Giáo Trình Kỹ Thuật Số Tại Trường Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình

Giáo trình kỹ thuật số nghề điện công nghiệp cđtc cung cấp kiến thức chuyên sâu, giúp sinh viên nắm vững kỹ năng và ứng dụng trong thực tế.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình Kỹ Thuật Số
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Ninh Bình

Mục lục chi tiết

• TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Các đại lượng tương tự và số
• 1.2. Các hệ thống tương tự và số
• 1.3. Biểu diễn số nhị phân trong hệ thống số
• 2. BÀI 2: CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN
• 2.1. Cổng NOT
• 2.2. Cổng AND
• 2.3. Cổng OR
• 2.4. Cổng NAND
• 2.5. Cổng NOR
• 2.6. Cổng X-OR
• 3. BÀI 3: CÁC HỌ VI MẠCH SỐ THÔNG DỤNG
• 3.1. Những đặc trưng cơ bản của IC số
• 3.1.1. Các đại lượng điện đặc trưng
• 3.1.2. Công suất tiêu tán
• 3.1.3. Fan-Out
• 3.1.4. Thời trễ truyền
• 3.1.5. Tích số công suất - vận tốc
• 3.1.6. Tính miễn nhiễu
• 3.1.7. Logic cấp dòng và logic nhận dòng
• 3.1.8. Tính Schmitt Trigger
• 3.2. IC số họ TTL
• 3.2.1. Cổng cơ bản họ TTL
• 3.2.2. Đặc tính các loạt TTL
• 3.3. IC số họ CMOS
• 3.3.1. Đặc điểm
• 4. BÀI 4: MẠCH DỒN KÊNH – PHÂN KÊNH
• 5. BÀI 5: FLIP – FLOP
• 6. BÀI 6: MẠCH TẠO XUNG NHỊP
• 7. BÀI 7: MẠCH GHI DỊCH
• 8. BÀI 8: MẠCH CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Kỹ Thuật Số tại Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình

Giáo trình Kỹ thuật số được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo trong lĩnh vực kỹ thuật số cho sinh viên ngành cơ giới. Tài liệu này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn chú trọng đến thực hành, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản và ứng dụng thực tiễn trong ngành điện công nghiệp.

1.1. Mục tiêu và nội dung của giáo trình

Giáo trình được thiết kế với mục tiêu giúp sinh viên hiểu rõ về các đại lượng số và tương tự, cũng như nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản. Nội dung bao gồm lý thuyết và thực hành, đảm bảo sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này dành cho sinh viên ngành cơ khí, đặc biệt là những người theo học chương trình đào tạo cao đẳng tại trường Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình. Nó cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giảng viên và các chuyên gia trong lĩnh vực.

II. Thách thức trong việc giảng dạy Kỹ Thuật Số

Việc giảng dạy kỹ thuật số gặp nhiều thách thức, từ việc cập nhật kiến thức mới đến việc áp dụng công nghệ hiện đại trong giảng dạy. Các giảng viên cần phải liên tục cải tiến phương pháp giảng dạy để phù hợp với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin.

2.1. Khó khăn trong việc cập nhật kiến thức

Ngành công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng, do đó việc cập nhật kiến thức cho giảng viên và sinh viên là rất cần thiết. Điều này đòi hỏi sự nỗ lực không ngừng từ cả hai phía.

2.2. Thiếu thiết bị thực hành hiện đại

Nhiều cơ sở giáo dục gặp khó khăn trong việc trang bị thiết bị thực hành hiện đại cho sinh viên. Điều này ảnh hưởng đến khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế, làm giảm chất lượng đào tạo.

III. Phương pháp giảng dạy Kỹ Thuật Số hiệu quả

Để nâng cao chất lượng đào tạo, các phương pháp giảng dạy cần được cải tiến. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành là rất quan trọng trong chương trình đào tạo cao đẳng.

3.1. Sử dụng công nghệ trong giảng dạy

Việc áp dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy giúp sinh viên tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng hơn. Các phần mềm mô phỏng và thiết bị thực hành hiện đại sẽ tạo điều kiện cho sinh viên thực hành tốt hơn.

3.2. Tổ chức các buổi thực hành tại doanh nghiệp

Tổ chức các buổi thực hành tại doanh nghiệp giúp sinh viên có cơ hội trải nghiệm thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và hiểu biết về ngành cơ khí.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Kỹ Thuật Số trong ngành Cơ Giới

Kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong ngành cơ giới, từ việc thiết kế sản phẩm đến quy trình sản xuất. Việc áp dụng các công nghệ mới giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

4.1. Tối ưu hóa quy trình sản xuất

Sử dụng kỹ thuật số trong quy trình sản xuất giúp giảm thiểu thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Các công nghệ như tự động hóa và robot hóa đang được áp dụng rộng rãi.

