Giáo trình Kỹ thuật số (Ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí)

UBND TỈNH HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG Giáo trình: Kỹ thuật số Chun ngành: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí (Lưu hành nội bộ) HẢI PHÒNG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao đẳng, giáo trình kỹ thuật số giáo trình mơ đun đào tạo chuyên ngành Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logic Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 104 gồm có: Bài MĐ21-1: Khảo sát Logic số đại số logic Bài MĐ21-2: Biểu diễn tối thiểu hóa hàm logic Bài MĐ21-3: Khảo sát họ vi mạch số thông dụng Bài MĐ21-4: Khảo sát cổng logic Bài MĐ21-5: Phân tích thiết kế mạch logic tổ hợp Bài MĐ21-6: Thiết kế lắp ráp mạch mã hóa Bài MĐ21-7: Thiết kế lắp ráp mạch giải mã Bài MĐ21-8: Thiết kế lắp ráp mạch giải mã BCD sang LED Bài MĐ21-9: Thiết kế lắp ráp mạch phân kênh Bài MĐ21-10: Thiết kế lắp ráp mạch dồn kênh Bài MĐ21-11: Lắp ráp mạch khảo sát Flip – Flop Bài MĐ21-12: Thiết kế lắp ráp mạch ghi dịch Bài MĐ21-13: Thiết kế lắp ráp mạch đếm không đồng Bài MĐ21-14: Thiết kế lắp ráp mạch đếm đồng Bài MĐ21-15: Thiết kế lắp ráp mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC) Bài MĐ21-16: Thiết kế lắp ráp mạch chuyển đổi tương tự - số (DAC) Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN 14 BÀI 1: KHẢO SÁT VỀ LOGIC SỐ VÀ ĐẠI SỐ LOGIC 15 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ SỐ 15 1.1 Mạch tương tự (Analog circuit) 15 1.2 Mạch số tín hiệu số 16 HỆ ĐẾM 16 2.1 Khái niệm hệ đếm 16 2.2 Các hệ đếm 16 2.3 Chuyển đổi hệ đếm 18 CÁC LOẠI MÃ THÔNG DỤNG 21 3.1 Mã BCD – Binary code Decimal (8421) 21 3.2 Mã vòng (Gray code) 21 ĐẠI SỐ LOGIC (Boolean) 24 4.1 Khái niệm hàm logic 24 4.2 Các tính chất đại số logic 24 4.3 Các định lý đại số Boolean 25 4.4 Định lý Demorgan 25 4.5 Một số đẳng thức tiện dụng 25 BÀI TẬP 25 BÀI 2: BIỂU DIỄN VÀ TỐI THIỂU HÓA HÀM LOGIC 27 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN HÀM LOGIC 27 1.1 Phương pháp biểu diễn thành bảng giá trị hàm 27 1.2 Đặc điểm 28 1.3 Phương pháp biểu diễn dạng hình học 29 1.4 Phương pháp biểu diễn biểu thức đại số 29 1.5 Phương pháp biểu diễn bảng Karnaugh 31 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỐI THIỂU HÓA HÀM 32 2.1 Tối thiểu hóa hàm logic phương pháp đại số 32 2.2 Tối thiểu hóa hàm logic phương pháp bảng Karnaugh 32 BÀI TẬP 34 BÀI 3: KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 36 CỔNG NOT 36 1.1 Định nghĩa 36 1.2 Ký hiệu, biểu thức toán học 36 1.3 Bảng chân lý 36 1.4 Dạng sóng cổng NOT 36 1.5 Biểu diễn cổng NOT mạch điện đơn giản 37 1.6 Biểu diễn cổng NOT mạch bán dẫn đơn giản 37 CỔNG OR 37 2.1 Định nghĩa 37 2.2 Ký hiệu biểu thức toán học 38 2.3 Bảng chân lý 38 2.4 Dạng sóng cổng OR 38 2.5 Biểu diễn cổng OR mạch điện đơn giản 38 2.6 Biểu diễn cổng OR mạch điện tử đơn giản 39 CỔNG NOR 39 3.1 Định nghĩa 39 3.2 Ký hiệu biểu thức toán học 39 3.3 Bảng chân lý 40 3.4 Dạng sóng cổng NOR 40 3.5 Biểu diễn cổng NOR mạch điện đơn giản 40 3.6 biểu diễn cổng NOR mạch điện tử đơn giản 40 CỔNG AND 41 4.1 Định nghĩa 41 4.2 Ký hiệu, biểu thức toán cổng AND 41 4.3 Bảng chân lý 41 4.4 Dạng sóng cổng AND 42 4.5 Biểu diễn cổng AND mạch điện đơn giản 42 4.6 Biểu diễn cổng AND mạch điện tử đơn giản 42 CỔNG NAND 47 5.1 Định nghĩa 47 5.2 Ký hiệu, biểu thức toán cổng NAND 47 5.3 Bảng chân lý 47 5.4 Dạng sóng cổng NAND 48 5.5 Biểu diễn cổng NAND mạch điện đơn giản 48 5.6 Biểu diễn cổng NAND mạch điện tử đơn giản 