Giáo Trình Thực Hành Kỹ Thuật Số: Hướng Dẫn và Bài Tập

Giáo trình kỹ thuật về thực hành kỹ thuật số, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Tác giả: Nguyễn Đình Phú
• Trường học: Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Số
• Đề tài: Giáo Trình Thực Hành Kỹ Thuật Số - Hướng Dẫn Chi Tiết và 17 Bài Thực Hành
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. BÀI 1: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BỘ THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ
• 2. BÀI 2: KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC NAND, OR, NOT, AND, EX-OR
• 3. BÀI 3: KHẢO SÁT FLIP FLOP VÀ ỨNG DỤNG FLIP FLOP
• 4. BÀI 4: MẠCH ĐẾM VÒNG
• 5. BÀI 5: THANH GHI DỊCH
• 6. BÀI 6: MẠCH ĐẾM
• 7. BÀI 7: MẠCH GIẢI MÃ HIỂN THỊ 7 ĐOẠN
• 8. BÀI 8: MẠCH ĐẾM LÊN XUỐNG ĐẶT TRƯỚC SỐ ĐẾM
• 9. BÀI 9: MẠCH DỒN KÊNH (MẠCH ĐA HỢP)
• 10. BÀI 10: MẠCH ĐẾM NHIỀU BIT, MẠCH DAO ĐỘNG THẠCH ANH
• 11. BÀI 11: MẠCH GIẢI MÃ N SANG M ĐƯỜNG, MẠCH PHÂN KÊNH
• 12. BÀI 12: KHẢO SÁT BỘ NHỚ EPROM/EEPROM
• 13. BÀI 13: MẠCH CỘNG SỐ NHỊ PHÂN
• 14. BÀI 14: MẠCH SO SÁNH SỐ NHỊ PHÂN
• 15. BÀI 15: MẠCH MÃ HÓA 8 SANG 3
• 16. BÀI 16: KHẢO SÁT ADC - DAC
• 17. BÀI 17: MẠCH DAO ĐỘNG - MẠCH ĐƠN ỔN

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Thực Hành Kỹ Thuật Số

Giáo trình thực hành kỹ thuật số là tài liệu quan trọng cho sinh viên các ngành kỹ thuật điện - điện tử. Tài liệu này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành cụ thể, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết. Các bài thực hành được thiết kế theo trình tự rõ ràng, từ việc đọc datasheet đến lắp ráp mạch, giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về các vi mạch số.

1.1. Mục đích và yêu cầu của giáo trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật số và các kỹ năng thực hành cần thiết. Mỗi bài thực hành đều có mục tiêu rõ ràng, giúp sinh viên hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của các vi mạch.

1.2. Cấu trúc của giáo trình thực hành

Giáo trình được chia thành 17 bài thực hành, mỗi bài đều có cấu trúc gồm mục đích, nhiệm vụ của giảng viên và học viên, các bước thực hành và câu hỏi kiểm tra. Điều này giúp sinh viên dễ dàng theo dõi và thực hiện.

II. Những thách thức trong thực hành kỹ thuật số

Trong quá trình thực hành, sinh viên thường gặp phải nhiều thách thức như xác định hư hỏng của mạch, lắp ráp sai linh kiện hoặc không hiểu rõ nguyên lý hoạt động. Những vấn đề này có thể gây khó khăn trong việc hoàn thành bài thực hành và ảnh hưởng đến kết quả học tập.

2.1. Khó khăn trong việc xác định linh kiện

Việc xác định linh kiện hỏng hóc là một trong những thách thức lớn. Sinh viên cần phải nắm vững cách kiểm tra và đánh giá tình trạng của các linh kiện trong mạch, từ đó đưa ra giải pháp khắc phục.

2.2. Lắp ráp mạch không chính xác

Lắp ráp sai mạch có thể dẫn đến việc mạch không hoạt động. Sinh viên cần chú ý đến từng chi tiết trong quá trình lắp ráp, từ việc kết nối dây dẫn đến việc kiểm tra tín hiệu vào ra.

III. Phương pháp thực hành hiệu quả trong giáo trình

Để đạt được kết quả tốt trong thực hành, sinh viên cần áp dụng các phương pháp hiệu quả. Việc chia nhỏ các bài thực hành thành các module và kiểm tra từng phần sẽ giúp sinh viên dễ dàng phát hiện lỗi và khắc phục kịp thời.

