Bài giảng thực hành kỹ thuật xung số

MỤC TIÊU  Sau khi học xong Sinh viên cĩ khả năng : - Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của các cổng logic số.. MỤC TIÊU  Sau khi học xong Sinh viên cĩ khả năng : - Ráp mạch và k

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KỸ THUẬT XUNG SỐ

Ths Đào Thị Mơ (chủ nhiệm)

Ths Tống Thị Lan

Ths Nguyễn Thị Thu Hà

Ths Nguyễn Thị Bảo Thư

Ths Nguyễn Thị Nga

Ths Nguyễn Văn Nhương

Lưu hành nội bộ, năm 2019

BÀI 8: CÁC THÔNG SỐ CỦA TÍN HIỆU XUNG

BÀI 9: MẠCH TÍCH PHÂN, VI PHÂN

 Sau khi học xong Sinh viên có khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của các cổng logic số

- Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic số

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

1 Khảo sát các cổng logic cơ bản

Kiểm tra mức logic đầu ra

a Khảo sát các cổng logic: NOT, NO

5

Vẽ biểu đồ thời gian khi thay đổi mức logic đầu vào/tác động của dãy xung của các cổng logic

2 Xây dựng các cổng logic tương đương từ các cổng logic khác

a Xây dựng cổng NAND, NOR từ cổng logic cơ bản

b Vẽ biểu đồ thời gian của các mạch cổng NAND, NOR

7

3 Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic cơ bản

Bài 1: Cho F(A,B) = ∑(0,1,2)

Rút gọn và thực hiện hàm Boole bằng cổng logic cơ bản

Bài 2: Cho F(A,B,C) = ∑(0,1,2,6)

Rút gọn và thực hiện hàm Boole bằng cổng logic cơ bản

4 Làm báo cáo thực hành

 Sau khi học xong Sinh viên có khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của các cổng logic số

- Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic số

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

1 Khảo sát mạch cộng nhị phân

Kiểm tra mức logic đầu ra

Thiết kế một mạch tổ hợp thực hiện việc cộng 2 số nhị phân 1 bit có nhớ, còn gọi là mạch cộng bán phần Haft – Adder (HA)

- Trước hết, xác định số ngõ vào –ra của mạch tổ hợp: Theo đề bài thì mạch có 2 ngõ vào là

- Rút gọn ta được kết quả: S=A  B;C=AB

9

An Bn Cn-1 Sn Cn

0 0 0 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 1

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 1 0 0 1

1 1 1 1 1

1 1 1 ( );          n n n n n n n n n n n C A B C A B BC AC S Sơ đồ mạch: C n-1 C n B n A n S n Mạch cộng nhị phân 4 bit 74LS83 Ngõ vào: A4-A1: Số nhị phân 4 bit B4-B1: Số nhị phân 4 bit C0: số nhớ Ngõ ra: S4-S1: Tổng C4: số nhớ 2 Xây dựng mạch cộng nhị phân, mạch so sánh tương đương từ các cổng logic khác

A1

A2 8

S2 6 A3

A4

B1 11 B2 7 B3 4 B4 16

C0

74LS83

3 Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic cơ bản Bài 1: So sánh hai số nhị phân 1 bit Bài 2: So sánh hai số nhị phân 2 bit 4 Làm báo cáo thực hành

11

 Sau khi học xong Sinh viên có khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của các cổng logic số

- Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic số

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

1 Khảo sát mạch cộng nhị phân

Kiểm tra mức logic đầu ra

Thiết kế một mạch tổ hợp thực hiện việc cộng 2 số nhị phân 1 bit có nhớ, còn gọi là mạch cộng bán phần Haft – Adder (HA)

- Trước hết, xác định số ngõ vào –ra của mạch tổ hợp: Theo đề bài thì mạch có 2 ngõ vào là

