Giáo trình Kỹ thuật Xung Số Mô đun Nghề Kỹ Thuật Lắp Ráp Sửa Chữa Máy Tính - CĐ KTCN BR-VT

• Tác giả: Bùi Văn Vinh
• Trường học: Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính
• Đề tài: Kỹ thuật xung số
• Loại tài liệu: Giáo trình mô đun
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bà Rịa – Vũng Tàu

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình mô đun kỹ thuật xung số nghề kỹ thuật lắp ráp sửa chữa máy tính

Giáo trình mô đun Kỹ thuật xung số là tài liệu đào tạo chính thức của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu. Giáo trình phục vụ chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính ở trình độ trung cấp. Mô đun này đóng vai trò nền tảng cho các môn học chuyên ngành. Nội dung bao gồm 11 bài học, từ tổng quan kỹ thuật xung đến các mạch số phức tạp. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung kiến thức mới. Tài liệu mang tính mở, cho phép giảng viên điều chỉnh nội dung phù hợp với thực tế đào tạo. Mô đun được bố trí sau các môn học chung và trước các môn chuyên ngành. Đây là mô đun bắt buộc, giúp người học có khả năng lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa các mạch xung số thường gặp trong thực tế.

1.1. Mục tiêu đào tạo của mô đun kỹ thuật xung số

Mô đun kỹ thuật xung số nhằm trang bị kiến thức nền tảng về mạch xung và mạch số cho học viên nghề sửa chữa máy tính. Học viên được rèn luyện tay nghề thực hành qua các bài tập lắp ráp và đo kiểm. Mục tiêu cụ thể bao gồm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại mạch đa hài, mạch dao động xung. Học viên nắm vững cách sử dụng IC 555 tạo xung thời gian. Ngoài ra, mô đun giúp học viên thành thạo các cổng logic cơ bản như AND, OR, NOT, NAND, NOR. Kiến thức về mã hóa, giải mã, mạch dồn kênh phân kênh cũng được trang bị đầy đủ. Các phần tử Flip-Flop và mạch đếm nhị phân là nội dung nâng cao quan trọng.

1.2. Đối tượng và phạm vi áp dụng giáo trình

Giáo trình dành cho học viên trình độ trung cấp nghề Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu. Đối tượng chính là sinh viên đã hoàn thành các môn học chung cơ bản. Giáo trình áp dụng cho cả hệ đào tạo chính quy và liên thông. Phạm vi nội dung tập trung vào kỹ thuật xung tương tự và kỹ thuật số. Tài liệu cũng phù hợp cho giảng viên làm tài liệu tham khảo giảng dạy. Các cơ sở đào tạo nghề khác có thể tham khảo và điều chỉnh cho phù hợp. Giáo trình được ban hành theo Quyết định của Hiệu trưởng trường, lưu hành nội bộ phục vụ mục đích đào tạo.

II. Phân tích nội dung và cấu trúc 11 bài học kỹ thuật xung số

Giáo trình kỹ thuật xung số được cấu trúc thành 11 bài học logic, từ cơ bản đến nâng cao. Phần kỹ thuật xung bao gồm bài tổng quan và mạch đa hài tự dao động. Học viên tìm hiểu nguyên lý phóng nạp tụ điện trong mạch thời gian. Phần kỹ thuật số chiếm nội dung lớn với 9 bài học. Các cổng logic cơ bản AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR được giới thiệu chi tiết. Biểu diễn hàm đại số logic và biểu thức logic mạch điện giúp học viên hiểu toán học kỹ thuật số. Mạch mã hóa giải mã và dồn kênh phân kênh là nội dung ứng dụng thực tế. Phần tử Flip-Flop tạo nền tảng cho mạch đếm nhị phân. Mạch ghi dịch hoàn thiện kiến thức về xử lý tín hiệu số. Mỗi bài đều có phần thực hành gắn liền lý thuyết.