48 CỔNG EXOR 49 6.2 Ký hiệu, biểu thức toán cổng EXOR 49 6.3 Bảng chân lý 49 6.4 Dạng sóng cổng EXOR 49 6.5 Mạch điện tương đương cổng EXOR dùng cổng logic 50 CỔNG EXNOR 50 7.1 Định nghĩa 50 7.2 Ký hiệu, biểu thức toán cổng EXNOR 50 7.3 Bảng chân lý 50 7.4 Dạng sóng cổng EXNOR 51 7.5 Mạch điện tương đương cổng EXNOR dùng cổng logic 51 CỔNG ĐỆM (Buffer) 51 8.1 Định nghĩa 51 8.2 Ký hiệu, biểu thức toán 51 8.3 Bảng chân lý 52 8.4 Biểu diễn cổng đệm mạch điện tử đơn giản 52 8.5 Dạng sóng cổng Buffer 52 CỔNG ĐỆM TRẠNG THÁI 52 9.1 Định nghĩa 52 9.2 Bảng trạng thái cổng đệm trạng thái 53 BÀI 4: KHẢO SÁT CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG 58 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VI MẠCH SỐ 58 1.1 Khái niệm chung 58 1.2 Phân loại 58 KHẢO SÁT CÁC HỌ VI MẠCH SỐ TTL (Transistor – Transistor – logic) 59 2.1 Đặc điểm chung 59 2.2 Phân loại TTL 60 2.3 Đặc tính điện 62 2.4 Những ý sử dụng IC ho TTL 63 KHẢO SÁT CÁC VI MẠCH SỐ CMOS (Complememtary Metal-OxideSemiconductor) 63 3.1 Đặc điểm chung 63 3.2 Cấu tạo 65 3.3 Phân loại 65 3.4 Đặc tính kỹ thuật 67 3.5 Những ý sử dụng IC họ CMOS 70 BÀI TẬP 70 BÀI 5: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH LOGIC TỔ HỢP 71 KHÁI NIỆM MẠCH LOGIC TỔ HỢP 71 1.1 Định nghĩa 71 1.2 Phân loại 71 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH LOGIC TỔ HỢP 71 2.1 Phân tích mạch logic tổ hợp 71 2.2 Thiết kế mạch logic tổ hợp 76 MỘT SỐ MẠCH LOGIC ỨNG DỤNG DÙNG CÁC CỔNG LOGIC 80 3.1 Mạch tự động bơm nước 80 3.2 Mạch điều khiển đèn cầu thang cơng tắc cho bóng đèn 84 BÀI TẬP 87 BÀI 6: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH MÃ HÓA 88 KHÁI NIỆM MẠCH MÃ HÓA 88 MACH MÃ HÓA THẬP PHÂN SANG BCD (Decimal to BCD converter) 89 2.1 Thiết kế mạch logic 89 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 90 2.3 Lắp ráp mạch điện board cắm đa 90 BÀI TẬP 92 BÀI 7: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH GIẢI MÃ 93 KHÁI NIỆM MẠCH GIẢI MÃ 93 MẠCH GIẢI MÃ BCD SANG THẬP PHÂN (Các đầu tích cực mức cao) 93 2.1 Thiết kế mạch logic 93 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 95 2.3 Lắp ráp mạch điện board cắm đa 95 BÀI TẬP 97 BÀI 8: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH PHÂN KÊNH 98 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH PHÂN KÊNH 98 MẠCH PHÂN KÊNH BỐN ĐƯỜNG RA 98 2.1 Thiết kế mạch logic 98 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 99 2.3 Thực hành 100 MẠCH PHÂN KÊNH TÁM ĐƯỜNG RA 102 3.1 Thiết kế mạch logic 102 3.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 103 3.3 Thực hành 103 BÀI TẬP 106 BÀI 9: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH DỒN KÊNH 107 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH DỒN KÊNH 107 MẠCH DỒN KÊNH BỐN ĐƯỜNG VÀO 107 2.1 Thiết kế mạch logic 107 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 108 2.3 Thực hành 109 MẠCH DỒN KÊNH TÁM ĐƯỜNG VÀO 111 3.1 Thiết kế mạch logic 111 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 112 2.3 Thực hành 112 BÀI TẬP 115 BÀI 10: LẮP RÁP MẠCH KHẢO SÁT FLIP – FLOP 116 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ FLIP – FLOP 116 FLIP – FLOP LOẠI RS 117 2.1 Flip – Flop loại RS không đồng 117 2.2 Flip – Flop loại RS đồng 120 FLIP – FLOP LOẠI JK 122 FLIP – FLOP LOẠI D 123 FLIP – FLOP LOẠI T 124 KHẢO SÁT MỘT SỐ VI MẠCH (IC) FLIP – FLOP 125 6.1 Khảo sát IC 74112 (FF – JK) 125 6.