- Rút gọn ta được kết quả: S=A  B;C=AB

2 Khảo sát mạch so sánh hai số nhị phân

1 Thực hiện khảo sách mạch so sánh hai số nhị phân 1 bit

2 Thực hiện khảo sách mạch so sánh hai số nhị phân 2 bit

2 Xây dựng mạch cộng nhị phân, mạch so sánh tương đương từ các cổng logic khác

A1

A2 8

S2 6A3

A4

B1 11 B2 7 B3 4 B4 16

C0

74LS83

3 Thực hiện hàm Boole bằng cổng logic cơ bản Bài 1: So sánh hai số nhị phân 1 bit Bài 2: So sánh hai số nhị phân 2 bit 4 Làm báo cáo thực hành

15

BÀI 4: THỰC HIỆN KẾT NỐI MẠCH DỒN KÊNH

 Sau khi học xong Sinh viên có khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của hệ tổ hợp

- Thực hiện hàm Boole bằng hệ tổ hợp: mux, decoder

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

b Thực hiện hàm Boole bằng MUX

Bài 1: Cho F(A,B) = ∑(0,1,2)

17

Thực hiện hàm Boole bằng MUX

Bài 2: Cho F(A,B,C) = ∑(0,1,2,6)

Thực hiện hàm Boole bằng MUX

BÀI 5: THỰC HIỆN MẠCH GIẢI MÃ

 Sau khi học xong Sinh viên cĩ khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của hệ tổ hợp

- Thực hiện hàm Boole bằng hệ tổ hợp: decoder

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

1 DECODER

a Khảo sát IC74138

- Nối lối vào B với công tắc logic LS7

- Nối lối vào C (bit cao nhất) với công tắc logic LS8

- Nối lối vào G1 (cho phép) với chốt TTL/công tắc logic DS3

- Nối lối vào G2A (cho phép) với chối TTL/ công tắc logic DS1

- Nối lối vào G2B (cho phép) với chốt TTL/ công tắc logic DS2

- Lối ra ( Output) nối với LED của bộ chỉ thị logic (LOGIC INDICATORS) của DTS-21

- Nối lối ra Y0 với LED8

- Nối lối ra Y1 với led 9

- Nối lối ra Y2 vôi Led9

- Nối lối ra Y3 vối LED 11

19

- Nối lối ra Y4 với LED 12

- Nối lối ra Y5 với LED 13

- Nối lối ra Y6 với LED 14

- Nối lối ra Y7 với LED 15

6

9

13 Y2

5V

7 LS6

15

Y4 Y7

10 12

74LS138

1 2 3

15 14 13 12 11 10 9 7

6 4 5

A B C

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

G1 G2A G2B

LS8

Y5 8

Y6 DS1

5V

8

14

Hình D3-1a Bộ giải mã-Decoder dùng vi mạch chuyên dụng

Đặt các công tắc logic LS6-8 và DS1-3 tương ứng với các trạng thái ghi trong bảng

D3-1 Theo dõi trạng thái đèn LED chỉ thị Đèn LED sáng, chứng tỏ mức ra là cao (1), đèn LED tắt là mức thấp (0) Ghi kết quả vào bảng D3-1

Bảng D3-1

DS3 DS1 DS2 LS8 LS7 LS6 LED15 LED14 LED13 LED12 LED11 LED10 LED9 LED 8

* X: giá trị tuỳ ý

Kết luận tóm tắt về bộ giải mã đã khảo sát

b Khảo sát bộ chuyển mã BCD sang mã 7 đồn

Lắp ghép bộ giải mã 7447 chỉ thị số đếm

VCC

B E

4 5

3

13 12 11 10 9 15 14

D0 D1 D2 D3

BI/RBO RBI

LT

A B C D E F G

A

5V

5V

Hình D3-1b Bộ giải mã BCD-7đoạn

Chú ý: bộ giải mã cho ra đường điều khiển tác động ở mức thấp(0)