4.2. Nâng cao chất lượng sản phẩm

Việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế và sản xuất giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

V. Kết luận và tương lai của Kỹ Thuật Số tại Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình

Giáo trình Kỹ thuật số tại Cao Đẳng Cơ Giới Ninh Bình không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn chú trọng đến thực hành, giúp sinh viên sẵn sàng cho thị trường lao động. Tương lai của ngành kỹ thuật số hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại.

5.1. Định hướng phát triển giáo trình

Giáo trình sẽ được cập nhật thường xuyên để phù hợp với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin và nhu cầu thực tế của thị trường lao động.

5.2. Tăng cường hợp tác với doanh nghiệp

Hợp tác với các doanh nghiệp trong ngành sẽ giúp sinh viên có cơ hội thực hành và trải nghiệm thực tế, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo.

Nội dung chính

Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật số (Mã mô đun: MĐ 18) – Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Kỹ thuật số (mã số MĐ 18) được biên soạn theo chương trình khung đào tạo nghề Điện công nghiệp cho hai trình độ Cao đẳng và Trung cấp, ban hành kèm theo Quyết định của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm 2021. Trong cấu trúc chương trình, mô đun có vị trí chuyên môn nghề, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở kỹ thuật và các mô đun chuyên ngành gồm Kỹ thuật đo lường, cảm biến và Kỹ thuật điện tử.

Mô đun có tổng thời lượng đào tạo là 40 giờ, phân bổ cụ thể thành 16 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành và 2 giờ kiểm tra đánh giá. Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc cung cấp hệ thống kiến thức giúp sinh viên phân biệt đại lượng tương tự và đại lượng số, nắm vững hệ đếm nhị phân, giải thích nguyên lý làm việc của các cổng logic cơ bản, mạch dồn kênh – phân kênh, mạch tạo xung, thanh ghi dịch, phần tử nhớ Flip – Flop và mạch chuyển đổi tín hiệu ADC. Về mặt kỹ năng, tài liệu chuẩn hóa năng lực đo kiểm, phân loại các vi mạch tích hợp (IC) số và lắp ráp mạch điện theo đúng sơ đồ nguyên lý.

Cấu trúc giáo trình gồm 8 bài học được sắp xếp theo trình tự tuyến tính từ phần tử mạch cơ bản đến các hệ thống tích hợp phức tạp:

1. Bài 1: Giới thiệu chung (3 giờ)
2. Bài 2: Các cổng logic cơ bản (8 giờ)
3. Bài 3: Các họ vi mạch số thông dụng (5 giờ)
4. Bài 4: Mạch dồn kênh – phân kênh (6 giờ)
5. Bài 5: Flip – Flop (5 giờ)
6. Bài 6: Mạch tạo xung nhịp (3 giờ)
7. Bài 7: Mạch ghi dịch (5 giờ)
8. Bài 8: Mạch chuyển đổi tín hiệu (5 giờ)

Điểm đặc thù của tài liệu là tỷ trọng giờ thực hành chiếm 55% tổng thời lượng (22/40 giờ), kết hợp trực tiếp giữa lý thuyết mạch với các mã IC thông dụng trong thực tế sản xuất.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung 8 bài học trong giáo trình được xây dựng theo logic tiến trình khoa học, đi từ bản chất tín hiệu đến mạch tổ hợp, mạch tuần tự và mạch giao tiếp ghép nối:

• Bài 1: Giới thiệu chung: Trình bày sự khác biệt giữa đại lượng tương tự (biến thiên liên tục theo thời gian, ví dụ điện áp từ micrô, đồng hồ tốc độ ô tô) và đại lượng số (giá trị rời rạc theo từng bước, hiển thị bằng ký số). Khái quát phương pháp biểu diễn số nhị phân bằng hai trạng thái vật lý (0V tương ứng mức 0, +5V tương ứng mức 1, tiếp điểm đóng/mở, diode dẫn/ngắt).
• Bài 2: Các cổng logic cơ bản: Khảo sát định nghĩa, biểu thức đại số logic, bảng sự thật (truth table) và đồ thị thời gian của 6 cổng cơ bản: NOT ($Y = \bar{X}$, IC 7404, IC 7449B), AND ($Y = X_1 \cdot X_2$, IC 7408, IC 7411, IC 4081), OR ($Y = X_1 + X_2$, IC 7432, IC 74071B, IC 74075B), NAND ($Y = \overline{X_1 \cdot X_2}$, IC 7400), NOR ($Y = \overline{X_1 + X_2}$), và X-OR ($Y = X_1 \oplus X_2$, IC 7486).
• Bài 3: Các họ vi mạch số thông dụng: Phân tích đặc tính điện động học và cấu trúc bên trong của hai công nghệ vi mạch chủ đạo: họ TTL (Transistor-Transistor Logic sử dụng BJT) và họ CMOS (sử dụng MOSFET kênh N và kênh P).
• Bài 4: Mạch dồn kênh – phân kênh: Phân tích cấu trúc bộ dồn kênh (Multiplexer - MUX) dạng $2^n$ sang 1 sử dụng tín hiệu điều khiển SELECT và chân cho phép Enable ($G$), cùng bộ phân kênh (Demultiplexer - DMUX) phân phối dữ liệu từ 1 đường sang nhiều đường ra (khảo sát cấu trúc DMUX 2 ngõ ra và DMUX 8 ngõ ra dùng vi mạch CMOS).
• Bài 5: Flip – Flop: Nghiên cứu các phần tử nhớ nhị phân trong logic tuần tự gồm: Trigơ RS không đồng bộ và đồng bộ (chốt NAND, chốt NOR, đầu vào Preset $Pr$, Clear $Cl$, Clock $Ck$), D-FF, chốt D (tác động theo mức thông qua chân cho phép $G$), T-FF (Toggle) và Trigơ JK (chế độ không đồng bộ, đồng bộ và cấu trúc Master-Slave chính - phụ chống sai trạng thái).
• Bài 6: Mạch tạo xung nhịp: Khái quát các bộ dao động tích thoát và phân tích chi tiết mạch định thời dùng IC 555 ở chế độ đa hài phi ổn (astable multivibrator), xác lập mối quan hệ giữa các điện trở $R_1, R_2$, tụ điện $C$ với chu kỳ xung $T$ và chu kỳ làm việc (Duty Cycle).
• Bài 7: Mạch ghi dịch: Khảo sát nguyên lý ghi dữ liệu song song và nối tiếp qua dãy trigơ liên tiếp; phân tích thông số kỹ thuật của vi mạch ghi dịch 8 bit vào nối tiếp ra song song IC SN74LS164N do Texas Instruments sản xuất.
• Bài 8: Mạch chuyển đổi tín hiệu: Trình bày nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC - Analog-to-Digital Converter), đóng vai trò cầu nối mã hóa tín hiệu điện áp liên tục từ cảm biến sang dữ liệu nhị phân cung cấp cho các bộ vi xử lý và hệ thống điều khiển.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống thông số kỹ thuật điện và mô hình giải tích mạch số chuẩn hóa:

• Các đại lượng điện mức ngưỡng: Điện áp nguồn $V_{CC}$ (TTL: $5 \pm 0{,}5\text{V}$; CMOS: $3\text{--}15\text{V}$), ngưỡng điện áp vào mức cao $V_{IH(\min)}$, mức thấp $V_{IL(\max)}$, điện áp ra mức cao $V_{OH(\min)}$, mức thấp $V_{OL(\max)}$, dòng điện vào/ra $I_{IH}, I_{IL}, I_{OH}, I_{OL}$, dòng nguồn tiêu thụ $I_{CCH}, I_{CCL}$.
• Các chỉ tiêu chất lượng động:
  • Hệ số tải ngõ ra Fan-Out (tính theo đơn vị Unit Load - UL).
  • Thời trễ truyền lan ($t_{PLH}$ từ thấp lên cao, $t_{PHL}$ từ cao xuống thấp) từ vài ns đến hàng trăm ns.
  • Tích số công suất - vận tốc (speed-power product, đơn vị picojoules - pJ).
  • Lề nhiễu mức cao $V_{NH} = V_{OH(\min)} - V_{IH(\min)}$ và lề nhiễu mức thấp $V_{NL} = V_{IL(\max)} - V_{OL(\max)}$.
  • Nguyên lý chuyển mạch Schmitt Trigger và vùng điện áp bất định.
• Công thức định lượng mạch đa hài phi ổn IC 555:
  • Thời gian nạp tụ qua $(R_1 + R_2)$: $T_C = 0{,}693 \cdot (R_1 + R_2) \cdot C$
  • Thời gian xả tụ qua $R_2$: $T_D = 0{,}693 \cdot R_2 \cdot C$
  • Chu kỳ toàn phần: $T = T_C + T_D = 0{,}693 \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C$
  • Tần số dao động: $f = \frac{1{,}44}{(R_1 + 2R_2) \cdot C}\text{ (Hz)}$
  • Chu kỳ làm việc: $%D = \left(\frac{T_{\text{ON}}}{T}\right) \cdot 100$