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 127 6.3 Thực hành 127 6.4 Khảo sát IC 74LS74 (FF – D) 129 6.5 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 131 6.6 Thực hành 131 BÀI TẬP 133 BÀI 11: THIẾT KẾ VÀ LÁP RÁP MẠCH GHI DỊCH 135 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH GHI DỊCH 135 1.1 Khái niệm chung 135 10 1.2 Phân loại mạch ghi dịch 136 1.3 Các bước xây dựng mạch ghi dịch 136 MẠCH GHI DỊCH DÙNG FLIP – FLOP 136 2.1 Mạch ghi dịch bit 136 2.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 138 2.3 Thực hành 138 VI MẠCH GHI DỊCH 140 3.1 Vi mạch ghi dịch dùng IC 74LS164 140 3.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 143 3.3 Thực hành 143 3.4 Vi mạch ghi dịch 74LS194 145 3.5 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 146 3.6 Thực hành 147 BÀI TẬP 149 BÀI 12: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM KHÔNG ĐỒNG BỘ 150 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐẾM 150 1.1 Khái niệm chung 150 1.2 Phân loại mạch đếm 150 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 151 2.1 Đặc điểm chung 151 2.2 Phương pháp thiết kế 151 MẠCH ĐẾM LÊN KHÔNG ĐỒNG BỘ BIT (MODULE M = 16) 151 3.1 Thiết kế mạch điện logic 151 3.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 152 3.3 Thực hành 153 MẠCH ĐẾM LÊN KHÔNG ĐỒNG BỘ MODULE M = 10 155 4.1 Thiết kế mạch điện 155 4.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 157 4.3 Thực hành 157 BÀI TẬP 160 BÀI 13: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ 161 ĐẶC ĐIỂM CHUNG 161 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 161 MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 16 162 11 3.1 Thiết kế mạch điện 162 3.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 163 3.3 Thực hành 163 MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 10 165 4.1 Thiết kế mạch điện 165 4.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus 166 4.3 Thực hành 166 BÀI TẬP 168 TÀI LIỆU THAM KHẢO 170 12 D3 D4 Q3 A Q2 A Q1 A Q0 PRESET D2 A D1 K K K K S R Ck Q3 Q2 Q1 Q0 STP 1 1 15 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 10 0 0 Từ bảng trạng thái ta tìm hàm đầu vào sau: Ji = Ki = ‘1’; i = 0, 1, 2, Ck0 = Ck Ck1 = Q0 Ck2 = Q1 Ck3 = Q2 Si = ‘1’ R i  Q3.Q1 b Sơ đồ mạch điện R1 R2 R3 R4 220 220 220 220 K Q 74HC112 Q 74HC112 12 J U2:B Q 10 13 CLK K 11 S Q U3:A 7400 CLK K R CLK J S S U2:A Q 74HC112 74HC112 12 14 Q R Q J U1:B 15 CLK K 11 R Q 13 15 J U1:A 14 R S SW-SPDT 10 SW1 Hình 12 – Mạch đếm lên không đồng Module M = 10 c Nguyên lý hoạt động Khi chưa có xung Ck tác động vào (Ck = 0) mạch chưa hoạt động đầu có trạng thái: Q00 = 0; Q01 = 0; Q03 = 0;  0000(2)  0(D) Khi cho xung Ck thứ vào (Ck = 1) có FF (F0) lật trạng thái Q10 = 1, FF thứ hai (F1) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q11 = 0, FF thứ ba (F2) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q12 = 0, FF thứ tư (F3) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q13 = 0, đầu có trạng thái: Q10 = 1, Q11 = 0, Q12 = 0, Q13 = 0;  0001(0)  1(D) Khi cho xung Ck thứ hai vào (Ck = 2) có FF (F0) lật trạng thái Q20 = 0, FF thứ hai (F1) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q21 = 156 1, FF thứ ba (F2) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q22 = 0, FF thứ tư (F3) chưa kích xung nên giữ nguyên trạng thái trước Q23 = 0, đầu có trạng thái: Q20 = 0, Q21 = 1, Q22 = 0, Q23 = 0;  0010(0)  2(D)…v…v Như FF lật trạng thái có xung Ck tác động Lần lượt đầu ta nhận trạng thái bảng trạng thái ta xây dựng Đến xung thứ 10: Q100 = 0, Q101 = 1, Q102 = 0, Q103 = 1;  1010(0)  10(D)  R  Q101.Q103   Chân R tích cực mạch tự động quay trạng thái ban đầu 0000(2) 4.