GT MD26 KY THUAT SO

MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu …… Bài 1: Cơ sở kỹ thuật số …… Khái niệm tín hiệu số, tín hiệu tương tự 1.1 Tín hiệu tương tự 1.2 Tín hiệu số Khái niệm hệ đếm mã 2.1 Các hệ đếm thông dụng 2.2 Mã loại mã thông dụng Thực phép tính chuyển đổi mã 3.1 Các phép tính kỹ thuật số 3.2 Chuyển đổi hệ mã thông dụng Đại số logic 4.1 Khái niệm đại số logic 4.2 Các hàm logic 4.3 Biểu diễn hàm logic 4.4 Tối giản hàm logic Thực số hàm logic Bài 2: Các phần tử logic Các cổng logic 1.1 Cổng AND 1.2 Cổng OR 1.3 Cổng NOT 1.4 Cổng NAND 1.5 Cổng NOR 1.6 Cổng XOR Một số ứng dụng cổng logic 2.1 Mạch tạo xung vuông dùng cổng NOT, NAND IC 4049 7400 2.2 Mạch đếm đến dùng IC 74164 2.3 Mạch đếm đến 10 dùng IC 4017 Lắp ráp cân chỉnh số mạch dùng cổng logic 3.1 Lắp mạch đếm 10 dùng IC 4017 3.2 Hiệu chỉnh thay đổi hiệu ứng Bài 3: Các phần tử logic thông dụng Mạch tạo thành cổng NAND 1.1 Tạo cổng NAND từ ốt - BJT 1.2 Tạo cổng NAND từ BJT - FET Mạch tạo thành cổng NOR 2.1 Tạo cổng NOR từ ốt - BJT 2.2 Tạo cổng NOR từ BJT - FET …… Mạch tạo thành cổng XOR 3.1 Tạo cổng XOR từ ốt - BJT 3.2 Tạo cổng XOR từ BJT - FET Mạch so sánh 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh 4.2 Đặc điểm nguyên lý làm việc Mạch dùng cổng collector để hở 5.1 Sơ đồ nguyên lý 5.2 Đặc điểm nguyên lý làm việc Mạch dùng cổng ba trạng thái 6.1 Sơ đồ nguyên lý 6.2 Đặc điểm nguyên lý làm việc Thực chuyển đổi từ cổng logic sang cổng lô gic khác 7.1 Nguyên tắc chuyển đổi 7.2 Thực hành chuyển đổi Bài 4: Mạch mã hoá Khái niệm mạch mã hóa 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên tắc loại mạch mã Mạch mã hóa 8/3 dùng cổng logic 2.1 Phương pháp mã 8/3 2.2 Mạch mã hóa 8/3 dùng cổng Logic 2.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch mã hóa 8/3 Mạch mã hóa 10/4 dùng IC TTL 3.1 Phương pháp mã hóa 10/4 3.2 Mạch mã hóa 10/4 dùng IC TTL 3.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch mã hóa 10/4 dùng IC TTL Bài 5: Mạch giải mã Khái niệm mạch giải mã 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên tắc xây dựng loại mạch giải mã Mạch giải mã 2/4 dùng cổng logic 2.1 Phương pháp giải mã 2/4 2.2 Mạch giải mã 2/4 dùng cổng Logic Mạch giải mã 4/10 dùng IC TTL 3.1 Phương pháp giải mã 4/10 3.2 Mạch giải mã 4/10 dùng IC TTL Mạch giải mã từ BCD thành đoạn (LED) hiển thị 4.1 Phương pháp giải mã từ BCD sang hiển thị LED đoạn 4.2 Sơ đồ mạch dùng IC TTL 4.