3.1. Chia nhỏ bài thực hành thành module

Chia nhỏ bài thực hành thành các module giúp sinh viên dễ dàng quản lý và kiểm soát quá trình thực hiện. Mỗi module có thể được kiểm tra độc lập trước khi kết hợp lại thành mạch hoàn chỉnh.

3.2. Kiểm tra và đánh giá từng bước

Việc kiểm tra từng bước trong quá trình thực hành là rất quan trọng. Sinh viên cần sử dụng các thiết bị đo để xác định tình trạng hoạt động của mạch, từ đó đưa ra các điều chỉnh cần thiết.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giáo trình kỹ thuật số

Giáo trình thực hành kỹ thuật số không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn trang bị cho họ những kỹ năng thực tiễn cần thiết. Các bài thực hành được thiết kế để sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong môi trường chuyên nghiệp.

4.1. Kỹ năng làm việc nhóm

Trong quá trình thực hành, sinh viên sẽ được khuyến khích làm việc nhóm. Điều này giúp họ phát triển kỹ năng giao tiếp và hợp tác, rất cần thiết trong môi trường làm việc hiện đại.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Kiến thức và kỹ năng từ giáo trình có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, điện tử tiêu dùng và viễn thông. Sinh viên sẽ có cơ hội làm việc với các công nghệ tiên tiến trong ngành công nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của giáo trình

Giáo trình thực hành kỹ thuật số là một công cụ hữu ích cho sinh viên trong việc nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, giáo trình sẽ được cập nhật thường xuyên để đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu của sinh viên.

5.1. Cập nhật và cải tiến giáo trình

Giáo trình sẽ được cải tiến dựa trên phản hồi từ sinh viên và giảng viên. Việc này đảm bảo rằng nội dung luôn phù hợp với xu hướng công nghệ mới nhất.

5.2. Tương lai của sinh viên trong ngành kỹ thuật số

Sinh viên tốt nghiệp từ chương trình này sẽ có nhiều cơ hội việc làm trong các lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật số. Họ sẽ được trang bị kiến thức vững chắc để đối mặt với những thách thức trong ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ - ThS NGUYỄN DUY THẢO ThS NGUYỄN TRƯỜNG DUY - ThS HÀ A THỒI GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ - ThS NGUYỄN DUY THẢO, ThS NGUYỄN TRƯỜNG DUY - ThS HÀ A THỒI GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2017 LỜI NÓI ĐẦU Thực hành Kỹ thuật số là môn học cơ sở cho tất cả các ngành kỹ thuật điện - điện tử, điện tử - truyền thông - tự động sau khi đã học xong lý thuyết với mục đích tiếp cận thực tế cơ bản về các vi mạch số, rèn luyện các kỹ năng tay nghề, kiểm tra vi mạch, phân chia công việc, quan sát, đo lường, phân tích, suy luận, đánh giá. Các bài thực hành được biên soạn theo trình tự gồm 5 bước: + Mục đích yêu cầu của bài + Nhiệm vụ của giảng viên + Nhiệm vụ của học viên + Các bước thực hành + Câu hỏi kiểm tra đánh giá Các bước thực hành bao gồm: bắt đầu đọc datasheet của vi mạch, tóm tắt các thông tin cần thiết của vi mạch, xác định vi mạch trên bộ thực hành, xác định các tín hiệu vào ra, kiểm tra vi mạch để biết còn tốt hay đã hỏng. Với chức năng này sẽ giúp cho học viên sau này ra làm thực tế có kỹ năng xác định hư hỏng của các hệ thống điều khiển có dùng các vi mạch. Tiếp theo, học viên sẽ lắp ráp các mạch mẫu cơ bản, quan sát kết quả, thu thập dữ liệu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch, học viên phải giải thích được nguyên lý hoạt động.

