Giáo trình Mạch logic số nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Trường Cao đẳng Dầu khí (2022)

Giáo trình mạch logic số cung cấp kiến thức cần thiết cho nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa tại cao đẳng, giúp sinh viên nắm vững kỹ năng.

• Tác giả: ThS. Bùi Minh Thảo
• Trường học: Trường Cao Đẳng Dầu Khí
• Chuyên ngành: Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa
• Đề tài: Giáo Trình Mạch Logic Số
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• 1. BÀI 1: CƠ SỞ KĨ THUẬT SỐ
• 1.1. Công nghệ kĩ thuật số
• 1.2. Các cổng logic cơ bản
• 1.3. Các cổng biến đổi
• 1.4. Logic tổ hợp (Mạch tổ hợp)
• 1.4.1. Phân tích một mạch logic tổ hợp
• 1.4.2. Ví dụ về mạch logic tổ hợp
• 1.4.3. Các vấn đề liên quan đến mạch logic tổ hợp
• 2. BÀI 2: MẠCH NHỚ
• 2.1. Các phần tử nhớ cơ bản
• 2.2. RSFF cổng NAND
• 2.3. Logic đồng bộ
• 2.3.1. Các tín hiệu xung đồng bộ (Clock Signals)
• 2.3.2. Giản đồ thời gian (Timing Diagrams)
• 2.3.3. RSFF đồng bộ
• 2.4. Các thiết bị nhớ cỡ lớn
• 2.4.1. Các thanh ghi cơ bản (Basic Registers)
• 2.4.2. Các thanh ghi chuyên dụng (Specialized Registers)
• 3. BÀI 3: MẠCH ĐẾM
• 3.1. Các hệ thống số đếm
• 3.1.1. Hệ nhị phân (Binary number)
• 3.1.2. Hệ thập lục phân (Hexadecimal number)
• 3.2. Bộ đếm nhị phân
• 3.3. Bộ đếm BCD
• 3.4. Bộ đếm kiểu đếm lên/đếm xuống (Up/down counters)
• 4. BÀI 4: CÁC MẠCH SỐ HỌC VÀ GIẢI MÃ
• 4.1. Mạch số học
• 4.1.1. Nguyên tắc cộng
• 4.1.2. Mạch cộng số học
• 4.1.3. Sơ đồ mạch logic bộ cộng nhị phân
• 4.2. Bộ giải mã
• 4.2.1. Bộ giải mã cơ bản (Basic Decoder)
• 4.2.2. Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn hiển thị (IC 7447)
• PHỤ LỤC A: CÁC VI MẠCH CỔNG VÀ FF THÔNG DỤNG
• PHỤ LỤC B: CÁC VI MẠCH TỔ HỢP THÔNG DỤNG
• PHỤ LỤC C: CÁC VI MẠCH TUẦN TỰ THÔNG DỤNG
• PHỤ LỤC D: CÁC CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Mạch Logic Số cho Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Giáo trình Mạch Logic Số được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản cho sinh viên ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm về mạch logic số, các cổng logic cơ bản, và ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Mạch logic số là nền tảng cho việc thiết kế và sửa chữa các thiết bị tự động hóa hiện đại.

1.1. Mục tiêu của Giáo Trình Mạch Logic Số

Mục tiêu chính của giáo trình là giúp sinh viên nhận diện và hiểu rõ các cổng logic cơ bản, từ đó áp dụng vào thực tiễn sửa chữa thiết bị tự động hóa.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được thiết kế cho sinh viên cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa, những người cần nắm vững kiến thức về mạch logic số.

II. Thách thức trong việc học Mạch Logic Số cho Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Việc học Mạch Logic Số không chỉ đơn thuần là lý thuyết mà còn đòi hỏi sinh viên phải thực hành và áp dụng kiến thức vào thực tế. Một trong những thách thức lớn nhất là khả năng hiểu và phân tích các mạch logic phức tạp.

2.1. Khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc chuyển đổi kiến thức lý thuyết thành kỹ năng thực hành, đặc biệt là trong việc lắp ráp và kiểm tra các mạch logic.