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch Bài 6: Mạch dồn kênh Khái niệm mạch dồn kênh 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên tắc loại mạch dồn kênh Mạch dồn kênh vào 2.1 Phương pháp thực …… 2.2 Mạch điện thực Mạch dồn kênh vào 3.1 Phương pháp thực 3.2 Mạch điện thực 3.3 Lắp ráp cân chỉnh mạch dồn kênh đường vào đường Một số ứng dụng mạch dồn kênh 4.1 Bộ chọn liệu (data selector) 4.2 Biến đổi dạng thông tin vào song song thành nối tiếp Bài 7: Mạch phân kênh Khái niệm mạch phân kênh (DEMUX) 1.1 Khái niệm 1.2 Nguyên tắc loại mạch phân kênh Mạch phân kênh đầu 2.1 Phương pháp thực mạch phân kênh đầu 2.2 Sơ đồ thực dùng cổng logic 2.3 Lắp sơ đồ, kiểm tra cân chỉnh Mạch phân kênh dùng IC CMOS 3.1 Phương pháp xây dựng 3.2 Các sơ đồ mạch dùng IC CMOS 3.3 Lắp sơ đồ cân chỉnh Bài 8: Mạch logic Giới thiệu mạch logic 1.1 Định nghĩa phân loại 1.2 Mạch R - S Flip – Flop 1.3 Mạch J - K Flip – Flop 1.4 Mạch D Flip – Flop 1.5 Mạch T Flip – Flop Một số mạch chuyển đổi ứng dụng FLIP-FLOP 2.1 Một số mạch chuyển đổi thông dụng 2.2 Một số ứng dụng FF Mạch đếm (đếm thập phân, nhị phân) 3.1 Mạch đếm Mô đun 3.2 Mạch đếm không đồng bộ, đồng 3.3 Mạch đếm vòng 3.4 Lắp ráp cân chỉnh số mạch đếm thông dụng dùng FF Các mạch ghi dịch liệu 4.1 Định nghĩa, cấu tạo, phân loại ứng dụng 4.2 Thanh ghi dịch phải 4.3 Thanh ghi dich trái 4.4 Lắp ráp cân chỉnh ghi bít dịch phải sử dụng FF Bài 9: Mạch nhớ ROM Khái niệm chung ROM 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại Cấu trúc chung ROM dang thường dùng 2.1 Sơ đồ khối ROM 2.2 Các dạng thường thường gặp ứng dụng Lắp ráp cân chỉnh ROM 3.1 Chuẩn bị vật tư dụng cụ 3.2 Lắp mạch 3.3 Thực hành đo cân chỉnh Bài 10: Mạch nhớ RAM Khái niệm chung RAM 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại Cấu trúc chung RAM 2.1 Cấu trúc chung RAM 2.2 Các dạng RAM thường thường gặp ứng dụng Lắp ráp cân chỉnh RAM 3.1 Chuẩn bị vật tư dụng cụ 3.2 Lắp mạch 3.3 Thực hành đo cân chỉnh Bài 11: Mạch chuyển đổi A/D Khái niệm 1.1 Khái niêm chung 1.2 Các tham số 1.3 Nguyên lý hoạt động Các phương pháp chuyển đổi 2.1 Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song 2.2 Chuyển đổi A/D theo phương pháp nối mã nhị phân Lắp ráp cân chỉnh A/D 3.1 Chuẩn bị vật tư dụng cụ 3.2 Lắp mạch 3.3 Thực hành đo cân chỉnh Bài 12: Mạch chuyển đổi D/A Khái niệm chung 1.1 Khái niệm, tham số 1.2 Nguyên lý hoạt động Các phương pháp chuyển đổi 2.1 Chuyển đổi D/A theo phương pháp thang điện trở 2.2 Chuyển đổi D/A theo phương pháp mạch điện trở 2.3 Chuyển đổi D/A theo phương pháp mã hoá Shannom Lắp ráp cân chỉnh A/D 3.1 Chuẩn bị vật tư dụng cụ lắp mạch 3.3 Thực hành đo cân chỉnh MƠ ĐUN: KỸ THUẬT SỐ Mã mơ đun: MĐ 26 Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò mơ đun: Trong thiết bị điện - điện tử sử dụng dân dụng công nghiệp đại người ta thường dùng mạch điện tử - số Đặc trưng mạch điện tử - số tín hiệu đầu vào đầu cổng logic, mạch tích hợp, ghi dịch đếm, chuyển đổi ADC DAC, nhớ tín hiệu số Các mạch điện tử - số hoạt động