3.1 Nối mạch của sơ đồ hình D3-1b (IC2) với các mạch của DTS-21 như sau:

*Lối vào (INPUT): nối với bộ công tắc DATA&DEBOUNCE SWITCHES của DTS-21

- Nối lối vào A ( bit thấp nhất) với công tắc logic LS1

- Nối lối vào B với công tắc logic LS2

21

- Nối lối vào C với công tắc logic LS3

- Nối lối vào D (bit cao nhất) với công tắc logic LS4

- Nối lối vào LTEST (Kiểm tra đèn) với chốt TTL/công tắc DS1

- Nối lối vào RBI (lối vào điều khiển sáng) với chốt TTL/ công tắc DS2

*Lối ra (output):

- Các lối ra A-G của IC2 đã nối với các LED/g tương ứng, bố trí theo dạng các đoạn (Segment) của số thập phân Các LED được cấp nguồn theo các anode được nối qua diode D1/1N4007 lên nguồn +5V

- Nối lối ra RBO (báo giá trị mã zero) với LED0 của bộ chỉ thị logic (LOGIC INDICATOR) của DTS-21

3.2 Đặt các công tắc logic LS_104 và DS1-2 tương ứng với các trạng thái ghi trong bảng D3-2

Theo dõi trạng thái đèn LED/a-LED/g, nếu tắt- mức ra là cao (1), còn nếu sáng- mức ra là thấp (0) Ghi kết quả vào bảng D3-2

Ngược lại, đèn LEDO của DTS-21 khi sáng chỉ thị mức ra là cao, nếu tắt-mức ra là thấp

Bảng D3-2

Input

LỐI RA Output

- Thiết kế hệ đếm dùng IC chuyên dụng, lắp ráp mạch và khảo sát

- Thiết kế, thi công, khảo sát hoạt động các mạch đếm theo yêu cầu

- Nhận xét và giải thích được các kết quả thực hành

6.3 NỘI DUNG:

Sơ đồ khối của một mạch đếm cơ bản

Trong đó khối đếm có thể thực hiện theo cách:

- Kết nối từ các phần tử cơ bản của hệ đếm như FF

- Sử dụng các IC chuyên dụng, thực chất các IC này chứa các FF được kết nối sẵn trong IC

để thực hiện các đếm lên hoặc đếm xuống với mod cho trước và có các chân điều khiển để người sử dụng có thể thay đổi mod đếm

2 Thiết kế bộ đếm dùng IC đếm

a IC đếm

IC đếm 10 (7490)

25

IC đếm 12 (7492)

IC đếm 16 (7493)

27

b Thiết kế bộ đếm 10

Tín hiệu xung tạo từ IC 555

c.Thiết kế bộ đếm 12

d Thiết kế bộ đếm 16

3 Hoàn thiện mạch đếm 0-9

4 Hoàn thiện mạch đếm 00-59

 Sau khi học xong Sinh viên có khả năng :

- Thiết kế hệ đếm dùng IC, lắp ráp mạch và khảo sát

- Thiết kế hệ đếm dùng IC chuyên dụng, lắp ráp mạch và khảo sát

- Thiết kế, thi công, khảo sát hoạt động các mạch đếm theo yêu cầu

- Nhận xét và giải thích được các kết quả thực hành

7.3 NỘI DUNG:

Sơ đồ khối của một mạch đếm cơ bản

Trong đó khối đếm có thể thực hiện theo cách:

- Kết nối từ các phần tử cơ bản của hệ đếm như FF

- Sử dụng các IC chuyên dụng, thực chất các IC này chứa các FF được kết nối sẵn trong IC

để thực hiện các đếm lên hoặc đếm xuống với mod cho trước và có các chân điều khiển để người sử dụng có thể thay đổi mod đếm

BÀI 8: CÁC THƠNG SỐ CỦA TÍN HIỆU XUNG

 Sau khi học xong Sinh viên cĩ khả năng :