2.2. Thiếu tài liệu tham khảo chất lượng

Nhiều tài liệu hiện có không cập nhật hoặc không đầy đủ, gây khó khăn cho sinh viên trong việc tìm hiểu sâu về các cổng logic và ứng dụng của chúng.

III. Phương pháp học hiệu quả Mạch Logic Số cho Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Để vượt qua các thách thức trong việc học Mạch Logic Số, sinh viên cần áp dụng các phương pháp học tập hiệu quả. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành là rất quan trọng.

3.1. Học tập qua thực hành

Thực hành lắp ráp các mạch logic theo sơ đồ sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các cổng logic và mạch số.

3.2. Sử dụng tài liệu tham khảo đa dạng

Sinh viên nên tìm kiếm và sử dụng nhiều nguồn tài liệu khác nhau để có cái nhìn toàn diện về mạch logic số và ứng dụng của chúng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Mạch Logic Số trong Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Mạch Logic Số có vai trò quan trọng trong việc thiết kế và sửa chữa các thiết bị tự động hóa. Việc hiểu rõ các cổng logic và mạch số sẽ giúp kỹ thuật viên thực hiện công việc hiệu quả hơn.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế hệ thống điều khiển

Mạch logic số được sử dụng để thiết kế các hệ thống điều khiển tự động, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

4.2. Sửa chữa và bảo trì thiết bị tự động hóa

Kỹ thuật viên cần nắm vững kiến thức về mạch logic số để có thể sửa chữa và bảo trì các thiết bị tự động hóa một cách hiệu quả.

V. Kết luận và Tương lai của Mạch Logic Số trong Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Mạch Logic Số sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành tự động hóa. Việc nắm vững kiến thức về mạch logic số sẽ giúp sinh viên và kỹ thuật viên nâng cao khả năng cạnh tranh trong thị trường lao động.

5.1. Tương lai của công nghệ tự động hóa

Công nghệ tự động hóa đang phát triển nhanh chóng, đòi hỏi kỹ thuật viên phải liên tục cập nhật kiến thức về mạch logic số.

5.2. Cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên

Nắm vững kiến thức về mạch logic số sẽ mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên trong lĩnh vực sửa chữa thiết bị tự động hóa.

Nội dung chính

TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH

Giáo trình mô đun Mạch Logic Số (Mã mô đun: AUTM53104) được biên soạn bởi tập thể giảng viên Trường Cao đẳng Dầu khí (Chủ biên: ThS. Bùi Minh Thảo, cùng các tác giả Lương Quốc Kông, Tạ Ngọc Dũng) theo Quyết định ban hành số 216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022. Đây là mô đun chuyên môn thuộc khối kiến thức cơ sở ngành trong chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp. Trong tiến trình đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy sau môn học An toàn TĐH (AUTM52101), Điện kỹ thuật 1 (ELEI53154), Điện tử cơ bản (AUTM53102), và là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên sâu như Thiết bị đo lường (AUTM55005), PLC (AUTM55115), Vi điều khiển (AUTM64125) và Hệ thống điều khiển phân tán DCS (AUTM63117).

Thời lượng toàn bộ mô đun gồm 60 giờ (tương đương 3 tín chỉ), được phân bổ cụ thể: 28 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận/bài tập và 3 giờ dành cho công tác kiểm tra định kỳ. Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến các chuẩn đầu ra cụ thể:

• Về kiến thức (A1–A5): Nhận diện các ký hiệu cổng logic cơ bản, thiết lập bảng chân trị, vẽ đồ thị thời gian; nhận diện và phân tích nguyên lý hoạt động của các phần tử Flip-Flop (RSFF, DFF, JKFF), mạch chốt, bộ đếm nhị phân, bộ đếm BCD, thanh ghi dịch, mạch số học và bộ giải mã.
• Về kỹ năng (B1–B2): Lắp ráp hoàn chỉnh các mạch logic tổ hợp, mạch đếm dựa trên Flip-Flop theo sơ đồ nguyên lý; tra cứu và định danh đúng sơ đồ chân của các vi mạch (IC) số chuyên dụng trên testboard.
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C2): Rèn luyện tác phong làm việc cẩn trọng và chấp hành các quy định an toàn điện khi thao tác với nguồn điện 1–5V và 3–12V.