Kỹ năng phát triển

Thông qua 22 giờ thực hành chuyên sâu, giáo trình rèn luyện các nhóm kỹ năng kỹ thuật:

• Kỹ năng đo kiểm và nhận dạng: Tra cứu sơ đồ chân, đo kiểm tra thông số tĩnh/động, phân loại các dòng IC số họ TTL và CMOS trên thiết bị đo chuyên dụng.
• Kỹ năng lắp ráp mạch theo sơ đồ: Lắp đặt chính xác các mạch logic tổ hợp (chọn kênh, giải mã), mạch chốt trạng thái, mạch đếm xung, mạch dịch dữ liệu nối tiếp/song song trên bo thử nghiệm.
• Kỹ năng tính toán thiết kế thông số: Lựa chọn giá trị linh kiện thụ động ($R_1, R_2, C$) để thiết lập dải tần số và tỷ lệ xung nhịp mong muốn cho mạch định thời.
• Kỹ năng an toàn lao động: Tuân thủ các quy tắc chống tĩnh điện, an toàn điện áp nguồn và thao tác đúng quy trình kỹ thuật phòng thực hành.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp (Integrated Vocational Training), kết nối trực tiếp nội dung lý thuyết với quy trình thao tác thực nghiệm.

• Phương pháp sư phạm: Giảng viên thuyết minh nguyên lý cấu tạo, phân tích giản đồ thời gian và bảng trạng thái logic, sau đó chuyển giao sang quy trình thực hành có hướng dẫn. Người học trực tiếp đo tín hiệu mức 0/1 bằng đồng hồ đo hoặc thiết bị hiện sóng.
• Bài tập và tình huống thực hành: Các bài thực hành tập trung vào việc mắc nối vi mạch thực tế (IC 7400, 7404, 7408, 7432, 7486, NE555, SN74LS164N). Người học khảo sát trạng thái lối ra $Y$ theo từng tổ hợp đầu vào, kiểm chứng trạng thái cấm ($S=0, R=0$ hoặc $S=1, R=1$ tùy loại chốt), và đo đạc dạng sóng dao động xung vuông tại chân 3 của IC 555.
• Phương pháp đánh giá: Gồm đánh giá quá trình và 2 giờ kiểm tra định kỳ (được bố trí tại Bài 4 và Bài 8). Tiêu chí đánh giá dựa trên:
  1. Mức độ chính xác khi lập bảng sự thật và biểu thức đại số logic;
  2. Kỹ năng vận hành thiết bị đo kiểm;
  3. Mạch lắp ráp vận hành đúng chức năng kỹ thuật;
  4. Mức độ chấp hành an toàn thiết bị và bảo hộ lao động.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần rèn luyện kỹ năng tra cứu datasheet các họ IC 74xx/40xx, tự vẽ lại sơ đồ chân, lập bảng phân tích logic cho các tổ hợp tín hiệu điều khiển và rèn luyện kỹ năng giải phương trình mạch số.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Tài liệu thể hiện rõ tính chuẩn hóa kỹ thuật và khả năng liên hệ sát với công nghệ phần cứng công nghiệp:

Tiêu chí phân tích	Đặc tính vi mạch họ TTL	Đặc tính vi mạch họ CMOS
Công nghệ chế tạo	BJT (Transistor lưỡng cực)	MOSFET (Kênh N và Kênh P)
Dải điện áp nguồn cấp	$5 \pm 0{,}5\text{V}$ (hoạt động chuẩn)	$3\text{--}15\text{V}$ (cực đại lên đến $18\text{V}$)
Phân loại môi trường	Loạt 74 ($0^\circ\text{C}$ đến $70^\circ\text{C}$), Loạt 54 ($-55^\circ\text{C}$ đến $125^\circ\text{C}$)	Tiêu chuẩn tích hợp công nghiệp
Công suất tiêu tán	Mức miliwatt (mW)	Mức nanowatt (nW)
Tốc độ / Trễ truyền	Rất nhỏ ($t_{PLH}, t_{PHL}$ ngắn)	Phụ thuộc điện áp cấp nguồn
Các biến thể cải tiến	74L, 74H, 74S, 74LS, 74AS, 74ALS, 74F	IC 4081, 74071B, 74075B