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo yêu cầu - IC 74112, 7400 - Các chuyển mạch (các mức logic) - Led - Điện trở - Xung Clock Bước 3: Sắp xếp linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu đặt bên phải Bước 4: Mô mạch điện - Lập bảng hoạt động mạch - Bật tắt chuyển mạch theo thứ tự ghi kết vào bảng - So sánh kết với bảng cho trước 4.3 Thực hành a Cơng tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo thiết bị, dụng cụ đặt vị trí dễ thao tác, an tồn, vệ sinh công nghiệp - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, chủng loại yêu cầu - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ yêu cầu kỹ thuật - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn làm việc bình thường Board cắm phải có lỗ cắm phải chắn đảm bảo tiếp xúc b Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV Bảng 12 – Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV TT I TÊN THIẾT BỊ Thiết bị, dụng cụ Board nguồn Board cắm số Đồng hồ vạn MÔ TẢ KỸ THUẬT Board TT số Đo dịng, áp, đo điện trở Panh kẹp Kìm cắt ( kéo) 157 SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH 01 01 Cái Cái 01 Cái 01 01 Cái Cái GHI CHÚ II Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn) Máy vi tính Mơ mạch số Vật tư, linh kiện IC U1 74112 IC U2 7400 Led đơn Hiển thị Điện trở 330  Dây kết nối Loại 01 lõi 01 Cái 01 Bộ 02 01 04 04 02 Con Con Con Con m c Nội dung thực hành Lắp ráp mạch mạch điện mạch đếm lên không đồng Module M = 10 hình 12 – - Sơ đồ chân: Hình 12 – Sơ đồ chân IC 74LS112 - Hình dạng: Hình 12 – Hình dạng IC 74LS112 d Trình tự thực Bảng 12 – Trình tự thực Các bước Thao tác thực hành công việc Bước 1: - Chuẩn bị - Kiểm tra chất lượng linh kiện xác định cực tính linh chọn kiện - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh chân IC - Kiểm tra - Vệ sinh đầu dây kết nối: 158 Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, thiết bị - Xác định cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng - Chân linh kiện dây kết nối phải sáng bóng, khơng bị xi hóa Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt board mạch Vệ sinh đầu dây - Board cắm - Phải đảm bảo lỗ dưỡng chân IC tốt, cắm IC phải chắn - Xác định vị - Xác định vị trí đặt linh - Dây nối phải gọn gàng, trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đảm bảo kỹ thuật, kiện đường nối dây mỹ thuật thuận tiện cho board - Uốn nắn dây cắm cho việc cân chỉnh mạch phù hợp vị trí lắp ráp Bước : Lắp ráp linh Lắp ráp linh kiện đảm bảo - Chọn vị trí lắp IC phù kiện theo trình tự: hợp board cắm - Lắp IC - Điểm tiếp xúc lỗ - Lắp đèn led board cắm dây kết - Cắm dây liên kết mạch, nối phải đảm bảo dây cấp nguồn chắn, gọn gàng - Các dây nối tránh chồng chéo - Đo kiểm tra liên kết : - Đảm bảo linh kiện liên Bước 3: Đo kiểm tra Kiểm tra lại từ sơ đồ kết vị trí, cực an tồn cho nguyên lý sang sơ đồ lắp tính mạch điện ráp ngược lại - Đảm bảo giá trị điện - Đo kiểm tra an toàn: Bật trở an toàn thuận nghịch ĐHVN nấc thang đo khác xa điện trở R x 10 100 đo kiểm tra đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo - Cấp nguồn +5V mass - Đảm bảo cấp nguồn Bước 4: Cấp nguồn từ board nguồn vào mạch vị trí yêu cầu lắp ráp vị trí +5V mass - Điều khiển chuyển - Quan sát mạch điện, ghi Bước 5: Khảo sát mạch chép kết vào phiếu mạch điện luyện tập Dây kết nối lõi, board cắm, linh kiện Đồng hồ vạn Board nguồn, đồng hồ vạn Phiếu luyện tập e Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục Bảng 