Cấu trúc giáo trình gồm 04 bài học chính và 04 phụ lục kỹ thuật tra cứu. Điểm đặc thù của tài liệu là việc kết hợp lý thuyết mạch số với các bài toán điều khiển kỹ thuật trong môi trường công nghiệp thực tế (như hệ thống khóa liên động an toàn lò đốt theo tiêu chuẩn NFPA 86).

---

NỘI DUNG KIẾN THỨC CỐT LÕI

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai tuần tự qua 4 bài học với cấu trúc lũy tiến từ các phần tử logic rời rạc đến các mạch tổ hợp và hệ thống mạch tuần tự phức tạp:

Nội dung 04 bài học chính trong giáo trình:

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp hệ thống lý thuyết định lượng và nguyên tắc hoạt động của phần cứng số:

1. Đại số logic và Bảng chân trị (Truth Table): Xây dựng phương pháp phân tích bảng trạng thái với $n$ ngõ vào tương ứng $2^n$ tổ hợp trạng thái. Mô tả toán tử logic cho từng cổng:
   • Cổng AND: $X = A \cdot B$
   • Cổng OR: $X = A + B$
   • Cổng XOR: $X = A \oplus B$ (ngõ ra bằng 1 khi các ngõ vào khác mức)
   • Cổng NOT: $X = \bar{A}$
   • Cổng NAND: $X = \overline{A \cdot B}$
   • Cổng NOR: $X = \overline{A + B}$
   • Cổng XNOR: $X = \overline{A \oplus B}$ (ngõ ra bằng 1 khi các ngõ vào cùng mức).
2. Mức logic và Độ tương thích điện áp: Quy định dải điện áp ngõ vào (0–1.5V ứng với mức 0; 3.0–5.0V ứng với mức 1) và dải điện áp ngõ ra (0–0.5V ứng với mức 0; 4.0–5.0V ứng với mức 1) cho họ logic chuẩn 5V, giải thích khoảng cách an toàn chống nhiễu của thiết bị số.
3. Đặc tính thời gian và Độ trễ lan truyền (Propagation Delay): Định lượng thời gian chuyển mạch của transistor đo bằng nano giây ($1\text{ ns} = 10^{-9}\text{ s}$). Phân tích sự chênh lệch thời gian chuyển đổi giữa sườn tích cực dương (từ 0 lên 1) và sườn tích cực âm (từ 1 xuống 0) cũng như các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm trễ (sử dụng cổng nhiều ngõ vào, tối giản hàm logic).
4. Cơ chế lưu trữ và Hồi tiếp (Feedback Loop): Nguyên lý tạo phần tử nhớ 1-bit dựa trên đường truyền hồi tiếp ngõ ra về ngõ vào ở RSFF; quy tắc tránh trạng thái cấm ($S=R=1$ đối với NOR RSFF; $\bar{S}=\bar{R}=0$ đối với NAND RSFF); cơ chế lật trạng thái (Toggle) ở JKFF khi $J=K=1$.
5. Hệ thống số và Mã hóa công nghiệp: Quy tắc chuyển đổi giữa các hệ đếm cơ số 2 (Binary), cơ số 16 (Hexadecimal) và mã nhị thập phân BCD-8421; cấu trúc các đơn vị dữ liệu gồm Bit, Nipple (4 bit), Byte (8 bit), Word (16 bit), Doubleword (32 bit) và Quadword (64 bit).

Kỹ năng phát triển

Chương trình đào tạo rèn luyện ba nhóm năng lực chuyên môn:

• Kỹ năng kỹ thuật: Đọc sơ đồ nguyên lý mạch số; định vị sơ đồ chân các IC chuẩn (họ TTL/CMOS thông dụng); lắp ráp các mạch logic tổ hợp, mạch chốt Flip-Flop, thanh ghi và bộ đếm trên testboard; sử dụng đồng hồ đo VOM kiểm tra mức điện áp logic trên đường mạch.
• Kỹ năng phân tích: Lập bảng chân trị từng phần để phân tích mạch phức hợp; phân tích giản đồ thời gian (Timing Diagram) của các phần tử kích sườn (Edge-triggered) và kích mức (Level-triggered); tính toán tần số ngõ ra sau các tầng chia tần số của bộ đếm ($f/2, f/4, f/8, f/16$).
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp: Quy trình đấu nối dây dẫn và linh kiện bán dẫn đảm bảo các quy chuẩn an toàn mạch điện áp thấp (1–5V và 3–12V); bảo vệ linh kiện trước hiện tượng quá áp và đoản mạch.

