Vcc Vcc   D4   D D5 D6   D7   A B   C Vcc Vcc 4B 4A 74L 74 L S15 151 d3 d2 d1 d0 Vcc Vcc Y0 Y2 Y2 -G2A 2A B   C   -G y -y -g Gnd Y3 Y4 Y5 -G -G2B 2B   G1 G1 3A 3Y 74L 74 L S00 1B B 1A   1Y   2A   2B   2Y  2Y   Gnd Y6 Vc Vcc c 74L 74 L S13 138  A 4Y 3B 74LS00 Y7   Gnd Gnd Gnd Vc Vcc c 74L 74 L S20 Vc Vcc c   2D   2C   NC   2B   2A   2Y 74L 74 L S20 Gnd 1A   Vcc   f  g   a b C LT RB/OP RB/IP -1   V   c   c  A   0   -2   A  1    0    3   -4    5    6   7    8    9   1    0    G n  d   7   4   L    S  1    5   4   1D 1Y Gnd   c   d   e 74L 74 L S47 B 1B NC 1C D 74LS192  A Gnd Gnd A  2   A   3   -E  1   -E   0   1    5   1   4   LM324 1    3   1   2   -1   1   10 ... –? ?? ?thí nghiệm thự c hành –? ?? ?thí nghiệm,   -  C? ?n hư? ?ng d? ?n ti? ?n hành hư? ?ng d? ?n chung cho lớp Module th? ?c d? ?ng c? ??, n? ??i quy, quy định an t? ?n ph? ?ng th? ?c hành –? ?? ?thí nghiệm -  Hư? ?ng d? ?n nhóm ti? ?n hành. .. báo c? ?o kết th? ?c thự c hành –? ?? ?thí nghiệm 4) C? ?ng t? ?c chu? ?n bị Sinh vi? ?n.   -  Chu? ?n bị kỹ ph? ?n lý thuyết h? ?c có li? ?n quan tới th? ?c hành –? ?? ?thí nghiệm -   Nghe Gi? ?ng vi? ?n hư? ?ng d? ?n v? ?n đề an to? ?n. .. ? ?ng vi? ?n gi? ?ng lớ  p, tài liệu hướ? ?ng ng d? ?n th ? ?c hành? ?–? ?? ?thí   thí nghiệm, đối chiếu vớ i thiết bị tại ph? ?ng th? ?c hành? ?–? ?? ?thí ? ?thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu c? ? ?ng logic b? ?n, mạch tổ hợp thườ? ?ng ng