chức năn mạch số bản, tổ hợp đồng nhờ xung nhịp Việc nghiên cứu khái niệm tín hiệu số, mạch số, thiết kế lắp ráp, sửa chữa, bảo dưỡng mạch số công việc cần thiết thiếu người làm việc lĩnh vực điện - điện tử nói chung điện dân dụng nói riêng Khi có kiến thức vững có tay nghề rèn luyện để lắp ráp, sửa chữa mạch số, góp phần khơng nhỏ vào vững vàng việc vận hành, bảo dưỡng sửa chữa thiết bị điện - điện tử dùng dân dụng công nghiệp thiết bị tự động điều khiển Mô đun mô đun sở chuyên môn nghề, bố trí sau sinh viên học xong mơn học chung, môn học/ mô đun: ATLĐ; Mạch điện; Vẽ điện; Vật liệu điện; Kỹ thuật điện tử bản; Khí cụ điện hạ thế; Đo lường điện không điện; Kỹ thuật xung Mục tiêu: *Về kiến thức: - Trình bày cấu tạo số ứng dụng cổng logic - Trình bày cấu trúc hoạt động mạch FF, mã hoá, giải mã, dồn kênh, phân kênh, mạch đếm, ghi dịch, mạch chuyển đổi A/D, D/A, nhớ ROM RAM * Về kỹ năng: - Lắp ráp cân chỉnh mạch ứng dụng cổng logic - Lắp ráp sửa chữa mạch: Mã hoá, giải mã, MUX, DEMUX, mạch đếm, ghi dịch, mạch chuyển đổi A/D, D/A; nhớ ROM RAM đơn giản * Về thái độ: - Có tính tư duy, sáng tạo đảm bảo an tồn, vệ sinh công nghiệp Nội dung mô đun: Số T T 10 11 12 Tên mô đun Tổng số Cơ sở kỹ thuật số Các phần tử lôgic Các phần tử lôgic thông dụng Mạch mã hóa Mạch giải mã Mạch dồn kênh Mạch phân kênh Mạch lôgic Mạch nhớ ROM Mạch nhớ RAM Mạch chuyển đổi A/D Mạch chuyển đổi D/A Cộng: 4 6 5 4 4 60 Thời gian Thực Lý hành/ thuyết Bài tập 2 2 3 3 2 3 2 2 2 29 28 Kiểm tra* 0 0 0 0 BÀI CƠ SỞ KỸ THUẬT SỐ Mã bài: MĐ26.01 Giới thiệu: Để có kiến thức kỹ thuật số, việc hiểu rõ khái niệm loại tín hiệu số, mạch số kiến thức đại số logic để hiểu khai sinệm mã hóa Bài học "Cơ sở kỹ thuật số" giới thiệu khái niệm tín hiệu số, mạch số, khái niệm hệ đếm, mã kiến thức đại số logic Bài học sở hoàn hảo để tiếp thu nội dung kiến thức mô đun Mục tiêu: - Phân biệt tín hiệu số, tín hiệu tương tự, với tín hiệu khác - Trình bày khái niệm mã hệ đếm - Thực phép toán cộng, trừ, nhân, chia số nhị phân cách chuyển đổi hệ đếm - Giải thích hàm số logic - Chủ động, sáng tạo q trình học tập Nội dung chính: Khái niệm tín hiệu số, tín hiệu tương tự Mục tiêu: Trình bày lại khái niệm tín hiệu tương tự tín hiệu số; mạch tương tự tín hiệu số 1.1 Tín hiệu tương tự: TÝn hiƯu lµ biĨu hiƯn vËt lý cđa tin tøc Trong kü thuật điện tử, tin tức đợc biến đổi thành dao động điện từ điện từ Nh nói cách khác tín hiệu dao động điện - tõ cã chøa tin tøc VÝ dơ mirco biÕn ®ỉi tiếng nói thành dòng điện gần nh liên tục theo thời gian, gọi tín hiệu âm tần Tín hiệu điện từ sơ khai vừa nói ta gọi chung tín hiệu sơ cấp Khi nghiờn cu tớn hiệu người ta thường biểu diễn hàm biến thời gian s(t) biến tần số s(f) Tuy nhiên biểu diễn tín