---

PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP

Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết và thực hành xưởng, áp dụng phương pháp dạy học tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề):

Tiếp cận sư phạm và Tổ chức thực hành

• Đối với giảng viên: Thiết kế giáo án linh hoạt theo bài học lý thuyết hoặc tích hợp; tổ chức lớp học lý thuyết tập trung và phân chia ca đối với các giờ thực hành xưởng nhằm đảm bảo trang thiết bị cho từng học viên.
• Đối với người học: Thực hiện phương pháp học tập kết hợp tự học và làm việc nhóm (mỗi nhóm 8–10 sinh viên). Từng thành viên được giao nghiên cứu độc lập một phần nội dung và thảo luận giải quyết bài tập tình huống trước khi lắp ráp mạch thực tế.

Tình huống ứng dụng và Bài tập thực tiễn

Giáo trình tích hợp các bài toán kỹ thuật từ hiện trường sản xuất. Điển hình là bài toán thiết kế mạch logic điều khiển van an toàn nhiên liệu cho hệ thống lò đốt công nghiệp theo tiêu chuẩn NFPA 86 (Standard 86 của Hiệp hội Phòng cháy Chữa cháy Quốc gia Hoa Kỳ):

• Tín hiệu đầu vào gồm: Cảm biến áp suất nhiên liệu thấp, cảm biến áp suất nhiên liệu cao, cảm biến lưu lượng gió (đều xuất mức logic 0 khi đạt yêu cầu an toàn, xuất mức 1 khi có sự cố) và đầu dò lửa (xuất mức logic 1 khi có lửa, mức 0 khi tắt lửa).
• Mạch xử lý: Tín hiệu từ đầu dò lửa đi qua cổng NOT, sau đó kết hợp cùng 3 tín hiệu cảm biến áp suất/lưu lượng qua cổng OR để đưa tín hiệu điều khiển tới van ngắt an toàn. Van duy trì trạng thái mở khi ngõ ra ở mức 0 và đóng ngắt nhiên liệu khi ngõ ra nhận mức 1.

Quy trình kiểm tra và đánh giá

Hệ thống đánh giá kết quả học tập được thiết lập với các mốc quy định cụ thể:

STT	Hình thức đánh giá	Số lượng bài	Thời gian thực hiện	Nội dung kiến thức kiểm tra	Chuẩn đầu ra đánh giá
1	Kiểm tra thường xuyên	01 bài	$\le 30$ phút	Vấn đáp, kiểm tra viết hoặc chấm điểm bài tập thực hành	Bài 1, 2, 3, 4
2	Kiểm tra định kỳ số 1	01 bài (Lý thuyết)	45 ÷ 60 phút	Nội dung Bài 1 và Bài 2	A1, A2, A3, A4, A5
3	Kiểm tra định kỳ số 2	01 bài (Lý thuyết)	45 ÷ 60 phút	Nội dung Bài 3 và Bài 4	A4, A5, B1, B2
4	Kiểm tra định kỳ số 3	01 bài (Thực hành)	45 ÷ 60 phút	Lắp ráp mạch tổng hợp Bài 1, 2, 3, 4	A1–A5, B1–B2, C1–C2
5	Thi kết thúc mô đun	02 phần (LT & TH)	LT: 45÷60 phút TH: 60÷120 phút	Toàn bộ chương trình mô đun (Trắc nghiệm lý thuyết và Lắp ráp mạch thực tế)	A1–A5, B1–B2, C1–C2

Quy định điều kiện dự thi: Người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các buổi học lý thuyết. Trường hợp vắng quá 30% số tiết lý thuyết, sinh viên bắt buộc phải học lại mô đun.