- Sử dụng được máy OSC

- Lắp ráp, cân chỉnh và đo được các đại lượng: biên độ, tần số, độ rộng xung

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

A Máy OSC

1 Cấu tạo của OSC

2 Chức năng và cách sử dụng các bộ phận trên OSC

 POWER: ông tắc nguồn Khi ở vị trí “ON” thì LED sẽ

sáng

 INTENSITY CONTROL:Dùng để thay đổi cường độ

sáng của tia Để tăng độ sáng ta vặn theo chiều kim đồng

hồ

Điều chỉnh độ hội tụ của tia (điều chỉnh độ sắc

nét)

 TRIG LEVEL: dùng để điều chỉnh cho dạng sóng đứng

yên và định điểm bắt đầu của dạng sóng

 Dùng để lựa chọn kiểu lấy trigger (trigger

mode)

 AUTO: Ở chức năng này, tín hiệu quét được

phát ra khi không có tín hiệu trigger thích hợp; tự

động chuyển về vận hành quét trigger (triggered

sweep) khi có tín hiệu trigger thích hợp

 NORM: Ở chức năng này, tín hiệu quét chỉ

được phát ra khi có tín hiệu trigger thích hợp

 TV-V: Dải tần trigger trong khoảng DC- 1KHz

 TV-H: Dải tần trigger trong khoảng 1KHz-

100KHz

31

Dùng để lựa chọn nguồn lấy trigger

 CH 1: Tín hiệu của kênh CH1 trở thành nguồn

trigger bất chấp vị trí của VERTICAL MODE

 CH 2: Tín hiệu của kênh CH2 trở thành nguồn

trigger

 LINE: Tín hiệu AC line được dùng như là

nguồn lấy trigger

 EXT: Tín hiệu Trigger được lấy từ đầu nối

 POSITION

 Điều chỉnh vị trí của tia sáng theo chiều dọc

 Khi keo ra sẽ làm đảo pha tín hiệu ngõ vào

 Dùng để chọn tỉ lệ theo chiều điện áp

 Khi để ở vị trí AC chỉ cho thành phần AC của

tín hiệu vào máy

 Khi để ở vị trí GND không cho tín hiệu vào

máy

 Khi để ở vị trí DC cho cả thành phần AC và

DC của tín hiệu vào máy

 Ngõ vào của tín hiệu cần đo

 Khi ở vị trí CH1: Chỉ đo một kênh CH1

 Khi ở vị trí CH2: Chỉ đo một kênh CH2

 Khi ở vị trí DUAL: Do đồng thời hai kênh

 Khi ở vị trí ADD: Tín hiệu ngõ ra là tổng của

hai tín hiệu ở kênh CH1 và kênh CH2

33

 Dùng để lấy tín hiệu chuẩn trước khi đo

3 Trước khi sử dụng máy hiện sóng

 Để POWER ở vị trí “OFF”

 Để INTENSITY, FOCUS ở vị trí giữa

 Để VERT MODE ở vị trí CH1

 Núm Amplitude VAR của CH1 và CH2 ở vị trí CAL

 Điều chỉnh CH1 – position, CH2 – position và POS (Time) ở vị trí giữa

 Đặt AC - GND - DC tại vị trí GND

 TIME/DIV: 0.5 mS/DIV

 Sweep VAR chỉnh ở vị trí CAL

 COUPLING để ở vị trí AUTO

 SOURCE đặt ở CH1

 Chỉnh TRIG LEVEL tới vị trí "+"

 Bật công tắc nguồn

 Nếu không thấy tia sáng thì nhấn nút BEAM FIND

 Điều chỉnh CH 1 POS và HORIZONTAL POS để tia sáng nằm ở giữa màn hình Điều chỉnh độ sáng và độ sắc nét của tia sáng