2.1. Nội dung phần kỹ thuật xung tương tự trong giáo trình

Phần kỹ thuật xung tương tự gồm 2 bài học đầu tiên. Bài 1 giới thiệu tổng quan về kỹ thuật xung, định nghĩa tín hiệu xung và các thông số cơ bản. Học viên nắm được biên độ, chu kỳ, tần số và độ rộng xung. Bài 2 tập trung vào mạch đa hài tự dao động, đặc biệt là mạch sử dụng IC 555. Nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình phóng nạp tụ điện qua điện trở. Chân 2 và chân 6 của IC 555 nhận điện áp từ tụ C1 để tạo ngưỡng lật trạng thái. Chân số 3 là đầu ra xung vuông. Tụ C2 giúp mạch hoạt động ổn định. Nguồn cấp từ 5 đến 15VDC tùy ứng dụng.

2.2. Nội dung phần kỹ thuật số và các mạch logic

Phần kỹ thuật số chiếm phần lớn giáo trình với 9 bài học. Bài 3 giới thiệu tổng quan về kỹ thuật số, hệ nhị phân và mã hóa. Bài 4 trình bày các cổng logic cơ bản với IC 7408, 7432, 7404. Học viên thực hành lắp mạch và lập bảng chân lý kiểm tra hoạt động. Bài 5 và 6 về biểu diễn hàm đại số logic, chuyển đổi biểu thức sang mạch điện. Bài 7 và 8 giới thiệu mạch mã hóa giải mã, mạch dồn kênh phân kênh. Bài 9 về các phần tử Flip-Flop RS, JK, D, T. Bài 10 và 11 trình bày mạch đếm nhị phân và mạch ghi dịch. Thiết bị thực hành chính là máy ED-1100A.

III. Phương pháp dạy học và thực hành mô đun kỹ thuật xung số hiệu quả

Phương pháp dạy học mô đun kỹ thuật xung số kết hợp lý thuyết và thực hành. Mỗi bài học đều có phần hướng dẫn thực hành chi tiết với thiết bị cụ thể. Lớp học được chia nhóm, mỗi nhóm 2 sinh viên để đảm bảo ai cũng được thao tác. Máy thực tập số ED-1100A là thiết bị chính, kết hợp với IC số và dây đấu nối. Quy trình thực hiện bao gồm chuẩn bị thiết bị, tìm hiểu cấu trúc IC, lắp mạch khảo sát. Sinh viên quan sát đèn LED trên chân IC để xác định mức logic cao và thấp. Bảng chân lý được lập dựa trên kết quả đo thực tế, sau đó so sánh với lý thuyết. Cách tiếp cận này giúp học viên hiểu sâu nguyên lý hoạt động. Giảng viên có thể điều chỉnh nội dung phù hợp với điều kiện thực tế của từng lớp học.

3.1. Thiết bị và vật tư cần thiết cho thực hành kỹ thuật xung số

Thiết bị thực hành chính là máy thực tập số ED-1100A, mỗi nhóm sử dụng một máy. IC số cần thiết gồm IC 7408 chứa cổng AND, IC 7432 chứa cổng OR, IC 7404 chứa cổng NOT. Dây cắm đấu nối bọc nhựa dài 15cm, đường kính 1mm, mỗi nhóm một bộ. Ổ tiếp nguồn 220V/5A được chia sẻ cho bốn nhóm. Đối với phần kỹ thuật xung, cần IC 555, điện trở R1, R2 và tụ điện C1, C2. Nguồn cấp DC từ 5 đến 15V cho mạch dao động. Đồng hồ vạn năng và máy hiện sóng là thiết bị đo kiểm bổ sung. Tất cả thiết bị phải được kiểm tra trước khi thực hành để đảm bảo an toàn và chính xác.

3.2. Quy trình lắp ráp và khảo sát mạch logic trong giáo trình

Quy trình thực hành bắt đầu bằng chuẩn bị và kiểm tra thiết bị theo bảng thống kê. Bước tiếp theo là tìm hiểu cấu trúc chân của IC số cần khảo sát, ví dụ IC 7408. Sinh viên lắp mạch bằng cách cắm dây đấu nối từ lối vào cổng logic với jắc cấp mức điện áp. Công tắc được đưa lên mức cao H và xuống mức thấp L cho từng trường hợp. Đèn LED tại các chân IC tương ứng sẽ sáng hoặc không sáng. Kết quả được ghi vào bảng chân lý để mô tả hoạt động của cổng logic. Cuối cùng so sánh bảng chân lý thực tế với bảng lý thuyết để đánh giá độ chính xác. Quy trình này áp dụng tương tự cho tất cả các loại cổng logic.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của giáo trình kỹ thuật xung số