12 – Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân - Mạch cấp nguồn - Do liên kết mạch hoạt động không theo yêu cầu - Mạch cấp nguồn - Do IC liên kết mạch hoạt chuyển mạch động không theo yêu cầu 159 Biện pháp khắc phục - Kiểm tra lại liên kết mạch - Kiểm tra lại IC - Kiểm tra lại SW phải có mức H, L rõ ràng f Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch cố kiến thức theo phiếu luyện tập BÀI TẬP Bài 1: Lắp ráp mạch đếm lên không đồng Module M = 16 dùng IC 4027 Bài 2: Lắp ráp mạch đếm lên không đồng Module M = 10 dùng IC 7476 Bài 3: Lắp ráp mạch đếm xuống không đồng Module M = 10 dùng IC 7476 Ghi nhớ: * Khái niệm chung mạch đếm Nắm vững đầu vào, đầu của mạch đếm, cách phân loại mạch đếm * Đặc điểm chung phương pháp thiết kế - Nắm vững bước thiết kế mạch đếm * Mạch đếm lên không đồng module: M = 16, M = 10 - Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động mạch đếm lên không đồng module: M = 16, M = 10 160 BÀI 13: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM ĐỒNG BỘ MÃ BÀI: MĐ15 – 13 Giới thiệu: Ở phần trước ta biết mạch đếm không đồng có nhiều tầng FF tích luỹ nhiều trì hỗn truyền tầng làm cho lớn chu kì đếm xung khiến tồn mạch hoạt động sai logic hoạt động tần số cao Như mạch đếm bốn bit chia nói trước: số đếm tăng từ 1110 lên 1111 cần chờ ngõ FF thay đổi nên 1tD Khi số đếm tăng từ 1011 lên 1100 đòi hỏi ba FF chuyển mạch liên tiếp nên phải 3t D Trường hợp số đếm tự động reset 0000 FF chuyển trạng thái trì hỗn truyền 4t D Có thể khắc phục giới hạn việc sử dụng đếm đồng hay gọi đếm song song tất tầng kích xung nhịp Ck đầu vào Khi FF chuyển mạch lúc khiến thời gian trì hỗn mạch đếm trì hỗn truyền FF số tầng Để đảm bảo hoạt động đúng, số cổng logic thêm vào để khống chế ngõ vào J, K (T) Mục tiêu: Sau học xong học học viên có khả năng: - Kiến thức: Trình bày bảng trạng thái, viết hàm quan hệ vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, dạng sóng mạch đếm đồng bộ, khả ứng dụng, phương pháp xây mạch đếm đồng - Kỹ năng: Trình bày qui trình lắp ráp lắp mạch đếm đồng bộ, nhận biết lỗi khắc phục lỗi - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Chủ động, sáng tạo, nghiêm túc, tự giác học tập, đảm bảo an toàn cho người thiết bị Nội dung chính: ĐẶC ĐIỂM CHUNG - Được tạo thành từ FF – JK FF – T - Xung đếm Ck đưa đến tác động đồng thời chân Ck FF mạch đếm - Các đầu vào T J,K FF lấy từ đầu FF qua mạch vòng hồi tiếp - Để thay đổi trạng thái đầu mạch đếm ta phải tác động vào xung CK - Mạch đếm module 2n hay module M tự động quay trạng thái ban đầu, đầu vào R, S FF để mức khơng tích cực PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ - Bước 1: Chọn loại FF sử dụng để thiết kế, xây dựng bảng chuyển trạng thái Q n sang trạng thái Qn+1 để tìm đầu vào kích - Bước 2: Từ bảng chuyển trạng thái FF xây dựng bảng trạng thái mạch - Bước 3: Viết hàm quan hệ (rút gọn có) - Bước 4: Vẽ mạch điện 161 - Bước 5: Kiểm tra ngun lý mạch (Mơ có) MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 16 3.1 Thiết kế mạch điện Chọn IC 74 LS112 ( FF – JK nối thành FF – T, có R = S = ‘0’ Ck tác động cạnh xuống) a Bảng trạng thái Bảng 13 – Bảng trạng thái mạch đếm lên đồng bit (M = 16) CK Q3 Q2 Q1 Q0 T3 T2 T1 T0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 10 1 0 0 11 1 1 1 12 1 0 0 13 1 0 1 14 1 0 0 15 1 1 1 1 16 0 0 b Hàm logic Từ bảng trạng thái lập bảng Karnaugh rút gọn hàm đầu vào FF: J0 = K0 = J1 = K1 = Q0 J2 = K2 = Q0.Q1 J3 = K3 = Q0.Q1.Q2 c Sơ đồ nguyên lý D2 Q 74S112 12 J Q U1:B CLK K Q 74S112 J U3:B U2:A Q 11 13 CLK K 7408 10 S 10 13 Q 12 74S112 Hình 13 – Sơ đồ mạch đếm lên đồng module M = 16 162 J U2:B S K 11 S R Q 14 SW3 U1:A CLK 15 R J S SW2 3 7408 D4 Q R U3:A R SW1 D3 15 220 Q CLK K 14 D1 R1 74S112 3.