---

ĐIỂM NỔI BẬT VÀ TÍNH THỰC TIỄN

Giáo trình Mạch Logic Số có những đặc điểm kỹ thuật gắn liền với thực tế vận hành hệ thống tự động hóa:

• Tích hợp tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế: Các nội dung kỹ thuật số được tham chiếu và đối chiếu trực tiếp với khung chương trình đào tạo quốc tế Instrumentation Level 4 (Ấn bản lần 3, 2016 của tổ chức NCCER) và giáo trình Digital Systems: Principles and Applications (Ấn bản lần 12 của tác giả Ronald J. Tocci).
• Phân tích các vấn đề vận hành phần cứng: Giáo trình phân tích hiện tượng trễ lan truyền (Propagation Delay) và giải thích tầm quan trọng của thông số này trong các hệ thống an toàn khẩn cấp quy mô lớn (như hệ thống dừng lò phản ứng hạt nhân). Tài liệu cũng trình bày vai trò của cổng đệm (Buffer Gate) trong việc xử lý dòng điều khiển ngõ ra lớn và phối ghép các mức điện áp khác nhau giữa các khối mạch.
• Chuẩn hóa hệ thống ký hiệu kép: Cung cấp song song hai hệ thống ký hiệu cổng logic đang tồn tại trong công nghiệp: Ký hiệu truyền thống (Traditional symbols, sử dụng từ năm 1950) và Ký hiệu hình chữ nhật chuẩn ANSI/IEEE (sử dụng từ năm 1980), hỗ trợ sinh viên nhận diện sơ đồ bản vẽ trên các hệ thống điều khiển PLC và sơ đồ mạch đo lường.
• Hệ thống phụ lục tra cứu chuyên dụng: Cung cấp 4 phụ lục kỹ thuật tra cứu chân IC (Phụ lục A: Vi mạch cổng và FF; Phụ lục B: Vi mạch tổ hợp; Phụ lục C: Vi mạch tuần tự; Phụ lục D: Câu hỏi trắc nghiệm), hỗ trợ công tác tra cứu nhanh trong xưởng thực hành.

---

ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH

1. Sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa: Tài liệu học tập bắt buộc của mô đun AUTM53104 nhằm hoàn thiện kiến thức nền tảng về phần cứng số trước khi học các môn học điều khiển vi xử lý, PLC và DCS.
2. Sinh viên các ngành kỹ thuật liên quan: Sinh viên ngành Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp, Cơ điện tử, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí có nhu cầu tham khảo kiến thức về mạch logic và xử lý tín hiệu số.
3. Giảng viên chuyên ngành Tự động hóa: Tài liệu chuẩn dùng để thiết kế tiến trình giảng dạy, xây dựng giáo án lý thuyết, giáo án tích hợp, phân bổ phiếu đánh giá thực hành và lập ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá theo chuẩn đầu ra.
4. Kỹ thuật viên bảo dưỡng và sửa chữa: Tài liệu tra cứu tại các nhà máy, xí nghiệp về sơ đồ chân IC họ 74xx, nguyên lý chuyển đổi mã BCD sang LED 7 đoạn (IC 7447) và quy tắc logic của các hệ thống khóa liên động an toàn.

---

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP

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

Giáo trình phục vụ cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) theo khung chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật liên quan đến điều khiển quá trình và đo lường.

2. Người học cần đáp ứng những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần hoàn thành môn học tiên quyết là An toàn TĐH (AUTM52101), đồng thời nắm vững kiến thức từ các môn học cơ sở như Điện kỹ thuật 1 (ELEI53154) và Điện tử cơ bản (AUTM53102) để thực hiện an toàn các bài tập lắp mạch trên nguồn 1–5V và 3–12V.

3. Điểm đặc thù của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết số thuần túy là gì?

Giáo trình tập trung vào khía cạnh thực hành nghề nghiệp, lược bỏ các phép chứng minh toán học phức tạp để đi thẳng vào cấu trúc phần cứng mạch số, phân tích nguyên nhân trễ cổng, ứng dụng cổng đệm (Buffer Gate), và phân tích các trường hợp điều khiển an toàn công nghiệp thực tế theo tiêu chuẩn NFPA 86.

