mở đầu này, chúng ta cùng tìm hiểu về tín hiệu tương tự, tín hiệu số và cách biểu diễn hệ nhị phân trong hệ thống số. Mục tiêu của bài: - Biết được các đại lượng tương tự và số, các dạng tín hiệu - Hiểu được nguyên lý làm việc - Trình bày cách lắp đặt các linh kiện theo sơ đồ nguyên lý - Xác định được các đại lượng tương tự và số, các dạng tín hiệu - Biết cách kiểm tra linh kiện. - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật - Cẩn thận, chính xác, nghiêm chỉnh thực hiện theo quy trình Nội dung chính 1. Các đại lượng tương tự và số - Biểu diễn dạng tương tự: trong cách biểu diễn dạng tương tự, một đại lượng được biểu diễn bằng hiệu điện thế, cường độ dòng điện, hay số đo chuyển động tương quan với giá trị của đại lượng đó.
Ví dụ: Đồng hồ đo vận tốc trong xe ôtô, kim đo phải lệch tương ứng với tốc độ hiện tại của xe và độ lệch này phải thay đổi tức thì khi vận tốc xe tăng hay giảm. Một ví dụ khác về đại lượng tương tự là chiếc micrô. Trong thiết bị này, biên độ hiệu điện thế đầu ra luôn tỉ lệ với cường độ sóng âm tác động vào màng rung của micrô ở đầu vào. Các đại lượng tương tự có một đặc điểm rất quan trọng đó là: Đại lượng tương tự có thể thay đổi theo một khoảng giá trị liên tục.
- Biểu diễn dạng số: Trong cách biểu diễn dạng số, đại lượng được biễu diễn bằng các biểu tượng gọi là ký số (digit). Ví dụ như đồng hồ hiện số, hiển thị thời gian trong ngày như giờ, phút, giây dưới dạng số thập phân. Tuy thời gian trong ngày thay đổi liên tục, nhưng số hiện của đồng hồ số lại thay đổi từng bước, mỗi bước là một phút hay một giây. Nói cách khác, các đại lượng số có đặc điểm là giá trị của nó thay đổi theo từng bước rời rạc.
Vì tính rời rạc trong biểu diễn dạng số nên khi đọc giá trị của đại lượng số, không hề có sự mơ hồ. Ưu điểm của kỹ thuật số so với kỹ thuật tương tự: - Do sử dụng chuyển mạch nên nhìn chung thiết bị số dễ thiết kế hơn. - Thông tin được lưu trữ dễ dàng - Tính chính xác và độ tin cậy cao hơn - Có thể lập trình để điều khiển hệ thống số. Các hệ thống tương tự và số Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian.
Nó thường do các hiện tượng tự nhiên sinh ra. Thí dụ, tín hiệu đặc trưng cho tiếng nói là tổng hợp của các tín hiệu hình sin trong dải tần số thấp với các họa tần khác nhau. Tín hiệu số là tín hiệu có dạng xung, gián đoạn về thời gian và biên độ chỉ có 2 mức rõ rệt: mức cao và mức thấp. Tín hiệu số chỉ được phát sinh bởi những mạch điện thích hợp.
Để có tín hiệu số người ta phải số hóa tín hiệu tương tự bằng các mạch biến đổi tương tự sang số (ADC) Mạch điện tử xử lý các tín hiệu tương tự được gọi là mạch tương tự và mạch xử lý tín hiệu số được gọi là mạch số. Hệ thống xử lý các tín hiệu tương tự được gọi là hệ thống tương tự và hệ thống xử lý tín hiệu số được gọi là hệ thống số. Biểu diễn số nhị phân trong hệ thống số Trong hệ thống kỹ thuật số, thông tin được xử lý đều biểu diễn dưới dạng nhị phân. Bất kỳ thiết bị nào chỉ có hai trạng thái hoạt động đều có thể biểu diễn được các đại lượng dưới dạng nhị phân.
Ví dụ một công tắc chỉ có hai trạng thái hoạt động là đóng hoặc mở. Ta có, thể quy ước công tắc mở biểu diễn nhị phân 0 và công tắc đóng biểu diễn nhị phân 1. Với quy ước này ta có thể biểu diễn số nhị phân bất kỳ. Có vô số thiết bị chỉ có hai trạng thái hoạt động hay vận hành ở hai điều kiện đối lập nhau như: bóng đèn (sáng/tối), điốt (dẫn/không dẫn), rơle (ngắt/đóng), … Trong thiết bị điện tử số, thông tin nhị phân được biểu diễn bằng hiệu điện thế (hay dòng điện) tại đầu vào hay đầu ra của mạch.
Thông thường, số nhị phân 0 và 1 được biểu diễn bằng hai mức điện thế danh định. Ví dụ: 0V có thể biễu diễn bằng nhị phân 0 và +5V biễu diễn bằng nhị phân 1. Trên thực tế, các số 0 hoặc 1 được biểu diễn bằng một khoảng điện thế quy định nào đó. Bài 2: Các cổng logic cơ bản Thời gian: 8 giờ Mục tiêu của bài: - Nắm được cấu tạo các cổng logic cơ bản - Trình bày được nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản - Xác định được các cổng logic cơ bản - Biết cách kiểm tra các cổng logic cơ bản - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật - Cẩn thận, chính xác, nghiêm chỉnh thực hiện theo quy trình, - Chú ý an toàn cho người và thiết bị.