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo yêu cầu - IC 74112, 7408 - Các chuyển mạch (các mức logic) - Led - YELLOW - Điện trở - Xung Clock Bước 3: Sắp xếp linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu đặt bên phải Bước 4: Mô mạch điện - Lập bảng hoạt động mạch - Bật tắt chuyển mạch theo thứ tự ghi kết vào bảng - So sánh kết với bảng cho trước 3.3 Thực hành a Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo thiết bị, dụng cụ đặt vị trí dễ thao tác, an tồn, vệ sinh cơng nghiệp - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, chủng loại yêu cầu - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ yêu cầu kỹ thuật - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn làm việc bình thường Board cắm phải có lỗ cắm phải chắn đảm bảo tiếp xúc b Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV Bảng 13 – Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV TT I II TÊN THIẾT BỊ Thiết bị, dụng cụ Board nguồn Board cắm số Đồng hồ vạn MÔ TẢ KỸ THUẬT Board TT số Đo dòng, áp, đo điện trở Panh kẹp Kìm cắt ( kéo) Kìm uốn (Kìm mỏ nhọn Máy vi tính Mơ mạch số Vật tư, linh kiện IC U1 74112 IC U2 7408 Led đơn Hiển thị Điện trở 330  Dây kết nối Loại 01 lõi 163 SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH 01 01 Cái Cái 01 Cái 01 01 Cái Cái 01 Cái 01 Bộ 02 01 04 04 02 Con Con Con Con m GHI CHÚ c Nội dung thực hành Sinh viên lắp ráp mạch đếm lên đồng dùng IC 74112 hình 13 – d Trình tự thực Bảng 13 – Trình tự thực Các bước Thao tác thực hành công việc Bước 1: - Chuẩn bị - Kiểm tra chất lượng linh kiện xác định cực tính linh chọn kiện - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh chân IC - Vệ sinh đầu dây kết nối: - Kiểm tra Vệ sinh đầu dây board mạch Board cắm Yêu cầu kỹ thuật - Xác định cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng - Chân linh kiện dây kết nối phải sáng bóng, khơng bị xi hóa - Phải đảm bảo lỗ dưỡng chân IC tốt, cắm IC phải chắn Xác định vị - Xác định vị trí đặt linh Dây nối phải gọn gàng, trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đảm bảo kỹ thuật, kiện đường nối dây mỹ thuật thuận tiện cho board - Uốn nắn dây cắm cho việc cân chỉnh mạch phù hợp vị trí lắp ráp Bước 2: Lắp ráp linh Lắp ráp linh kiện đảm bảo - Chọn vị trí lắp IC phù kiện theo trình tự: hợp board cắm - Lắp IC - Điểm tiếp xúc lỗ - Lắp đèn led board cắm dây kết - cắm dây liên kết mạch, nối phải đảm bảo dây cấp nguồn chắn, gọn gàng - Các dây nối tránh chồng chéo Bước 3: Đo kiểm tra - Đo kiểm tra liên kết: - Đảm bảo linh kiện liên an toàn cho Kiểm tra lại từ sơ đồ kết vị trí, cực mạch điện nguyên lý sang sơ đồ lắp tính ráp ngược lại - Đảm bảo giá trị điện - Đo kiểm tra an toàn: Bật trở an toàn thuận nghịch ĐHVN nấc thang đo khác xa điện trở R x 10 100 đo kiểm tra đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo Cấp nguồn +5V mass Đảm bảo cấp nguồn Bước 4: Cấp nguồn từ board nguồn vào mạch vị trí yêu cầu lắp ráp vị trí +5V mass 164 Dụng cụ, thiết bị Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt Dây lõi, board cắm, linh kiện Đồng hồ vạn Board nguồn, đồng hồ vạn Điều khiển chuyển Quan sát mạch điện, ghi Phiếu Bước 5: Khảo sát mạch chép kết vào phiếu luyện tập mạch điện luyện tập e Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục Bảng 