Giáo trình mô đun kỹ thuật xung số đã hoàn thành tốt vai trò đào tạo nghề kỹ thuật lắp ráp sửa chữa máy tính. Nội dung giáo trình bao quát từ cơ bản đến nâng cao, phù hợp trình độ trung cấp. Phương pháp kết hợp lý thuyết và thực hành giúp học viên nắm vững kiến thức. Giáo trình mang tính mở, cho phép cập nhật và điều chỉnh theo nhu cầu thực tế. Ứng dụng thực tiễn của kiến thức kỹ thuật xung số rất rộng rãi trong đời sống. Mạch dao động xung dùng trong nguồn xung, bộ hẹn giờ, thiết bị đo lường. Kiến thức kỹ thuật số phục vụ sửa chữa mainboard, kiểm tra tín hiệu bus dữ liệu. Cổng logic và mạch đếm ứng dụng trong thiết bị tự động hóa. Giáo trình là tài liệu quý cho cả giảng viên và học viên trong quá trình đào tạo nghề.

4.1. Ứng dụng kỹ thuật xung số trong sửa chữa máy tính

Kiến thức kỹ thuật xung số có nhiều ứng dụng trực tiếp trong sửa chữa máy tính. Mạch dao động xung tạo tín hiệu clock cho CPU và các thành phần khác trên mainboard. Hiểu nguyên lý IC 555 giúp kỹ thuật viên kiểm tra mạch nguồn xung SMPS. Kiến thức về cổng logic phục vụ đo kiểm tín hiệu trên bus địa chỉ và bus dữ liệu. Mạch Flip-Flop ứng dụng trong bộ nhớ đệm và thanh ghi của vi xử lý. Mạch đếm nhị phân dùng trong bộ tạo địa chỉ tuần tự. Kỹ thuật viên sử dụng máy hiện sóng để quan sát dạng sóng xung tại các điểm test. Phát hiện tín hiệu bất thường giúp xác định lỗi phần cứng nhanh chóng. Đây là kỹ năng thiết yếu cho nghề sửa chữa máy tính chuyên nghiệp.

