Giáo trình Kỹ thuật số - Nghề: Cơ điện tử - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Nội dung giáo trình gồm có giới thiệu về đại số Bool và các cổng logic, phần tử cơ bản của các mạch số; lắp ráp một số mạch đếm sử dụng các Flip-Flop; đi vào các loại mạch dồn kênh, phân kênh và mạch đếm hiển thị bằng led 7 đoạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật số - Nghề: Cơ điện tử - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT SỐ NGHỀ : CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP VÀ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 01 /QĐCĐN ngày 04 tháng 01 năm 2016. của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR VT Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016
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 được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên Cơ điện tử số kiến thức cơ bản của một môn học được coi là nền tảng của chuyên ngành. Nội dung gồm 13 bài: Bài 1 và 2 giới thiệu về đại số Bool và các cổng logic, phần tử cơ bản của các mạch số Bài 3 đến bài 8 lắp ráp một số mạch đếm sử dụng các FlipFlop Bài 9 đến bài 13 đi vào các loại mạch dồn kênh, phân kênh và mạch đếm hiển thị bằng led 7 đoạn. Để học tốt môn học SV cần có một kiến thức cơ bản về linh kiện điện tử, gồm Diod, Transistor BJT và FET, phần vận hành ở chế độ ngưng và dẫn. Có thể nói tất cả các môn học có liên quan đến kỹ thuật đều ít nhiều cần kiến thức về Kỹ thuật số nên trong điều kiện còn khó khăn khi phải đọc sách ngoại ngữ, hy vọng đây là một tài liệu không thể thiếu trong tủ sách của một sinh viên chuyên ngành Cơ điện tử. Để đảm bảo cho người học có kiến thức về chuyên môn, kỹ năng về thực hành làm nền tảng cho công việc sau này tác giả đã tham khảo sách, báo, các trang mạng hiện nay và biên soạn ra giáo trình Kỹ thuật số với tất cả những gì cơ bản nhất và cần thiết nhất cho học viên nghành Cơ điện tử. Trong quá trình biên soạn không khỏi có những sai sót mong các bạn, các học viên đóng góp ý kiến để giáo trình hoàn thiện hơn. Xin cảm ơn! Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 15 tháng 8 năm 2015 Biên soạn Lê Trọng Tài
MỤC LỤC TRANG MỤC LỤC 1 BÀI 1 : KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 6 1. Cổng AND 6 2. Cổng OR 8 3. Cổng NOT 9 4. Cổng NAND 11 5. Cổng NOR 13 BÀI 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 16 1. Thiết lập và đơn giản hàm Boole 16 2. Thiết k ế m ạch theo yêu cầu 27 BÀI 3 : LẮP RÁP MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC 4017 30 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 4017 30 2. Nguyên lý hoạt động của IC 4017 32 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 32 4. Lắp ráp mạch 33 BÀI 4 : LẮP RÁP MẠCH SÁNG TẮT XEN KẼ SỬ DỤNG IC 74164 34 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 74164 34 2. Nguyên lý hoạt động của IC 74164 35 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 35 4. Lắp ráp mạch 35 BÀI 5 : LẮP RÁP MẠCH SÁNG DẦN TẮT DẦN SỬ DỤNG IC 74164 37 1. Nguyên lý hoạt động của mạch 37 2. Lắp ráp mạch 37 BÀI 6 : LẮP RÁP MẠCH ĐẾM LÊN MOD 6 SỬ DỤNG IC 7490 39 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 7490 39 1
