ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI ĐẶNG ĐÌNH NHIÊN (Chủ biên) NGUYỄN VĂN SÁU – NGUYỄN ĐỨC NAM GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT XUNG – SỐ Nghề: Điện công nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên và tài liệu cho giáo viên khi giảng dạy, Khoa Điện Tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội đã chỉnh sửa, biên soạn cuốn giáo trình “KỸ THUẬT XUNG-SỐ” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Điện công nghiệp. Đây là mô – đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp trình độ Cao đẳng. Nhóm biên soạn đã tham khảo các tài liệu: “Kỹ thuật xung cơ bản và nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002,”Kỹ thuật số”, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004 và nhiều tài liệu khác. Mặc dù nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng nhưng không tránh được những thiếu sót.
Rất mong đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để giáo trình hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Chủ biên: Đặng Đình Nhiên 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. 2 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG – SỐ. 4 PHẦN 1:KỸ THUẬT XUNG.
7 Bài 1 Các khái niệm cơ bản. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung. 7 Bài 2 Mạch dao động đa hài. Mạch dao động đa hài đơn ổn.
Mạch dao động đa hài dùng cổng logic. Mạch dao động đa hài đơn ổn. Mạch dao động đa hài lưỡng ổn. Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng cổng logic.
Mạch schmitt – Triger. 31 Bài 3 Mạch hạn chế biên độ và ghim áp. Mạch hạn chế biên độ:. 38 PHẦN 2: KỸ THUẬT SỐ.
42 Bài 4 Đại cương. Tổng quan về mạch tương tự và số. Các phương pháp biểu diễn hàm logic. Đại số Booel và định lý Demorgan.
Đơn giản biểu thức logic. Thiết kế mạch logic. 79 Bài 5 Flip-Flop. FLip-Flop với đầu vào Preset và clear.
94 Bài 6 Mạch logic MSI. Mạch ghép kênh. Mạch tách kênh. 122 Bài 7 Mạch đếm và thanh ghi.
141 Bài 8 Bộ nhớ. Mở rộng dung lượng bộ nhớ. 154 Bài 9 Kỹ thuật adc – dac. Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC).
Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC). 163 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 172 3 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG – SỐ Tên mô đun: Kỹ thuật xung số Mã số mô đun: MĐ 18 Thời gian mô đun: 60 giờ (LT : 24 giờ ; TH 32 giờ; KT: 4 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong các mô đun Đo lường Điện – Điện tử, Điện tử cơ bản - Tính chất của mô đun: Là mô đun cơ sở chuyên môn nghề bắt buộc.
Mục tiêu mô đun : Học xong môn học này học viên có khả năng: - Trình bày được sơ đồ mạch điện và nguyên lý làm việc của các mạch mã hoá, giải mã, dồn kênh, phân kênh, mạch đếm, ghi dịch, mạch chuyển đổi AD/DA, DA/AD các bộ nhớ ROM và RAM một cách nhanh chóng và chính xác; - Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được các mạch trên đảm bảo các chỉ tiêu: an toàn, hoạt động ổn định, đúng thời gian quy định. Nội dung mô đun : 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian (giờ) Thực Số TT Tên các bài trong mô đun Tổng Lý hành Kiểm số thuyết Bài tra tập I Kỹ thuật Xung 1 Các khái niệm cơ bản 5 - Định nghĩa xung điện, tham số và 1 dãy xung - Tác dụng của R,C đối với các 1 xung cơ bản - Tác dụng của R,L,C đối với 1 2 cácxung cơ bản 4 2 Mạch dao động đa hài 7 - Mạch đa hài không ổn 0,5 1 - Mạch đa hài đơn ổn 0,5 1 - Mạch đa hài lưỡng ổn 0,5 1 - Mạch Schmitt – trigger 0,5 2 3 Mạch hạn chế biên