hiệu (điện áp dòng điện) hàm biến thời gian s(t) thuận lợi thơng dụng 1.1 Tín hiệu tương tự Một tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian, người ta gọi tín hiệu tương tự, tín hiệu tuyến tính hay tín hiệu analog (hình 1.1) s(t) s(t) s(t) t t t t s(t) Hình 1.1 Tín hiệu tương tự Trong điện tử, mạch điện để xử lý tín hiệu tương tự gọi mạch tương tự hay mạch analog 1.2 Tín hiệu số Tín hiệu xung điện tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với trình độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: - Loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình 1.2) u(t) u(t) u(t) t t t Hình 1.2 Tín hiệu nhiễu - Loại xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng (Hình 1.3) u(t) u(t) u(t) u(t) t Tb Tb t t t (d) (c) (a) (b) Hình 1.3: Các dạng xung mạch điện thiết kế Nếu ta biểu diễn tín hiệu xung điện áp hàm u(t), t biến thời gian tín hiệu tuần hồn khơng tuần hồn u(t) = u( t + nT); n = 0, 1, 2 (1.1.) Khi u(t) thoả mãn điều kiện (1.1) thời điểm t u(t) tín hiệu tuần hoàn với chu kỳ T (ở T khoảng thời gian nhỏ để tín hiệu u(t) lặp lại q trình trước chiều giá trị) Nếu khơng tìm giá trị hữu hạn T thoả mãn (1.1) tức T tiến tới vô (T) u(t) tín hiệu khơng tuần hồn Trong điện tử, mạch điện để xử lý tín hiệu xung gọi mạch xung - Một dạng đặc biệt tín hiệu xung, tín hiệu biểu diễn xung vuông mà tất khoảng thời gian có xung hay khơng có xung tín hiệu số nguyên lần khoảng thời gian T b - hình 1.3.(b), người ta gọi tín hiệu số hay tín hiệu digital Tb gọi chu kỳ bít Trong điện tử, mạch điện để xử lý tín hiệu số gọi mạch số hay mạch digital Khái niệm mã hệ đếm Mục tiêu: - Trình bày khái niệm số hệ đếm thơng dụng - Trình bày khái niệm mã số loại mã thông dụng 2.1 Các hệ đếm thông dụng Thực tế có loại hệ đếm: - Hệ đếm theo vị trí: Là hệ đếm mà giá trị số lượng chữ số không phụ thuộc vào giá trị nó, mà phụ thuộc vào vị trí đứng số (trọng số) Ví dụ: 1999; 2012 … - Hệ đếm không theo vị trí: Là hệ đếm mà giá trị số lượng chữ số khơng phụ thuộc vào vị trí đứng số Đó số hệ La mã: I, II, III, , X, L, C, D, M Ví dụ số 1087 hệ đếm theo vị trí, viết hệ đếm khơng theo vị trí MLXXXVII Thực tế hệ đếm theo vị trí hệ đếm thơng dụng nên ta xét hệ đếm theo vị trí 2.1.1 Hệ đếm số 10 (hệ thập phân) Hệ thập phân hệ thống số quen thuộc đời sống người Hệ đếm sử dụng 10 chữ số dãy số tự nhiên 0, 1, 2, , với trọng số tương ứng chúng để biểu diễn tất số lại hệ đếm Để số hệ đếm 10 (hệ đếm X) giáo trình dụng số 10 (X) phía số Dưới vài ví dụ số thập phân: N10 = 199810= 1x103 + 9x102 + 9x101 + 8x100 = 1x1000 + 9x100 + 9x10 + 8x1 N10 = 3,1410 = 3x100 + 1x10-1 +4x10-2 = 3/1 + 1/10 + 4/100 2.1.2 Hệ đếm số (hệ nhị phân) Hệ đếm nhị phân gọi hệ đếm số hệ đếm mà người