13 – Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Kiểm tra lại liên kết mạch Mạch cấp nguồn Do liên kết mạch hoạt động không theo yêu cầu Mạch cấp nguồn liên Do IC - Kiểm tra lại IC kết mạch hoạt động chuyển mạch - Kiểm tra lại không theo yêu cầu SW phải có mức H, L rõ ràng f Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch cố kiến thức theo phiếu luyện tập MẠCH ĐẾM LÊN ĐỒNG BỘ MODULE M = 10 4.1 Thiết kế mạch điện a Thành lập bảng trạng thái Chọn IC 74 LS112 ( FF – JK nối thành FF – T, có R = S = ‘0’ Ck tác động cạnh xuống Từ bảng trạng thái FF – JK ta có bảng chuyển trạng thái sau: Bảng 13 – Bảng chuyển trạng thái FF – JK Qn Qn+1 Jn Kn 0 0 1 1 1 Từ bảng chuyển trạng thái FF – JK ta xây dựng bảng trạng thái mạch sau: Bảng 13 – Bảng chuyển trạng thái FF – JK CK Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 10 0 0 J3 K3 J2 K2 X X X X X X X X X X 0 X X 0 X X X X X 0 X X 1 X 165 J1 K1 X X X X X X X X X X J0 K0 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X X b Hàm logic Từ bảng trạng thái lập bảng Karnaugh rút gọn hàm đầu vào FF: J0 = K0 = J1  Q3.Q0 , K1  Q0 J2 = K2 = Q0.Q1 J3 = Q0.Q1.Q2; K3 = Q0 i = 0, 1, 2, 3, … Cki = Ck Ri = Si = ‘1’ - Vẽ mạch điện D1 D2 D3 D4 LED LED LED LED 220 U3:A R4 220 220 7408 10 SW2 U1:A U3:B U1:B 7408 U2:A U2:B Q 74S112 13 CLK K 11 Q 74S112 12 J Q Q U4:A CLK K 7400 74S112 K Q S CLK S S J R 12 14 74S112 Q R Q J 15 CLK K 11 R 13 15 Q 14 J R S R3 220 SW1 R2 10 R1 Hình 13 – Mạch đếm lên đồng Module 10 dùng FF – JK 4.2 Vẽ mô mạch điện phần mềm Proteus Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện theo yêu cầu - IC 74112, 7408 - Các chuyển mạch (các mức logic) - Led-YELLOW - Điện trở - Xung Clock Bước 3: Sắp xếp linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu đặt bên phải Bước 4: Mô mạch điện - Lập bảng hoạt động mạch - Bật tắt chuyển mạch theo thứ tự ghi kết vào bảng - So sánh kết với bảng cho trước 4.3 Thực hành a Công tác chuẩn bị - Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo thiết bị, dụng cụ đặt vị trí dễ thao tác, an tồn, vệ sinh cơng nghiệp - Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, chủng loại yêu cầu - Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ yêu cầu kỹ thuật - Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị Board nguồn, đồng hồ vạn làm 166 việc bình thường Board cắm phải có lỗ cắm phải chắn đảm bảo tiếp xúc b Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV Bảng 13 – Danh mục thiết bị dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho bàn thực hành/3SV TT I II TÊN THIẾT BỊ Thiết bị, dụng cụ Board nguồn Board cắm số Đồng hồ vạn MÔ TẢ KỸ THUẬT Board TT số Đo dòng, áp, đo điện trở SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH 01 01 Cái Cái 01 Cái GHI CHÚ Panh kẹp 01 Cái Kìm cắt ( kéo) 01 Cái Kìm uốn (Kìm mỏ 01 Cái nhọn) Máy vi tính Mơ 01 Bộ mạch số Vật tư, linh kiện IC U1 74112 02 Con IC U2 7408 01 Con Led đơn Hiển thị 04 Con Điện trở 330  04 Con Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m c Nội dung thực hành Sinh viên lắp ráp mạch đếm lên đồng dùng IC 74112 hình 13 – d Trình tự thực Bảng 13 – Trình tự thực Các bước Thao tác thực hành công việc Bước 1: - Chuẩn bị - Kiểm tra chất lượng linh kiện xác định cực tính linh chọn kiện - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh chân IC - Vệ sinh đầu dây kết nối: - Kiểm tra Vệ sinh đầu dây board mạch Board cắm Yêu cầu kỹ thuật - Xác định cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng - Chân linh kiện dây kết