2. Nguyên lý hoạt động của IC 7490 41 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 41 4. Lắp ráp mạch 41 BÀI 7 : LẮP RÁP MẠCH ĐẾM LÊN 4 BIT DÙNG IC 74112 43 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 74112 43 2. Nguyên lý hoạt động của IC 74112 44 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 44 4. Lắp ráp mạch 44 BÀI 8 : LẮP RÁP MẠCH ĐẾM XUỐNG 4 BIT DÙNG IC 74112 46 1. Nguyên lý hoạt động của mạch 46 2. Lắp ráp mạch 46 BÀI 9 : LẮP RÁP MẠCH DỒN KÊNH DÙNG IC 74153 48 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 74153 48 2. Nguyên lý hoạt động của IC 74153 49 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 50 4. Lắp ráp mạch 50 BÀI 10 : LẮP RÁP MẠCH PHÂN KÊNH DÙNG IC 74155 52 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 74155 52 2. Nguyên lý hoạt động của IC 74155 53 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 53 4. Lắp ráp mạch 54 BÀI 11 : LẮP RÁP MẠCH SO SÁNH DÙNG IC 7485 56 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 7485 56 2. Nguyên lý hoạt động của IC 7485 58 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 58 4. Lắp ráp mạch 58 BÀI 12 : LẮP RÁP MẠCH ĐẾM LÊN TỪ 0 ĐẾN 9 HIỂN THỊ BẰNG LED 7 ĐOẠN DÙNG IC 74192 VÀ IC 7447 60 2
1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân led 7 đoạn và IC 74192 60 2. Nguyên lý hoạt động của led 7 đoạn và IC 74192 62 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 62 4. Lắp ráp mạch 62 BÀI 13 : LẮP RÁP MẠCH ĐẾM LÊN TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN THỊ BẰNG LED 7 ĐOẠN SỬ DỤNG IC 7490 VÀ IC 7447 64 1. Cấu tạo, hình dáng và sơ đồ chân của IC 7447 64 2. Nguyên lý hoạt động của IC 7447 65 3. Nguyên lý hoạt động của mạch 66 4. Lắp ráp mạch 66 3
MÔ ĐUN: KỸ THUẬT SỐ Mã mô đun: MĐ 16 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: Vị trí: Trước khi học mô đun này học sinh phải hoàn thành: MH 01; MH 05; MH 8 và MĐ 9 Tính chất: Là mô đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử. Mục tiêu của mô đun: Sử dụng thành thạo các cổng logic cơ bản Thiết kế được các mạch logic cơ bản thực hiện theo yêu cầu cho trước. Đọc sơ đồ và phân tích nguyên lý hoạt động của mạch Đo thử, kiểm tra mạch điều khiển Nhận biết được các nguyên nhân gây hư hỏng và cách khắc phục Lựa chọn chính xác các linh kiện tương đương với linh kiện hư hỏng để thay thế Rèn luyện tính cẩn thận và chính xác trong khi thiết kế và lắp ráp mạch 4
Nội dung của mô đun: Thời STT Nội dung Hình thức gian 1 Khảo sát các cổng logic cơ bản 5 Tích hợp 2 Thiết kế mạch điều khiển bơm nước tự động sử dụng các 10 Tích hợp cổng logic cơ bản Kiểm tra (bài 1+2) 2 Tích hợp 3 Lắp ráp mạch đèn giao thông sử dụng IC 4017 5 Tích hợp 4 Lắp ráp mạch sáng tắt xen kẽ sử dụng IC 74164 5 Tích hợp 5 Lắp ráp mạch sáng dần tắt dần sử dụng IC 74164 5 Tích hợp Kiểm tra (bài 3+4+5) 2 Tích hợp 6 Lắp ráp mạch đếm Mod 6 dùng IC 7490 5 Tích hợp 7 Lắp ráp mạch đếm lên 4 bit sử dụng IC 74112 5 Tích hợp 8 Lắp ráp mạch đếm xuống 4 bit sử dụng IC 74112 5 Tích hợp Kiểm tra (bài 6+7+8) 2 Tích hợp 9 Lắp ráp mạch dồn kênh dùng IC 74153 5 Tích hợp 10 Lắp ráp mạch phân kênh IC 74155 5 Tích hợp 11 Lắp ráp mạch so sánh dùng IC 7485 5 Tích hợp 12 Lắp ráp mạch đếm lên từ 0 đến 9 hiển thị bằng led 7 đoạn 10 Tích hợp sử dụng IC 74192 13 Lắp ráp mạch đếm lên từ 00 đến 99 hiển thị bằng led 7 10 Tích hợp đoạn sử dụng IC 7490 và IC 7447 Kiểm tra (bài 9+10+11+12+13) 4 Tích hợp Tổng 90 Tích hợp 5
BÀI 1 KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN Giới thiệu: Trong kỹ thuật điện tử người ta dùng những linh kiện điện tử cần thiết kết nối với nhau theo các quy luật nhất định tạo nên các phần tử cơ bản và từ đó hình thành các mạch chức năng phức tạp hơn. Những phần tử cơ bản này gọi là các cổng logic căn bản. 1. Cổng AND 1.1. Cấu tạo, hình dáng, sơ đồ chân và bảng chân lý của các cổng AND Hình 1.1: Cấu tạo Hình 1.2: ký hiệu và bảng chân lý 6
Hình 1.1c: Sơ đồ chân IC cổng logic AND 1.2. Nguyên lý hoạt động: Cổng AND thực hiện toán nhân thông thường giữa 0 và 1 Ngõ ra cổng AND bằng 0 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 0 Ngõ ra cổng AND bằng 1 khi tất cả các ngõ vào điều bằng 1 1.3. Lắp ráp và khảo sát: * Lắp ráp theo sơ đồ: * Khảo sát: Mức 1 được cấp 5v 7