ta sử dụng hai kí hiệu để biểu diễn tất số Hai ký hiệu gọi chung bit digit đặc trưng cho mạch điện tử có hai trạng thái ổn định hay gọi trạng thái bền FLIP- FLOP (ký hiệu FF) Một nhóm bít gọi nibble Một nhóm bít gọi byte Nhóm nhiều bytes gọi từ (word) Xét số nhị phân bít: a a2a1a0 Biểu diễn dạng đa thức theo số là: a a2a1a0 = a + a2 22 + a1.21 + a0.20 3 Trong đó: - 20, 21, 22, (hay 1, 2, 4, 8) gọi trọng số - a0 gọi bit có trọng số nhỏ nhất, hay gọi bit có ý nghĩa nhỏ (LSB: Least Significant Bit) - a gọi bit có trọng số lớn nhất, hay gọi bít có ý nghĩa lớn (MSB: Most Significant Bit) Ví dụ: N2 = 11011 = 1x24 + 1.23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 = 1x16 + 1x8 + 0x + 1x2 + 1x1 Hoặc số khác: 11100011; 1010101111; … 2.1.3 Hệ đếm số (hệ bát phân - Hệ Octa) Hệ bát phân gồm tám số tập hợp S8 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} Hay nói cách khác: Hệ bát phân hệ đếm mà người ta dùng chữ số dãy số tự nhiên 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, để biểu diễn tất số tự nhiên Số N hệ bát phân: N8 = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)8 (với ∈ S8) Có giá trị là: N8 = an 8n + an-18n-1 + an-28n-2 + + ai8i +a080 + a-1 8-1 + a-2 8-2 + .+ a-m8-m Ví dụ: N8 = 1307,18 = 1x83 + 3x82 + 0x81 + 7x80 + 1x8-1 = 711,12510 2.1.4 Hệ đếm số 16 (hệ thập lục phân - Hệ Hexa) Hệ thập lục phân dùng thuận tiện để người giao tiếp với máy tính, hệ gồm mười sáu số tập hợp S 16 ={0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F }; A tương đương với 1010 , B =1110 , , F=1510 Số N hệ thập lục phân: N16 = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)16 (với ai∈ S16) Có giá trị là: N16 = an 16n + an-116n-1 + an-216n-2 + + ai16i +a0160+ a-1 16-1 + a-2 16-2 + .+ a-m16-m Người ta thường dùng chữ H (hay h) sau số để số thập lục phân Ví dụ: N16 = 20EA,8H = 20EA,8 = 2x163 + 0x162 + 14x161 + 10x160 + 16 8x16-1 = 4330,510 2.1.5 Biến đổi qua lại hệ thống số Khi có nhiều hệ thống số, việc xác định giá trị tương đương số hệ so với hệ cần thiết Trong phạm vi chương trình mô đun này, ta xét phương pháp biến đổi qua lại số hệ sang hệ 10 ngược lại Đổi số từ hệ b sang hệ 10 Để đổi số từ hệ b sang hệ 10 ta triển khai trực tiếp đa thức b Một số N hệ b: Nb = (anan-1an-2 .ai a0 , a-1a-2 a-m)b với ∈ Sb Hệ thống số xử lý tín hiệu số, mà tín hiệu tự nhiên tín hiệu tương tự: Nên khâu trình kết nối tương tự số mạch chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số (A/DC) Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, nguyên lý mạch chuyển đổi A/D - Lắp ráp, sửa chữa mạch chuyển đổi A/D - Có tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Khái niệm chung Mục tiêu: Trình bày khái niệm giải thích sơ đồ khối mạch chuyển