4. Yêu cầu tự học và chuyên cần đối với học viên được quy định như thế nào?

Sinh viên phải tham gia tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại môn học), chuẩn bị trước nội dung bài học ở nhà, tham gia hoạt động thảo luận nhóm từ 8–10 người và nộp đầy đủ các bài tập tình huống theo quy định của giảng viên.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và phụ lục kỹ thuật nào đi kèm?

Tài liệu cung cấp 04 phụ lục kỹ thuật gồm:

• Phụ lục A: Bảng tra cứu vi mạch cổng và Flip-Flop thông dụng.
• Phụ lục B: Bảng tra cứu vi mạch tổ hợp thông dụng.
• Phụ lục C: Bảng tra cứu vi mạch tuần tự thông dụng.
• Phụ lục D: Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm ôn tập.

---

KẾT LUẬN

Giáo trình mô đun Mạch Logic Số (AUTM53104) cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng về kỹ thuật số, bao gồm mạch logic tổ hợp, phần tử nhớ Flip-Flop, thanh ghi, mạch đếm nhị phân/BCD và các mạch số học, giải mã hiển thị. Nội dung giáo trình được thiết kế theo cấu trúc mô đun tích hợp, kết hợp chặt chẽ giữa 28 giờ lý thuyết và 29 giờ thực hành thực nghiệm trên testboard, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị tự động hóa.

Lộ trình học tập đề xuất: Học viên tiếp cận từ các cổng logic cơ bản $\rightarrow$ phân tích mạch tổ hợp $\rightarrow$ xây dựng phần tử nhớ và mạch đồng bộ $\rightarrow$ ghép nối thanh ghi và mạch đếm tuần tự $\rightarrow$ hoàn thiện mạch số học và giải mã LED 7 đoạn $\rightarrow$ chuyển tiếp sang các mô đun vi điều khiển, PLC và DCS.

Tài liệu tham khảo chính:

1. Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy (2016), Giáo trình Kỹ thuật số, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
2. NCCER (2016), Instrumentation Level 4, 3rd Edition.
3. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Gregory L. Moss, Digital Systems: Principles and Applications, 12th Edition.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: MẠCH LOGIC SỐ NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) 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. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Mạch Logic Số được dịch và biên soạn dành cho sinh viên hệ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) của Trường Cao Đẳng Dầu Khí và thuộc môn học cơ sở ngành. Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học môn học này cần hoàn thành môn học an toàn tự động hóa.

Nội dung của giáo trình gồm 04 bài: Bài 1: Cơ sở kỹ thuật số Bài 2: Mạch nhớ Bài 3: Mạch đếm Bài 4: Các mạch số học và giải mã Tác giả chân thành gửi lời cám ơn đến các đồng nghiệp bộ môn Tự Động Hóa đã giúp tác giả hoàn thiện giáo trình này. Tuy đã nỗ lực nhiều, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để lần ban hành tiếp theo được hoàn thiện hơn. Bà Rịa, Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: ThS.

Bùi Minh Thảo 2. Lương Quốc Kông 3. Tạ Ngọc Dũng Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số Trang 1 MỤC LỤC BÀI 1: CƠ SỞ KĨ THUẬT SỐ .1 Công nghệ kĩ thuật số .2 Các cổng logic cơ bản.3 Các cổng biến đổi .4 Logic tổ hợp (Mạch tổ hợp) .1 Phân tích một mạch logic tổ hợp .2 Ví dụ về mạch logic tổ hợp.3 Các vấn đề liên quan đến mạch logic tổ hợp .27 BÀI 2: MẠCH NHỚ .1 Các phần tử nhớ cơ bản .2 RSFF cổng NAND.2 Logic đồng bộ .1 Các tín hiệu xung đồng bộ (Clock Signals) .2 Giản đồ thời gian (Timing Diagrams) .3 RSFF đồng bộ .3 Các thiết bị nhớ cỡ lớn.1 Các thanh ghi cơ bản (Basic Registers) .2 Các thanh ghi chuyên dụng (Specialized Registers) .40 Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số Trang 2 BÀI 3: MẠCH ĐẾM .1 Các hệ thống số đếm .1 Hệ nhị phân (Binary number) .2 Hệ thập lục phân (Hexadecimal number) .2 Bộ đếm nhị phân .3 Bộ đếm BCD.4 Bộ đếm kiểu đếm lên/đếm xuống (Up/down counters. 47 BÀI 4: CÁC MẠCH SỐ HỌC VÀ GIẢI MÃ .1 Mạch số học .1 Nguyên tắc cộng .2 Mạch cộng số học .3 Sơ đồ mạch logic bộ cộng nhị phân.1 Bộ giải mã cơ bản (Basic Decoder) .2 Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn hiển thị (IC 7447) .58 PHỤ LỤC A: CÁC VI MẠCH CỔNG VÀ FF THÔNG DỤNG.