4.2. Hướng phát triển và nâng cao nội dung giáo trình

Giáo trình kỹ thuật xung số cần được cập nhật thường xuyên theo công nghệ mới. Nội dung có thể bổ sung thêm về mạch tích hợp quy mô lớn LSI và VLSI. Phần thực hành nên tăng cường sử dụng phần mềm mô phỏng mạch như Proteus hoặc Multisim. Giáo trình có thể mở rộng sang kỹ thuật xử lý tín hiệu số DSP cơ bản. Liên kết với các chứng chỉ nghề quốc tế để nâng cao giá trị đào tạo. Nội dung về vi mạch FPGA và ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL cũng cần được đưa vào. Các bài tập dự án thực tế giúp học viên tổng hợp kiến thức. Sự đóng góp ý kiến của chuyên gia kỹ thuật đầu ngành sẽ làm giáo trình hoàn thiện hơn. Mục tiêu là đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành công nghệ thông tin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸTHUÂT ̣ XUNG,SỐ NGHỀ: KỸ THUẬT LĂP ́ RAP ́ VÀSỬA CHƯA ̃ MAY ́ TINH ́ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CÂP ́ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ­CĐKTCN… ngày….năm 2020 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR – VT 1 Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên nghề Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tinh trong trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu. Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu kỹ thuật xung số này. Tài liệu được biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lưu hành nội bộ trong nhà trường 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 chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật lăṕ raṕ vàsửa chưã maý tinh ́ của trường cao đẳng Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa Vũng Tàu mô đun Kỹ thuâṭ xung, số là một mô đun giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế. Nội dung của giáo trình “Kỹthuâṭ xung, số ” bao gôm ̀ 11 bai: ̀ Bài 1: Tổng quan v ề k ỹ thuật xung Bài 2: Mạch đa hài tự dao động Bài 3 : Tổng quan về kỹ thuật số Bài 4 : Các cổng logic cơ bản Bài 5 : Biểu diễn hàm đại số logic Bài 6 : Biểu thức logic và mạch điện Bài 7 : Mạch mã hóa – giải mã Bài 8 : Mạch dồn kênh – phân kênh Bài 9 : Các phần tử Flip – Flop Bài 10 : Mạch đếm nhị phân Bài 11 : Mạch ghi dịch Đãđược xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà giảng viên tự điều chỉnh ,bổ xung cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình đào tạo cao đẳng . Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành. Xin trân trọng cảm ơn! Bà Rịa , ngày…. năm2020 Tham gia biên soạn: Bùi Văn Vinh 4 MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ Thuật Xung – Số Mã mô đun: MĐ 15 *Vị trí, tính chất,ý nghĩa và vai trò của mô đun: ­ Vị trí: + Mô đun được bố trí sau các môn học chung. + Học trước các môn học/ mô đun đào tạo chuyên ngành. ­ Tính chất: + Là mô đun tiền đề cho các môn học chuyên ngành. + Là mô đun bắt buộc ­ Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giúp cho người học có khả năng lắp ráp, kiểm tra sửa chữa một số mạch xung ­ số thường gặp trong thực tế. * Mục tiêu mô đun: 5 ­ Về kiến thức: + Nhận biết được ký hiệu, phân tích được nguyên lí hoạt động và bảng sự thật của các cổng lôgic cơ bản. + Trình bày được cấu tao, nguyên lý các mạch số thông dụng như: Mạch mã hóa­giải mã, mạch dồn kênh­phân kênh, mạch đếm, mạch ghi dịch, mạch chuyển đổi tín hiệu. + 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. ­ Về kỹ năng: + Lắp ráp, kiểm tra được các mạch số cơ bản trên panel và trong thực tế. + Lắp ráp, kiểm tra được các mạch tạo xung và xử lí dạng xung. ­ Về thái độ: + Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học tập, phát triển tính tư duy, sáng tạo trong thực tiễn kỹ thuật. * Nội dung mô đun: BÀI 1: TỔNG QUAN V Ề K Ỹ THU ẬT XUNG * Mục tiêu: * Kiến thức: ­ Trình bày đượ c các khái niệm về xung điện, dãy xung. ­ Giải thích đượ c sự tác động của các linh kiện thụ độ ng đế n dạ ng xung. * Kỹ năng: ­ Đo, đọc đượ c các thông số cơ bản của tín hiệu xung. * Thái độ: ­ Chủ động, sáng tạo trong quá trình học tập. Định nghĩa, các tham số xung đơn và dãy xung. Xung điện là tín hiệu tạo nên do sự thay đổi mức của điện áp hay dòng điện trong m ột kho ảng th ời gian r ất ng ắn.2 Các thông số của xung đơn và dãy xung.1: Xung đơn hình thang lý tưở ng (a) và xung thực t ế (b). ­ Đối với một xung điện áp đơn lý tưở ng (hình a) ta có các thông số cơ bản + Đáy xung: T2 [s] là khoảng thời gian m ức điện áp xung bắt đầu biến thiên tăng, giảm từ 0 cho t ới khi xung bi ến thiên trở về 0. + Đỉnh xung: T1 [s] là khoảng thời gian t ồn t ại c ủa xung ở giá trị ổn đị nh. + Biên độ xung: Um [V] là mức giá trị điện áp lớn nhất mà xung đạt đượ c, đượ c tính từ đáy xung đến đỉnh xung. + Độ rộng sườ n trướ c xung: t s1 [s] là khoảng thời gian xung bi ến thiên từ giá trị 0 đến đỉnh xung. + Độ rộng sườ n sau xung: t s2 [s] là khoảng thời gian xung bi ến thiên từ giá trị đỉnh về 0. ­ Trong th ực t ế, khi truy ền xung qua m ạch điện, do ảnh hưở ng các thông số của mạch điện nên xung không còn giữ nguyên hình dạng như ban đầ u mà bị biến dạng đi, do vậy một vài thông số của xung không còn giữ nguyên bản chất của xung lý tưở ng hoặc còn có thêm một vài thông số khác (hình b) + Độ sụt đỉnh xung : ΔU [V] là mức điện áp chênh lệch của đỉnh xung, nó nằm giữa giá trị Um và 0,9Um. + Độ rộng sườ n tr ướ c xung: t s1 [s] đượ c tính từ giá trị 0,1Um đến 0,9Um. 7 + Độ rộng sườ n sau xung: t s2 [s] đượ c tính từ giá trị 0,9Um v ề 0,1Um + Độ rộng xung: t x [s] là khoảng th ời gian đượ c tính giữa hai th ời điểm tươ ng ứng với giá trị 0,5Um. + Bướ u đỉnh xung: B đ là giá trị điện áp tại đỉnh xung tăng bất thườ ng. + Bướ u chân xung: Bc là giá trị điện áp tại chân xung tăng bất thườ ng.2 Chu ỗi xung.2: Một s ố chu ỗi xung c ơ b ản ­ Chu kỳ xung: T [s] là khoảng thời gian l ặp l ại c ủa xung. ­ Tần số xung: f x [Hz] là số chu kỳ lặp lại của xung trong m ột đơ n vị thời gian là 1 giây, nó chính là nghịch đảo của chu k ỳ xung f x = 1/T [1/s = 1Hz] ­ Đối với chuỗi xung vuông, còn có thêm các thông số + Thời gian t ồn tại c ủa xung: t on [s] + Thời gian ngh ỉ c ủa xung: t off [s] + Độ rỗng của xung (Q): l à tỉ số giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton ; Q = T/ton + Hệ số đầy xung ( η): Là nghịch đảo của độ rỗng xung Q ; η = 1/Q = ton/T 2. Tác dụng của m ạch R­C đối với các xung cơ bản. Mạch R­C v ới bước nh ảy d ương.3: Quá trình quá độ của mạch R­C v ới bướ c nh ảy d ương. 8 ­ Giả sử tại thời điểm t = 0, điện áp U có bướ c nhảy dươ ng từ 0V đế n Um. Vậy ở t ≥ 0 ta có: u R + uC = Um Với uR = iR và i = CduC/dt thì phươ ng trình cân bằng điện áp trên thành: RC(duC/dt) + uC = Um ­ Giải phươ ng trình vi phân trên ta có: uC(t) = Um(1 ­ e ­t/RC ) Tích RC có thứ nguyên thời gian là giây (s), nếu R tính bằng Ω và C tích bằng Fara (F) và thay tích số RC bằng m ột đại lượ ng τ (τ đượ c gọi là hằng số thời gian c ủa m ạch R­C). Ta rút ra: uR(t) = Um.e ­t/τ Ta thấy điện áp trên tụ điện C tăng theo luật hàm mũ và ở t = ∞ thì u C = Um. Ngượ c lại, điện áp trên điện trở R và dòng điện giảm theo luật hàm mũ, khi t = ∞ thì i(t) = 0, u R = 0, mạch đạt trạng thái dừng. ­ Về lý thuyết thì quá trình quá độ xẩy ra trong thời gian là vô hạn nhưng trong thực t ế, khi u C = 0,9Um ho ặc khi U R = 0,1Um thì quá trình quá độ coi như chấm dứt. ­ Thời gian quá độ là : tqđ = 2,3τ = 2,3RC ­ Ở t = τ3 có thể coi u C ≈ Um và i ≈ 0, u R ≈ 0. Hằng số th ời gian τ = RC của mạch càng lớn thì thời gian quá độ càng kéo dài và ngượ c lại. Mạch R­C v ới b ước nh ảy âm.4: Quá trình quá độ của mạch R­C v ới b ướ c nh ảy âm. ­ Với các bướ c phân tích giống như ở trên nhưng dòng điện trong mạch đổi chiều do là dòng phóng của tụ C. Các giá trị uR và uC đượ c xác định: uC(t) = Um.e ­t/τ 9 Ta thấy điện áp trên tụ điện C giảm theo lu ật hàm mũ và ở t = ∞ thì u C = 0. Điện áp trên điện trở R cũng giảm theo lu ật hàm mũ nhưng bắt đầ u từ giá trị ­Um, khi t = ∞ thì i(t) = 0, u R = 0, mạch đạt trạng thái dừng.