1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Kỹ thuật xung – số NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25.tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 1 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2 3 LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ. Sự ra đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử.
Ngày nay, trong kỹ thuật kỹ thuật vô tuyến điện có rất nhiều thiết bị công tác trong một chế độ đặc biệt là chế độ xung. Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật hiện đại như: thông tin, điều khiển, ra đa, vô tuyến truyền hình, điện tử ứng dụng, điều khiển tự động hóa trong công nghiệp. Ở những mức độ khác nhau chúng đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Giáo trình Kỹ thuật xung - số được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận kỹ thuật hiện đại và được biên soạn theo chương trình khung của Bộ lao động thương binh xã hội.
Giáo trình được làm tài liệu giảng dạy cho nghề điện công nghiệp ở cấp trình độ cao đẳng nghề. Giáo trình cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ thuật viên, công nhân ngành điện công nghiệp. Nhằm trang bị cho bạn đọc nền kiến thức tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị xung số, bằng những kinh nghiệm tác giả đúc kết được từ thực tiễn trên các máy công nghệ điều khiển số hiện đại và từ thực tế giảng dạy cũng như tham khảo một số tài liệu đáng tin cậy trong nước và tài liệu dự án, tác giả đã biên soạn ra quyển giáo trình này. Quá trình biên soạn giáo trình, không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong sự đóng góp của các độc giả gần xa. Hà nội, ngày……tháng….năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Nguyễn Thị Hương 2. Mai Xuân Minh 3.
Phạm Thu Hương 3 4 MỤC LỤC 1. Lời giới thiệu 01 2. Mô đun: Kỹ thuật xung - số 03 4. Phần 1: Kỹ thuật xung 05 5.
Bài 1:Các khái niệm cơ bản 05 6. Bài 2 Mạch dao động đa hài 16 7. Bài 3 Mạch hạn chế biên độ và ghim áp 31 8. Phần 2: Kỹ thuật số 38 9.
Bài 1 Đại cương 38 10. Bài 2 Flip - Flop 74 11. Bài 3 Mạch logic MSI 86 12. Bài 4 Mạch đếm và thanh ghi 112 13.
Bài 5 Họ vi mạch TTL - CMOS 130 14. Bài 6 Bộ nhớ 140 15. Bài 7 Kỹ thuật ADC - DAC 151 16. Trả lời câu hỏi và bài tập 163 17.
Tài liệu tham khảo 166 MÔ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG - SỐ 4 5 Mã mô đun: MĐ 24 Vị trí, tích chất, ý nghĩa và vai trò mô đun: - Môn đun này học sau các môn học, mô đun cơ sơ và song song với môn học, mô đun Điều khiển điện khí nén; Máy điện 1,2; Cung cấp điện;Bảo vệ rơ le. Trang bị điện 2 - Là môn đun chuyên môn nghề. Mục tiêu của mô đun: - Phát biểu được các khái niệm cơ bản về xung điện, các thông số cơ bản của xung điện, ý nghĩa của xung điện trong kỹ thuật điện tử. - Trình bày được cấu tạo các mạch dao động tạo xung và mạch xử lí dạng xung.
- Phát biểu được khái niệm về kỹ thuật số, các cổng logic cơ bản. Kí hiệu, nguyên lí hoạt động, bảng sự thật của các cổng lôgic. - Trình bày được cấu tao, nguyên lý các mạch số thông dụng như: Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều khiển. - Lắp ráp, kiểm tra được các mạch tạo xung và xử lí dạng xung.
- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch số cơ bản trên panel và trong thực tế. - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học tập và trong thực hiện công việc. Nội dung của mô đun: Thời gian (giờ) Số Tổng Lý Thực hành Kiểm Tên các bài trong mô đun TT số thuyết Bài tập tra* I Kỹ thuật Xung 15 1 Các khái niệm cơ bản 5 4 1 - Định nghĩa xung điện, tham số và dãy 1 xung - Tác dụng của R,C đối với các xung cơ 1 bản - Tác dụng của R,L,C đối với cácxung cơ 2 1 bản 2 Mạch dao động đa hài 7 5 2 - Mạch đa hài không ổn 1 - Mạch đa hài đơn ổn 1 - Mạch đa hài lưỡng ổn 1 1 5 6 - Mạch Schmitt – trigger 2 1 3 Mạch hạn chế biên độ và ghim 3 2 1 - Mạch hạn chế biên độ 1 1 - Mạch ghim áp 1 II Kỹ thuật số 75 1 Đại cương 15 8 6 1 - Tổng quan về mạch tương tự và mạch số 1 - Hệ thống số và mã số 1 1 - Các cổng logic cơ bản 1 - Biểu thức logic và mạch điện 2 1 - Đại số Bool và định Demorgan 2 1 - Đơn giản biểu thức logic bằng phương 1 1 pháp đại số - Thiết kế mạch logic 2 1 - Giới thiệu IC 1 2 FLIP – FLOP 7 5 1 1 - FLIP - FLOP RS 1 - FLIP - FLOP J-K 1 1 - FLIP - FLOP T 1 - FLIP - FLOP D 1 - FLIP - FLOP với ngõ vào Preset và Clear 1 3 Mạch logic MSI 14 6 8 Mạch mã hóa 1 1 Mạch giả mã (Decoder) 1 2 Mạch ghép kênh 1 2 Mạch tách kênh 1 1 Mở rộng số ngõ vào - ngõ ra cho mạch tổ 1 1 hợp Tạo - Kiểm Parity 1 1 Phép toán logic 4 Mạch đếm và thanh ghi 16 4 12 Mạch đếm 1 2 Thanh ghi 1 3 Giới thiệu IC Đếm và thanh ghi 2 7 5 Họ vi mạch TTL – CMOS 11 4 6 1 - Cấu trúc và thông số cơ bản của TTL 1 1 - Cấu trúc và thông số cơ bản của CMOS 1 2 6 7 - Giao tiếp TTL – CMOS 1 1 - Giao tiếp giữa mạch logic và tải công 1 2 suất 6 Bộ nhớ 5 3 2 - ROM (ReadOnly Memory) 1 1 - RAM (Random Access Memory) 1 1 - Mở rộng dung lượng bộ nhớ 1 7 Kỹ thuật ADC – DAC 7 4 3 - Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC) 2 1 - Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC) 2 2 Cộng 90 45 42 3 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính vào giờ thực hành. Phần 1: Kỹ thuật xung 7 8 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: MĐ 24-01 Giới thiệu: Trong kỹ thuật xung điện đóng vai trò quan trọng, đôi khi nguyên nhân hệ thống điều khiển điện tử-số không hoạt động khi lắp ráp hoặc hư hỏng khi thiết bị đang vận hành không phải do quá tải, quá áp mà do ngay các xung điều khiển không đạt các thông số kỹ thuật.
Bài này giới thiệu về các khái niệm, các đặc trưng, đại lượng, các ảnh hưởng của các xung trong các mạch điện tử-số. Học viên cần hiểu rõ và vận dụng các kiến thức cơ bản của xung vào các mạch điện tử -số trong công nghiệp được điều khiển bằng các xung điện. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung - Giải thích được sự tác động của các linh kiện thụ động đến dạng xung - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác Nội dung chính: 1. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về tín hiệu, xung điện, dãy xung và nêu được các tham số đặc trưng.1 Định nghĩa tín hiệu Tín hiệu là sự biến đổi của các đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng một thông tin nào đó.
Tín hiệu được chia làm 2 loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) và tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung). Trong đó tín hiệu hình sin được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục ,có đường biểu diễn như hình 1-1. Ngược lại tín hiệu hình vuông được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu không liên tục như hình 1-2 Hình 24-01-1: Tín hiệu hình sin Hình 24-01-2: Tín hiệu hình vuông 1.2 Định nghĩa xung điện 8 9 Xung điện là tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn trong một khoảng thời gian rất ngắn có thể so sánh với quá trình quá độ của mạch điện. Xung điện trong kỹ thuật được chia làm 2 loại: loại xung xuất hiện ngẫu nhiên trong mạch điện, ngoài mong muốn, được gọi là xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng bất kỳ (Hình 24-01-3).
(u (u (u t t t Hình 24-01-3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo ra từ các mạch điện được thiết kế thường có một số dạng cơ bản: (u, (u, (u (u, t) t) ,t t) t t t t Hình 24-01-4: Các dạng xung cơ bản của các mạch điện được thiết kế Dãy xung vuông xuất hiện trên màn hình của máy hiện sóng khi điều chỉnh tốc độ quét chậm., chúng ta thấy chỉ có những đường vạch ngang. Khi điều chỉnh tốc độ quét nhanh, trên màn hình của máy hiện sóng xuất hiện rõ đường vạch tạo nên hình dạng xung với các đường dốc lên và dốc xuống. - Cạnh xuất hiện trước xung được gọi là sườn trước của xung. - Cạnh nằm trên đỉnh có giá trị cực đại gọi là đỉnh xung.
- Cạnh xuất hiện sau của xung để trở về trạng thái ban đầu được gọi là sườn sau của xung. - Cạnh nối khỏang cách từ sườn trước và sườn sau ở trục tọa độ của xung gọi là đáy xung.2 Các tham số cơ bản của xung điện và dãy xung 1. Các tham số cơ bản của xung điện Dạng xung vuông lý tưởng được trình bày trên Hình 24-01-5. U, I of f 9 t on 10 Hình 24-01-5: Các thông số cơ bản của xung a.
Độ rộng xung là thời gian xuất hiện của xung trên mạch điện, thời gian này thường được gọi là thời gian mở ton.