Định nghĩa: Là mạch duy nhất có một đầu vào và đầu ra luôn có mức logic ngược với mức logic của đầu vào. Cổng NOT được sử dụng trong mạch giải mã ( nhị phân sang thập phân). IC chứa cổng NOT là: - IC 7404 chứa 6 cổng NOT, điện áp hoạt động là 5V - IC 7449B chứa 6 cổng NOT, điện áp hoạt động là 3-15V. Đồ thị thời gian X t Y t 1.
Biểu thức logic: Y=X Trong đó: X biến đầu vào Y là biến đầu ra 1.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X Y 0 1 1 0 2. Định nghĩa Cổng AND là mạch có từ hai đầu vào trở lên và chỉ có 1 đầu ra bằng tổ hợp AND các biến đầu vào. Cổng AND được sử dụng rộng rãi trong máy tính và mạch số. Các loại IC chứa cổng AND là: - IC 7408 chứa 4 cổng AND 2 đầu vào với mức điện áp hoạt động là 5V - IC 7411 chứa 3 cổng AND 3 đầu vào với mức điện áp hoạt động là 5V - IC 4081 chứa 4 cổng AND 2 đầu vào.
IC 4081 thuộc họ CMOS, điện áp hoạt động từ 3-15V nhưng cao nhất là 18V. Đồ thị thời gian X1 X2 t t Y t 2. Biểu thức logic: Y = X1. X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 2.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 3.
Định nghĩa: Cổng OR là mạch có từ hai đầu vào trở lên và chỉ có 1 đầu ra bằng tổ hợp OR các biến đầu vào. Cổng OR được sử dụng trong dụng cụ đo số. Các loại IC chứa cổng OR là: - IC 7432: Chứa 4 cổng OR 2 đầu vào, điện áp hoạt động là 5V - IC 74071B: Chứa 4 cổng OR 3 đầu vào, điện áp hoạt động từ 3-15V - IC 74075B: Chứa 3 cổng OR 3 đầu vào, điện áp hoạt động từ 3-15V 3. Đồ thị thời gian X1 X2 t t Y t 3.
Biểu thức logic Y = X1 + X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 3.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 4. Cổng NAND IC cổng NAND: 7400 4. X 2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 4. Đồ thị thời gian Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 4.
Biểu thức logic Y = X1. X 2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 4.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 5. Cổng NOR Y = X1 + X 2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 5. Đồ thị thời gian X1 X2 t t Y t 5.
Biểu thức logic Y = X1 + X 2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 5.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 6.X 2 = X 1 X2 Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra IC cổng X-OR: 7486 6. Đồ thị thời gian: X1 X2 t Y t 6. Biểu thức logic Y = X1.X2 = X1 X2 t Trong đó: X1 , X2 là các biến đầu vào Y là biến đầu ra 6.Bảng sự thật Đầu vào Đầu ra X1 X2 Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BÀI 3: CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG Giới thiệu: Khi mới bắt đầu tìm hiểu về mạch số thì đây là chương có nội dung cơ bản nhất, giúp người học có những kiến thức cơ bản về mạch số tạo nền cho việc tìm hiểu các bài tiếp theo. Mục tiêu: - Nắm vững được những đặc trưng kỹ thuật cơ bản của IC số - Hiểu được phương pháp đo kiểm tra mạch điện tử số - Trình bầy được nguyên lý làm việc của linh kiện, cách lắp đặt theo sơ đồ nguyên lý - Củng cố kỹ năng đo và đánh giá kết quả - Xác định, kiểm tra linh kiện - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm đúng kỹ thuật - Rèn luyện tính cẩn thận và tư duy suy luận - Chú ý an toàn cho người và thiết bị.
Nội dung chính 1. Những đặc trưng cơ bản của IC số Để sử dụng IC số có hiệu quả, ngoài sơ đồ chân và bảng sự thật của chúng, ta nên biết qua một số thuật ngữ chỉ các thông số cho biết các đặc tính của IC. Các đại lượng điện đặc trưng - VCC: Điện thế nguồn (power supply): khoảng điện thế cho phép cấp cho IC để hoạt động tốt. Thí dụ với IC số họ TTL, V CC=5±0,5 V , họ CMOS VDD=3-15V (Người ta thường dùng ký hiệu VDD và VSS để chỉ nguồn và mass của IC họ MOS) - VIH(min): Điện thế ngã vào mức cao (High level input voltage): Đây là điện thế ngã vào nhỏ nhất còn được xem là mức 1 - VIL(max): Điện thế ngã vào mức thấp (Low level input voltage): Điện thế ngã vào lớn nhất còn được xem là mức 0.
- VOH(min): Điện thế ngã ra mức cao (High level output voltage): Điện thế nhỏ nhất của ngã ra khi ở mức cao. - VOL(max): Điện thế ngã ra mức thấp (Low level output voltage): Điện thế lớn nhất của ngã ra khi ở mức thấp.