B Mô Hình Thực Hành Kỹ Thuật Xung

1 Giới Thiệu

 Nguồn +12V, -12V, dòng 3A, có bảo vệ quá dòng

 Nguồn 5V, dòng 2A, có bảo vệ quá dòng

 Nguồn dương 0 30V, nguồn âm 0 -30V, dòng 1.5A có bảo vệ quá dòng (mass riêng)

 Nguồn tín hiệu có công tắc xoay để chọn các loại tín hiệu gồm tín hiệu sin, tín hiệu tam giác, xung vuông đơn cực và xung vuông lưỡng cực, có:

 Biên độ 0 10V

 Tần số 1Hz 50KHz

 Các nguồn có led hiển thi báo có nguồn và báo quá dòng

 Các nguồn  12V, +5V và nguồn tín hiệu được nối chung mass, nên chúng có ký hiệu mass giống nhau

 Các nguồn DC thay đổi được từ 0 tới  30V được nối chung mass, nên chúng có ký hiệu mass giống nhau

 Các nguồn DC và nguồn tín hiệu đều được đưa lên Test Board

2 Cách sử dụng

 Dùng VOM và OSC để đo thử và kiểm tra các nguồn trên mô hình

 Ráp thử một mạch ứng dụng trên testboard

C Thực Hành

3 Xác định hình dạng, biên độ, tần số của tín hiệu

 Đọc biên độ:

Biên độ (V) = Biên độ (ô)  Volts / div (V/ô)

 Đọc Chu kỳ:

Chu kỳ (s) = Chu kỳ (ô)  Time / div (s / ô)

 Mỗi lần đo, điều chỉnh núm chỉnh biên độ, núm chỉnh tần số, múm chỉnh dạng điện áp ở vị trí bất kỳ rồi điền vào bảng sau:

Lần

đo

Tần số (Hz)

Dạng sóng

Biên

độ (ô)

Giai

đo (V/ô)

Biên độ (V)

Chu kỳ (ô)

Giai

đo (s/ô)

Chu kỳ (s)

4 Chỉnh một nguồn sao cho có hình dạng, biên độ theo yêu cầu

 VD: Điều chỉnh một nguồn xoay chiều hình Sin có biên độ 10V, tần số 1KHz

 Các bước thực hiện:

+ Bước 1: Điều chỉnh núm chọn dạng sóng theo yêu cầu

+ Bước 2: Điều chỉnh biên đô

 Chọn giai đo thích hợp

 Chỉnh núm chỉnh biên độ trên mô hình sao cho:

Độ cao của biên độ (ô) = Biên độ cần có (V)  Giai đo (V/ô) + Bước 3: Điều chỉnh tần số

 Tính chu kỳ cần có:

f

T  1

 Chọn giai đo thích hợp

 Chỉnh núm chỉnh tần số trên mô hình sao cho:

Chiều dài của chu kỳ (ô) = Chu kỳ cần có (s)  Giai đo (s/ô)

Vẽ 10 đến 12 các tín hiệu đã đo đạc và nhận xét:

 Sau khi học xong Sinh viên cĩ khả năng :

- Ráp mạch và khảo sát nguyên lí hoạt động của các mạch tích phân, vi phân

- Lắp ráp, cân chỉnh và đo được các đại lượng: biên độ, tần số, độ rộng xung

- Nhận xét và giải thích được các kết quả đo

 Vi=5V(sin), Vi là xung vuơng

 Điều chỉnh nguồn tín hiệu là xung vuông

đơn cực có biên độ 5V, f= 200Hz, và thay đổi

thơng số khác nhau cấp vào Vi

 Đo và vẽ Vi (kênh 1) & Vo(kênh 2) vào

 Vi=5V(sin), Vi là xung vuơng

 Điều chỉnh nguồn tín hiệu là xung vuông

đơn cực có biên độ 5V, f= 200Hz, và thay đổi

thơng số khác nhau cấp vào Vi

 Đo và vẽ Vi (kênh 1) & Vo(kênh 2) vào

3 Làm tương tự với mạch tích phân - vi phân sử dụng OP-AMP

- +