58 PHỤ LỤC B: CÁC VI MẠCH TỔ HỢP THÔNG DỤNG. 60 PHỤ LỤC C: CÁC VI MẠCH TUẦN TỰ THÔNG DỤNG. 61 PHỤ LỤC D: CÁC CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM:. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.66 Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số Trang 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 0-1: Ví dụ về mức logic ngõ vào và mức logic ngõ ra .15 Hình 0-2: Các kiểu ký hiệu logic .16 Hình 0-3: Kí hiệu cổng AND .17 Hình 0-4: Mạch điện cổng AND .17 Hình 0-5: Kí hiệu cổng OR .18 Hình 0-6: Mạch điện cổng NOR .18 Hình 0-7: Kí hiệu cổng XOR .19 Hình 0-8: Kí hiệu cổng NOT .19 Hình 0-9: Cổng NOT sử dụng cùng với các cổng logic khác .20 Hình 0-10: Kí hiệu cổng NAND .20 Hình 0-11: Kí hiệu cổng logic NOR .21 Hình 0-12: Kí hiệu cổng logic XNOR .22 Hình 0-13: Ví dụ về một mạch logic tổ hợp .23 Hình 0-14: Sơ đồ mạch điểu khiển và mạch logic của lò đốt .26 Hình 0-15: Ví dụ về các cổng logic có 3 ngõ vào.27 Hình 0-16: Kí hiệu cổng đệm (BUFFER) .28 Hình 0-1: Kí hiệu RSFF .31 Hình 0-2: RSFF được làm từ các cổng NOR và đáp ứng của RSFF với các tổhợp ngõ vào khác nhau.32 Hình 0-3: Sơ đồ mạch RSFF cổng NAND .33 Hình 0-4: Xung nhịp đồng bộ .34 Hình 0-5: Xung kích sườn (A) và xung kích mức (B) .35 Hình 0-6: NOR RSFF đồng bộ .36 Hình 0-7: Giản đồ thời gian của NOR RSFF đồng bộ .36 Hình 0-8: DFF kích theo mức logic (A) và kích theo sườn (B).37 Hình 0-9: Giản đồ thời gian của DFF kích theo mức logic 1 .37 Hình 0-10: Giản đồ thời gian DFF kích sườn dương .38 Hình 0-11: Kí hiệu logic của JKFF .38 Hình 0-12: Giản đồ thời gian của JKFF ở trạng thái lật (J=K=1) .39 Hình 0-13: Thanh ghi 4 bit được tạo thành từ 4 DFF mắc song song .40 Hình 0-1: Sơ đồ bộ đếm nhị phân 4 bit và giản đồ thời gian của các ngõ ra .45 Hình 0-2: Sơ đồ bộ đếm BCD .47 Hình 0-3: Giản đồ thời gian của bộ đếm BCD .47 Hình 0-4: Sơ đồ một bộ đếm lên/xuống .48 Hình 0-1: So sánh phép cộng thập phân và phép cộng nhị phân .50 Hình 0-2: Kí hiệu bộ cộng nhị phân.51 Hình 0-3: Sơ đồ bộ cộng 8-bit được ghép nối từ 8 mạch cộng nhị phân 1 bit.51 Hình 0-4: Sơ đồ logic mạch cộng nhị phân 1 bit .52 Hình 0-5: Kí hiệu logic của bộ giải mã cơ bản .54 Hình 0-6: Sơ đồ logic bộ giải mã cơ bản (3 đường thành 8 đường) .55 Hình 0-7: Cấu trúc và chân ra của 1 dạng led 7 đoạn .56 Hình 0-8: Led 7 đoạn loại anode chung và cathode chung .56 Hình 0-9: Sơ đồ chân và kí hiệu IC 74LS47 .57 Hình 0-10: Sơ đồ nối IC 74LS47 điều khiển LED 7 đoạn anode chung .57 Trang 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng sự thật của một cổng logic 3 ngõ vào .2: Bảng sự thật cổng AND .3: Bảng sự thật cổng OR .4: Bảng sự thật cổng XOR 2 ngõ vào .5: Bảng sự thật cổng NOT .6: Bảng sự thật cổng NAND 2 ngõ vào .7: Bảng sự thật cổng logic NOR .8: Bảng sự thật cổng logic XNOR .9: Bảng sự thật của mạch có 04 ngõ vào.10: Bảng sự thật trung gian (thành phần) .11: Bảng sự thật toàn mạch .1: Bảng sự thật của NOR RSFF .2: Bảng sự thật của NAND RSFF .1: Biểu diễn 16 số thập phân 0÷15 dưới dạng BIN, BIN 4 bit và HEX .2: Cấu tạo mã BCD .1: Bảng sự thật bộ cộng nhị phân 1 bit .2: Bảng sự thật của bộ giải mã đơn giản .3: Bảng sự thật của bộ giải mã BCD thành 7 đoạn .57 Trang 5 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1.