Sau các bài mẫu thì có các mạch thiết kế nhằm yêu cầu học viên phải tự làm để vận dụng kiến thức đã học. Các bài ứng dụng có mức độ tổng hợp cao hơn, sử dụng nhiều vi mạch. Khi thực hành các ứng dụng lớn có nhiều vi mạch thì các học viên nên thực hiện theo trình tự: chia ứng dụng ra thành nhiều module nhỏ, phải kiểm tra vi mạch trước khi bắt đầu, tiếp theo là lắp ráp module thứ nhất rồi tiến hành kiểm tra module đó xem chúng hoạt động đúng hay chưa. Nếu chưa thì tiến hành kiểm tra lại các dây dẫn đã kết nối đúng tín hiệu với nhau chưa? Kiểm tra dây có còn tốt hay không bằng cách dùng đồng hồ đo ở giai đo điện trở có báo âm thanh ở 2 chân nối với nhau xem chúng có nối không? Đo điện áp của nguồn cung cấp cho IC có hay không? Có đủ điện áp không? Đo điện áp của các tín hiệu vào xem có 3 đúng mức logic 1 hoặc 0? Nếu có 2 vi mạch thì bạn dùng thử vi mạch thứ 2 xem như thế nào? (Nếu bạn đã kiểm tra vi mạch trước khi ráp thì cách này không cần),… Với các giải pháp cùng với các kết quả đo thì học viên phân tích và phải hiệu chỉnh cho đến khi chúng hoạt động được.

Nếu đã thực hiện hết tất cả các phương pháp thì yêu cầu giảng viên trợ giúp. Với tất cả các bài thực hành thì tác giả biên soạn đều có ráp mạch trước và mạch đã chạy đúng, nên các bạn học viên hãy yên tâm và cố gắng tìm lỗi và đó cũng là kỹ năng bạn cần học. Nếu là mạch do bạn tự thiết kế thì có thể xem lại nguyên lý hoặc nhờ giáo viên xem lại để biết đúng hay sai. Sau đó, lắp ráp module thứ 2 cũng tiến hành tương tự.

Tiếp theo là kết hợp các module lại với nhau thành mạch hoàn chỉnh. Ví dụ lắp ráp mạch đếm giờ phút giây thì ta chia ra làm 3 module: đếm giây, đếm phút, đếm giờ. Tiến hành ráp đếm giây trước, rồi đưa xung vào kiểm tra mạch này hoạt động đúng hay chưa? Sau khi đúng rồi thì tiến hành ráp module đếm phút, rồi tiến hành đưa xung vào kiểm tra. Nếu đếm đúng rồi thì tiến hành ráp module đếm giờ và kiểm tra.

Sau khi 3 module đã xong thì tiến hành kết nối 2 module đếm giây và phút lại và kiểm tra kết quả. Để kiểm tra nhanh bạn phải tăng tần số mạch đếm lên cao. Nếu hoạt động sai thì tiến hành kiểm tra và xử lý, sau khi đếm đúng rồi thì kết hợp module cuối cùng vào và quan sát kiểm tra. Với cách thực hành như vậy sẽ giúp bạn tìm ra nguyên nhân ráp sai hay linh kiện hỏng một cách dễ dàng và nhanh chóng so với phương pháp ráp hết tất cả rồi mới kiểm tra.

Tài liệu được biên soạn chia thành 17 bài: Bài số 1: Hướng dẫn sử dụng bộ thực hành kỹ thuật số. Bài số 2: Khảo sát các cổng Logic Nand, Or, Not, AND, Ex-Or. Bài số 3: Khảo sát Flip Flop và ứng dụng Flip Flop. Bài số 4: Mạch đếm vòng.

Bài số 5: Thanh ghi dịch. Bài số 6: Mạch đếm. Bài số 7: Mạch giải mã hiển thị 7 đoạn. Bài số 8: Mạch đếm lên xuống đặt trước số đếm.

Bài số 9: Mạch dồn kênh (mạch đa hợp). Bài số 10: Mạch đếm nhiều bit, mạch dao động thạch anh. 4 Bài số 11: Mạch giải mã n sang m đường, mạch phân kênh. Bài số 12: Khảo sát bộ nhớ Eprom/Eeprom.

Bài số 13: Mạch cộng số nhị phân. Bài số 14: Mạch so sánh số nhị phân. Bài số 15: Mạch mã hóa 8 sang 3. Bài số 16: Khảo sát ADC - DAC.

Bài số 17: Mạch dao động - Mạch đơn ổn. Chúng tôi hy vọng với tài liệu và bộ thực hành này sẽ giúp các học viên thực hành rất nhanh, hiệu quả cao, không mất nhiều thời gian lãng phí như các bộ thực hành trước đây. Sau khi kết thúc môn học các bạn sẽ có kỹ năng tay nghề cao, kỹ năng làm việc cũng như có kiến thức vững chắc, giúp bạn tự tin cho việc làm trong tương lai. Trong quá trình biên soạn không thể tránh được các sai sót, nhóm tác giả rất mong bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng và xin vui lòng gởi về cho chúng tôi theo địa chỉ [e-mail] hoặc phu_nd@yahoo.