Mức 0 được nối mas (0v) Cấp đầu vào mỗi cổng AND của IC7408 sau đó xác định đầu ra bằng cách quan sát led sáng hay không (Nếu sáng là mức 1, nếu tắt là mức 0) A B Led 1 Led 2 Led 3 Led 4 Cổng 1 0 0 Cổng 2 0 1 Cổng 3 1 0 Cổng 4 1 1 2. Cổng OR 2.1. Cấu tạo, hình dáng, sơ đồ chân và bảng chân lý của các cổng OR Hình 1.3: Cấu tạo Hình 1.4: ký hiệu và bảng chân lý 8
Hình 1.5 : Sơ đồ chân 2.2. Nguyên lý hoạt động: Cổng OR thực hiện toán cộng thông thường giữa 0 và 1 Ngõ ra cổng OR bằng 0 khi tất cả các ngõ vào bằng 0 Ngõ ra cổng OR bằng 1 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 1 2.3. Lắp ráp và khảo sát: * Lắp ráp theo sơ đồ: * Khảo sát: Mức 1 được cấp 5v 9
Mức 0 được nối mas (0v) Cấp đầu vào mỗi cổng OR của IC 7432 sau đó xác định đầu ra bằng cách quan sát led sáng hay không (Nếu sáng là mức 1, nếu tắt là mức 0) A B Led 1 Led 2 Led 3 Led 4 Cổng 1 0 0 Cổng 2 0 1 Cổng 3 1 0 Cổng 4 1 1 3. Cổng NOT 3.1. Cấu tạo, hình dáng, sơ đồ chân và bảng chân lý của các cổng OR Hình 1.6: Cấu tạo Hình 1.7: ký hiệu và bảng chân lý Hình 1.8: Sơ đồ chân 10
3.2. Nguyên lý hoạt động: Trạng thái ngõ vào và ngõ ra của cổng NOT luôn đối nhau 3.3. Lắp ráp và khảo sát: * Lắp ráp theo sơ đồ: * Khảo sát: Mức 1 được cấp 5v Mức 0 được nối mas (0v) Cấp đầu vào mỗi cổng NOT của IC7404 sau đó xác định đầu ra bằng cách quan sát led sáng hay không (Nếu sáng là mức 1, nếu tắt là mức 0) A Led 1 Led 2 Cổng 1 0 Cổng 2 1 4. Cổng NAND 4.1. Cấu tạo, hình dáng, sơ đồ chân và bảng chân lý 11
Hình 1.9: Cấu tạo Hình 1.10: ký hiệu và bảng chân lý Hình 1.11: Sơ đồ chân 4.2. Nguyên lý hoạt động: Cổng NAND là đảo trạng thái ngõ ra của cổng AND Ngõ ra cổng NAND bằng 0 khi có tất cả các ngõ vào bằng 1 Ngõ ra cổng AND bằng 1 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 0 4.3. Lắp ráp và khảo sát: * Lắp ráp theo sơ đồ: 12
* Khảo sát: Mức 1 được cấp 5v Mức 0 được nối mas (0v) Cấp đầu vào mỗi cổng NAND của IC 7400 sau đó xác định đầu ra bằng cách quan sát led sáng hay không (Nếu sáng là mức 1, nếu tắt là mức 0) A B Led 1 Led 2 Led 3 Led 4 Cổng 1 0 0 Cổng 2 0 1 Cổng 3 1 0 Cổng 4 1 1 5. Cổng NOR 5.1. Cấu tạo, hình dáng, sơ đồ chân và bảng chân lý 13
Hình 1.12: Cấu tạo Hình 1.13: ký hiệu và bảng chân lý Hình 1.14: Sơ đồ chân 5.2. Nguyên lý hoạt động: Cổng NOR là đảo của cổng OR Ngõ ra cổng NOR bằng 0 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 1 Ngõ ra cổng NOR bằng 1 khi tất cả các ngõ vào bằng 0 5.3. Lắp ráp và khảo sát: * Lắp ráp theo sơ đồ: 14
* Khảo sát: Mức 1 được cấp 5v Mức 0 được nối mas (0v) Cấp đầu vào mỗi cổng NOR của IC 7402 sau đó xác định đầu ra bằng cách quan sát led sáng hay không (Nếu sáng là mức 1, nếu tắt là mức 0) A B Led 1 Led 2 Led 3 Led 4 Cổng 1 0 0 Cổng 2 0 1 Cổng 3 1 0 Cổng 4 1 1 Bài tập: 1. Tìm hiểu và khảo sát cổng đệm (Buffer)? 2. Tìm hiểu và khảo sát cổng EXOR? 3. Tìm hiểu và khảo sát cổng EXNOR? 15
BÀI 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN Giới thiệu: Trong kỹ thuật số thì đại số Boole là công cụ hữu hiệu để đơn giản và biến đổi các cổng logic hay nói cách khác có thể thay thế mạch điện này bằng mạch điện khác để đáp ứng một yêu cầu hay một giải pháp kỹ thuật nào đó. Khác với các đại số khác, các hằng và biến trong đại số Boole chỉ có hai giá trị: 0 và 1 (Giá trị 0 và 1 trong đại số Boole mang ý nghĩa miêu tả các trạng thái hay mứclogic). Trong đại số Boole không có: phân số, số âm, lũy thừa, căn số,…. 1. Thiết lập và đơn giản hàm Boole 1.1. Thiết lập hàm Boole 1.1.1. Các công thức, định luật và định lý cơ bản 16