Tên mô đun: Mạch Logic Số 2. Mã mô đun: AUTM53104 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: 3. Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun chuyên ngành của chương trình đào tạo.

Mô đun này được dạy trước môn học thiết bị đo lường và sau khi hoàn thành các môn học cơ sở ngành nghề. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức về các cổng logic cơ bản, các loại flip-flop, các mạch số học cũng như các mạch ứng dụng như thanh ghi dịch, bộ giải mã. Người học sẽ lắp ráp được các mạch số cơ bản sử dụng các linh kiện cổng logic (IC), testboard và các linh kiện hỗ trợ khác. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: 4.

Mục tiêu của mô đun 4. Về kiến thức: A1. Nhận diện được các ký hiệu cổng logic cơ bản và lập được bảng chân trị và vẽ được đồ thị thời gian của các loại cổng logic này; A2. Nhận diện được các ký hiệu của flip-flop và mạch chốt; A3.

Mô tả được cách hoạt động của các loại flip-flop và các bộ đếm; A4. Mô tả được cách hoạt động của các loại thanh ghi dịch; A5. Mô tả được cách hoạt động của mạch số học và bộ giải mã. Về kỹ năng: B1.

Lắp ráp được các mạch logic tổ hợp theo sơ đồ cho sẵn; B2. Lắp ráp được các bộ đếm dựa trên các flip-flop. Xác định được chân của các IC cổng cơ bản, flip-flop, bộ giải mã 4. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1.

Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; C2. Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn điện khi sử dụng các linh kiện điện tử và làm việc với các nguồn điện 1 - 5V và 3 - 12V 5. Nội dung của mô đun: 5. Chương trình khung Trang 6 Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Tên môn học, mô hành/ STT Mã MH/MĐ tín đun Tổng thực tập/ chỉ Lý số thí thuyết LT TH nghiệm/ bài tập/ thảo luận Các môn học I chung bắt buộc 23 465 180 260 17 8 1 COMP64002 Chính trị 4 75 41 29 5 0 2 COMP62004 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 3 COMP62008 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc 4 COMP62010 4 75 36 35 2 2 phòng và An ninh 5 COMP63006 Tin học 3 75 15 58 0 2 6 FORL66001 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 An toàn vệ sinh 7 SAEN52001 2 30 23 5 2 0 lao động Các môn học, mô II đun chuyên môn 79 1845 602 1170 43 30 ngành, nghề Môn học, mô đun II.1 cơ sở 20 375 196 159 15 5 8 AUTM52101 An toàn TĐH 2 45 14 29 1 1 9 ELEI53154 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 10 AUTM53102 Điện tử cơ bản 3 60 28 29 2 1 11 ELEI53011 Khí cụ điện 3 45 28 14 3 0 12 ELEI53110 Đo lường điện 3 60 28 29 2 1 Bản vẽ thiết bị đo 13 AUTM53006 3 45 42 0 3 0 lường 14 AUTM53104 Mạch logic số 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.