đổi A/D 1.1 Khái niêm chung Mạch chuyển đổi A/D mạch dùng để chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự (đầu thiết bị tương tự) thành dạng tín hiệu số, thuận tiện cho việc xử lý mạch số hay hệ thống số Để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, người ta khơng thể biến đổi giá trị tín hiệu tương tự mà biến đổi số gía trị cụ thể cách lấy mẫu tín hiệu theo chu kỳ xác định nhờ tín hiệu có dạng xung Ngoài ra, mạch biến đổi cần khoảng thời gian cụ thể (khoảng 1μs - 1ms) cần giữ mức tín hiệu biến đổi khoảng thời gian để mạch thực việc biến đổi xác Đó nhiệm vụ mạch lấy mẫu giữ Hình dạng mạch lấy mẫu giữ bản: Điện tương tự cần biến đổi lấy mẫu thời gian ngắn tụ nạp điện nhanh qua tổng trở thấp OP-AMP transistor dẫn giữ giá trị khoảng thời gian transistor dừng (tụ phóng chậm qua tổng trở vào lớn OP-AMP) 1.2 Sơ đồ khối Mạch biến đổi ADC gồm phận trung tâm mạch so sánh Điện tương tự chưa biết va áp vào đầu vào mạch so sánh, đầu vào nối đến điện tham chiếu thay đổi theo thời gian Vr(t) Khi chuyển đổi điện tham chiếu tăng theo thời gian gần với điện tương tự (với sai số nguyên lượng hóa) Lúc mạch tạo mã số có giá trị ứng với điện vào chưa biết Vậy nhiệm vụ mạch tạo mã số thử số nhị phân cho hiệu số va trị nguyên lượng hóa sau nhỏ 1/2 LSB va - (VFS / 2n - 1)(B)2 | < 1/2 LSB Các tham số Mục tiêu: Trình bày tham số mạch chuyển đổi A/D ADC – miêu tả giá trị analog đầu vào giá trị số nhị phân „ ADC phức tạp tốn nhiều thời gian biến đổi DAC „ Một số ADC sử dụng DAC phần „ Một opamp sử dụng làm so sánh ADC Nguyên lý hoạt động Mục tiêu: Vẽ sơ đồ khối tổng quát trình bày nguyên lý hoạt động mạch ADC Về sơ đồ khối mạch ADC sau: Trong đó: - Op-amp giữ vai trò mạch so sánh - D/A converter với ghi (register) tạo điện tham chiếu cho khối so sánh Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối sau: - Lệnh START bắt đầu trình biến đổi „ - Control unit thay đổi giá trị nhị phân ghi „ - Giá trị nhị phân ghi biến đổi thành giá trị nhị phân VAX „ - Bộ so sánh so sánh VAX với VA Khi VAX < VA, đầu so sánh mức cao Khi VAX > VA, đầu có mức thấp, trình biến đổi kết thúc, giá trị nhị phân nằm ghi Bộ phận điều khiển phát tín hiệu end-ofconversion signal - EOC Các phương pháp chuyển đổi Mục tiêu: Trình bày sơ đồ khối nguyên lý hoạt động số phương pháp chuyển đổi A/D 4.1 Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song (parallel hay flash conversion) Đây mạch đổi có tốc độ chuyển đổi nhanh, đạt vài triệu lần giây, áp dụng vào việc chuyển đổi tín hiệu hình kỹ thuật video Ví dụ để có mạch đổi bit, người ta dùng mạch so sánh đầu vào mạch mã hóa ưu tiên để tạo mã số nhị phân đầu ra: - Khi va < Vr /10, đầu mạch so sánh lên cao khiến mã số 000 - Khi Vr /10