độ và ghim 3 - Mạch hạn chế biên độ 1 1 - Mạch ghim áp 1 II Kỹ thuật số 1 Đại cương 10 - Tổng quan về mạch tương tự và 1 mạch số - Hệ thống số và mã số 1 - Các cổng logic cơ bản 1 - Biểu thức logic và mạch điện 1 - Đại số Bool và định Demorgan 1 - Đơn giản biểu thức logic bằng 1 phương pháp đại số - Thiết kế mạch logic 1 3 - Giới thiệu IC 2 FLIP – FLOP 5 1 - FLIP - FLOP RS 0,5 - FLIP - FLOP J-K 0,5 - FLIP - FLOP T 0,5 - FLIP - FLOP D 0,5 - FLIP - FLOP với ngõ vào Preset 0,5 1,5 và Clear 3 Mạch logic MSI 10 Mạch mã hóa 1 1 Mạch giả mã (Decoder) 1 1 Mạch ghép kênh 1 1 5 Mạch tách kênh 1 1 Mở rộng số ngõ vào - ngõ ra cho 1 1 mạch tổ hợp Tạo - Kiểm Parity 1 1 Phép toán logic 4 Mạch đếm và thanh ghi 10 Mạch đếm 0,5 2 Thanh ghi 0,5 2 3 Giới thiệu IC Đếm và thanh ghi 2 6 Bộ nhớ 5 - ROM (ReadOnly Memory) 0,5 1 - RAM (Random Access Memory) 0,5 1 - Mở rộng dung lượng bộ nhớ 0,5 1,5 7 Kỹ thuật ADC – DAC 5 - Mạch chuyển đổi số - tương tự 0,5 2 (DAC) - Mạch chuyển đổi tương tự - số 0,5 2 (ADC) Cộng 60 24 32 4 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính vào giờ thực hành. 6 PHẦN 1:KỸ THUẬT XUNG Bài 1 Các khái niệm cơ bản 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 kháiniệmvề tín hiệu, xung điện, dãy xung và nêu được các tham số đặc trưng.
Định nghĩa tín hiệu Hình 1.1: Tín hiệu hình sin Hình 1.2: Tín hiệu hình vuông 7 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. Ngược lại tín hiệu hình vuông được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu không liên tục như hình 1.
Định nghĩa xung điện 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 1.3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo ra từ các mạch điện được thiết kế thường có một số dạng cơ bản: Hình 1.4: 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. 8 - Cạnh nối khỏang cách từ sườn trước và sườn sau ở trục tọa độ của xung gọi là đáy xung. Các tham số cơ bản của xung điện và dãy xung Các tham số cơ bản của xung điện Dạng xung vuông lý tưởng được trình bày trên Hình 1.5: Các thông số cơ bản của xung Độ rộng xung là thời gian xuất hiện của xung trên mạch điện, thời gian này thường được gọi là thời gian mở t on.
Thời gian không có sự xuất hiện của xung gọi là thời gian nghỉ t off. Chu kỳ xung là khỏang thời gian giữa 2 lần xuất hiện của 2 xung liên tiếp, được tính theo công thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung được tính theo công thức: 1 f= (1.2) T Độ rỗng và hệ số đầy của xung: - Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ và độ rộng xung, được tính theo công thức: T Q= (1.3) Ton - Hệ số đầy của xung là nghịch đảo của độ rỗng, được tính theo công thức: Ton n= (1.4) T Trong thực tế, người ta ít quan tâm đến tham số này, người ta chỉ quan tâm trong khi thiết kế các bộ nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp một chiều được tạo ra sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch điều chỉnh sao cho mạch điện cấp đủ dòng, đủ công suất, cung cấp cho tải. 9 Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, các xung vuông, xung chữ nhật không có cấu trúc một cách lí tưởng. Khi các đại lượng điện tăng hay giảm để tạo một xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian quá độ)nhất là các mạch có tổng trở vào ra nhỏ hoặc có thành phần điện kháng nên 2 sườn trước và sau không thẳng đứng một cách lí tưởng.
Do đó thời gian xung được tính theo công thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau Hình 1.6: Cách gọi tên các cạnh xung.