• Phân loại công nghệ chi tiết: Giáo trình làm rõ nguyên lý giảm thời gian chuyển trạng thái bằng cách gắn thêm Diode Schottky giữa cực C-B (loạt 74S, 74LS, 74ALS) và kỹ thuật giảm điện dung ký sinh trên loạt 74F (Fairchild).
• Thông số vi mạch cụ thể: Cung cấp thông số thực tế của IC ghi dịch SN74LS164N (tần số hoạt động tối đa 36 MHz, thời gian chuyển tiếp cạnh xuống cực đại 36 ns, cạnh lên 27 ns, dòng $I_{OH} = 400,\mu\text{A}, I_{OL} = 8\text{mA}$).
• Liên hệ ứng dụng thực tế: Phân tích ứng dụng ghép/tách kênh trong truyền dữ liệu nối tiếp, mạng truyền dẫn số, và việc sử dụng mạch biến đổi ADC để kết nối cảm biến đo lường với các hệ thống điều khiển vi xử lý, Arduino, Raspberry Pi.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình MĐ 18 phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật ứng dụng:

• Sinh viên hệ đào tạo: Sinh viên trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp thuộc nhóm ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, trọng tâm là nghề Điện công nghiệp.
• Điều kiện tiên quyết: Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun nền tảng gồm Cơ sở kỹ thuật điện, Kỹ thuật đo lường, cảm biến và Kỹ thuật điện tử nhằm đảm bảo khả năng đọc sơ đồ mạch, hiểu nguyên lý linh kiện bán dẫn (diode, BJT, MOSFET) và sử dụng thành thạo các thiết bị đo điện cơ bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để lập kế hoạch bài giảng, đề cương chi tiết, chuẩn bị vật tư thực hành (các mã IC logic, IC 555, IC 74164, linh kiện R-C) và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra đánh giá năng lực nghề.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Dùng làm tài liệu tham khảo để tra cứu nhanh thông số giới hạn của các họ vi mạch số, sơ đồ chân và cách phối hợp các tầng logic trong sửa chữa, bảo trì tủ điện điều khiển công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế dành cho đối tượng người học nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ học viên, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình cũng như các cơ sở giáo dục nghề nghiệp có chương trình đào tạo tương đương.

2. Người học cần đáp ứng các điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở kỹ thuật điện và hai mô đun chuyên môn bắt buộc: Kỹ thuật đo lường, cảm biến và Kỹ thuật điện tử để nắm vững các đại lượng đo lường và nguyên lý chuyển mạch của linh kiện bán dẫn.

3. Cấu trúc giảng dạy của giáo trình có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Giáo trình có tính thực hành cao với 22 giờ thực hành trên tổng số 40 giờ (chiếm 55%). Nội dung không chỉ dừng lại ở đại số logic mà đi sâu vào sơ đồ chân thực tế, thông số điện động học của các dòng IC thương mại (7400, 7404, 7408, 7432, 7486, NE555, 74LS164).

4. Phương pháp nào giúp người học tiếp thu tốt nội dung mô đun Kỹ thuật số?

Người học cần kết hợp việc phân tích bảng trạng thái/đồ thị thời gian với thao tác đo đạc thực tế trên bo mạch thử nghiệm; đồng thời nắm vững phương pháp tính toán mạch định thời RC và rèn luyện kỹ năng tra cứu thông số kỹ thuật (datasheet) của vi mạch.

5. Những vi mạch tích hợp (IC) cụ thể nào được đưa vào nội dung khảo sát của giáo trình?

Giáo trình phân tích chi tiết các dòng vi mạch:

• Cổng logic TTL/CMOS: IC 7404, 7449B (NOT); IC 7408, 7411, 4081 (AND); IC 7432, 74071B, 74075B (OR); IC 7400 (NAND); IC 7486 (X-OR).
• Vi mạch định thời tạo xung: IC NE555.
• Vi mạch ghi dịch dữ liệu: IC SN74LS164N.
• Các cấu trúc mạch Flip-Flop, MUX/DMUX và bộ chuyển đổi tín hiệu ADC.

---

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật số (Mã mô đun: MĐ 18) của Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có tính ứng dụng cao về kỹ thuật mạch logic cho nghề Điện công nghiệp. Lộ trình đào tạo 40 giờ được phân bổ khoa học: bắt đầu từ các khái niệm cơ bản về tín hiệu nhị phân, tiến tới cấu tạo và đặc tính điện của cổng logic, nghiên cứu các cấu trúc mạch tổ hợp MUX/DMUX, mạch tuần tự Flip-Flop, mạch tạo xung 555, thanh ghi dịch 74LS164 và hoàn thiện ở mạch chuyển đổi ADC. Nguồn tài liệu hỗ trợ đi kèm bao gồm hệ thống bài tập thực hành trên bo mạch, bảng trạng thái chuẩn và các sơ đồ chân IC giúp người học củng cố năng lực phân tích, lắp ráp và sửa chữa mạch điện tử số trong môi trường sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.