Nhóm tác giả trân trọng cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến; cảm ơn người thân, gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm tác giả có nhiều thời gian biên soạn tài liệu này. Nguyễn Đình Phú. Nguyễn Duy Thảo Nguyễn Trường Duy Hà A Thồi 5 DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1. Bộ thực hành kỹ thuật số.

Sơ đồ nguyên lý 16 switch có led. Sơ đồ nguyên lý 4 led 7 đoạn. Sơ đồ nguyên lý module 4 led quét. Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp led ma trận 8x8.

Mạch bảo vệ nguồn và tạo xung đồng hồ và xung mono. Mạch reset Low và reset High. Mạch reset Low và reset High. Các tụ và điện trở.

Sơ đồ chân và sơ đồ logic của IC cổng NAND 74LS00. Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra cổng NAND và AND. Hình ảnh của IC 74LS00 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra 1 cổng NAND của 74LS00.

Sơ đồ chân và sơ đồ logic của IC cổng AND 74LS08. Hình ảnh của IC 74LS08 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra 1 cổng AND của IC 74LS08. Sơ đồ chân và sơ đồ logic của IC cổng OR 74LS32.

Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra cổng OR. Hình ảnh của 2 IC 74LS32 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra 1 cổng OR của IC 74LS32. Sơ đồ chân và sơ đồ logic của IC cổng EX-OR 7486.

Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra cổng XOR. Hình ảnh của IC 74LS86 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra 1 cổng XOR của IC 7486. Sơ đồ chân của IC cổng NOT 74HC14.

Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra cổng NOT 74HC14. Hình ảnh của IC 74HC14 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra 1 cổng NOT của IC 74HC14. Sơ đồ chân của IC cổng NAND có 3 ngõ vào 74LS10.

Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra của IC 74LS10. Hình ảnh của IC 74LS10 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra IC 74LS10. Mạch dao động dùng cổng kiểu 1.

Dạng sóng mạch dao động kiểu 1. Mạch dao động dùng cổng kiểu 2. Dạng sóng mạch dao động kiểu 2. Mạch dao động dùng cổng NOT của IC 74HC14.

FF R’S’ dùng cổng NAND. FF R’S’ dùng cổng NOR. Sơ đồ chân và sơ đồ ký hiệu của IC Flip Flop 74LS112. Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra của 2 IC 74LS112.

Hình ảnh của IC 74LS112 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra IC Flip Flop 74LS112. Mạch đếm lên KĐB 2 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm xuống KĐB 2 bit dùng IC 74LS112.

Mạch đếm lên KĐB 4 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm MOD 10 dùng IC 74LS112. Mạch đếm xuống KĐB 4 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm từ 15 xuống 5 dùng IC 74LS112.

Mạch đếm lên đồng bộ 2 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm xuống đồng bộ 2 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm lên đồng bộ 4 bit dùng IC 74LS112. Mạch đếm xuống đồng bộ 4 bit dùng IC 74LS112.

Sơ đồ chân và sơ đồ ký hiệu của IC Flip Flop D 74LS74. Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra của IC 74LS74. Hình ảnh của IC 74LS74 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra IC Flip Flop 74LS74.

Thanh ghi dịch 4 bit dùng IC 74LS74. Mạch đếm Johnson 4 bit dùng IC 74LS74. Mạch đếm vòng 4 bit dùng IC 74LS74. Thiết kế Flip Flop T từ FF D 74LS74.

Dạng sóng vào ra của FF T. Thiết kế Flip Flop T từ FF D 74LS74. Dạng sóng vào ra. Mạch điều khiển ON/OFF.

Sơ đồ chân và sơ đồ ký hiệu của IC HEF4017. Sơ đồ kết nối và tên các ngõ vào ra của IC HEF4017. Hình ảnh của IC HEF 4017 trên bo mạch và tên các tín hiệu vào ra. Kiểm tra IC HEF4017.

Mạch đếm 2 trạng thái dùng IC HEF4017. Dạng sóng vào ra mạch đếm 2. Mạch đếm 3 trạng thái dùng IC HEF 4017. Dạng sóng vào ra mạch đếm 3.

Mạch đếm từ 1 đến 5 rồi dừng dùng IC HEF 4017. Mạch lệch pha 120 độ. Dạng sóng vào ra. Mạch điều khiển đèn giao thông.

Dạng sóng vào ra mạch đèn giao thông .