nối phải sáng bóng, khơng bị xi hóa - Phải đảm bảo lỗ dưỡng chân IC tốt, cắm IC phải chắn Xác định vị - Xác định vị trí đặt linh Dây nối phải gọn gàng, trí đặt linh kiện, đường cấp nguồn, đảm bảo kỹ thuật, kiện đường nối dây mỹ thuật thuận tiện cho board - Uốn nắn dây cắm cho việc cân chỉnh mạch phù hợp vị trí lắp ráp 167 Dụng cụ, thiết bị Đồng hồ vạn năng, board mạch, panh kẹp, kìm, kéo cắt Bước 2: Lắp ráp linh Lắp ráp linh kiện đảm bảo kiện theo trình tự: board cắm - Lắp IC - Lắp đèn led - cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn Bước 3: Đo kiểm tra - Đo kiểm tra liên kết: an toàn cho Kiểm tra lại từ sơ đồ mạch điện nguyên lý sang sơ đồ lắp ráp ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Bật ĐHVN nấc thang đo điện trở R x 10 100 đo kiểm tra đầu cấp nguồn, nhớ đảo chiều que đo Cấp nguồn +5V mass Bước 4: Cấp nguồn từ board nguồn vào mạch lắp ráp vị trí +5V mass Điều khiển chuyển Bước 5: Khảo sát mạch mạch điện - Chọn vị trí lắp IC phù hợp - Điểm tiếp xúc lỗ board cắm dây kết nối phải đảm bảo chắn, gọn gàng - Các dây nối tránh chồng chéo Dây lõi, board cắm, linh kiện - Đảm bảo linh kiện liên Đồng hồ kết vị trí, cực vạn tính - Đảm bảo giá trị điện trở an toàn thuận nghịch khác xa Đảm bảo cấp nguồn Board vị trí yêu cầu nguồn, đồng hồ vạn Quan sát mạch điện, ghi Phiếu chép kết vào phiếu luyện tập luyện tập e Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục Bảng 13 – Các dạng sai hỏng thường gặp biện pháp khắc phục TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Kiểm tra lại liên kết mạch Mạch cấp nguồn Do liên kết mạch hoạt động không theo yêu cầu Mạch cấp nguồn liên Do IC - Kiểm tra lại IC kết mạch hoạt động chuyển mạch - Kiểm tra lại không theo yêu cầu SW phải có mức H, L rõ ràng f Luyện tập Sinh viên luyện tập lắp ráp mạch cố kiến thức theo phiếu luyện tập BÀI TẬP Bài 1: Lắp ráp mạch đếm lên đồng Module M = 16 dùng IC 4027 Bài 2: Lắp ráp mạch đếm lên đồng Module M = 10 dùng IC 7476 168 Bài 3: Lắp ráp mạch đếm xuống đồng Module M = 10 dùng IC 7476 Ghi nhớ: * Khái niệm chung mạch đếm Nắm vững đầu vào, đầu của mạch đếm, cách phân loại mạch đếm * Đặc điểm chung phương pháp thiết kế Nắm vững bước thiết kế mạch đếm * Mạch đếm lên đồng module: M = 16, M = 10 Nắm vững bảng trạng thái, sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động mạch đếm lên đồng module: M = 16, M = 10 169 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 Nguyễn Hữu Phương (2004) Mạch số, NXB khoa học kỹ thuật Dương Minh Trí (1989) Sổ tay vi mạch số TTL CMOS, NXB khoa học kỹ thuật Nguyễn Bính (2005) Điện tử công suất, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Lương Ngọc Hải(2004) Giáo trình Kĩ thuật xung – số, NXB khoa học kỹ thuật Nguyễn thúy Vân(1999) Kĩ thuật số, NXB khoa học kỹ thuật Vũ Đức Thọ dịch(2002) Cơ sở kĩ thuật điện tử số, Đại học Thanh hoa Bắc kinh Hoàng Thị Phương – Trần Thanh Sơn (2015) Tập giảng Kỹ thuật số, NXB lao động – xã hội 170 ... soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao đẳng, giáo trình kỹ thuật số giáo trình mơ đun đào tạo chun ngành Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt... với kỹ MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 14 BÀI 1: KHẢO SÁT VỀ LOGIC SỐ VÀ ĐẠI SỐ LOGIC 15 TỔNG QUAN VỀ MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ SỐ ... số ô số  N1  B.C + Nhóm 2: Gồm số số  N2  A.C Viết hàm đầu dạng tuyển rút gọn: Y  A.C  B.C - Viết hàm thành phần dạng hội + Nhóm 1: Gồm ô số ô số  N1  A  B + Nhóm 2: Gồm số 1,3,5 ô số