Giáo trình Mô đun Kỹ thuật số

ảm bảo linh kiện liên kết đúng và đúng cực tính - Đảm bảo giá trị điện trở thuận, ngược cách xa nhau. Đồng hồ vạn năng Bước 4: Cấp nguồn - Cấp nguồn +5V và 0V từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại vị trí +5V và 0V -Cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu Board nguồn, Đồng hồ vạn năng Bước 5: Khảo sát mạch điện Điều khiển các chuyển mạch Quan sát mạch điện và ghi kết quả lên phiếu luyện tập số 10.3 Phiếu thực hành 245 6. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 10.12 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục STT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng yêu cầu - Do liên kết mạch - Đo kiểm tra lại liên kết mạch 2 Mạch được cấp nguồn, liên kết mạch tốt nhưng hoạt động không đúng yêu cầu - Do IC hoặc các chuyển mạch - Test lại IC - Đo các SW phải đảm bảo có hai mức rõ ràng (Mức cao 4.5 ÷ +5V Mức thấp 0V÷ +0.5V) 10.3.6 Luyện tập a) Sinh viên luyện tập thực hành lắp ráp mạch và củng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. PHIẾU BÁO CÁO LUYỆN TẬP Phiếu luyện tập số 10.3 - Họ và tên sinh viên .Mã SV: ............................ - Lớp: ............................................................................ Ngày thực hiện: ................. - Giáo viên hướng dẫn: ............................................... ........................................... - NỘI DUNG: báo cáo: Khảo sát IC cổng logic: ........................................................................................ S R CK Q3 Q2 Q1 Q0 STP 246 b) Nhận xét của GVHD Giáo viên nhận xét và kiểm tra kết quả của sinh viện theo phiếu đánh giá phần phụ lục 10.3.7 Mạch đếm lên đồng bộ modul 10 a) Lý thuyết liên quan Chọn IC 74LS112 (FF-JK có R=S=’0’, Ck tác động ở cạnh xuống). Từ bảng chân lý của FF- JK ta có bảng chuyển trạng thái sau: Bảng 10.13 nQ 1nQ  nJ nK 0 0 0 - 0 1 1 - 1 0 - 1 1 1 - 0 Từ bảng chuyển trạng thái của FF-JK ta xây dựng được bảng trạng thái của mạch như sau: Bảng 10.14 Bảng chuyển trạng thái của FF-JK CK Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 J0 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X 1 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 1 2 0 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X 3 0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 1 4 0 1 0 0 0 X X 0 0 X 1 X 5 0 1 0 1 0 X X 0 1 X X 1 6 0 1 1 0 0 X X 0 X 0 1 X 7 0 1 1 1 1 X X 1 X 1 X 1 8 1 0 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X 9 1 0 0 1 X 1 0 X 0 X X 1 10 0 0 0 0 Từ bảng trạng thái và áp dụng phương pháp bảng Karrnauhg để tối thiểu hàm ta tìm được các hàm đầu vào như sau: 247 '1'.SR ,QK,QQQJ ,QQKJ ,QK,QQJ 1,KJ CkCk 2,3 1, 0,i ii 030123 0122 01031 00 i        Vẽ mạch điện RESETS CLEAR +5V LD0 R1220R LD1 R2220R LD2 R3220R LD3 R4220R Q0 Q1 Q2 Q3 J3 Q 5 CLK1 K2 Q 6 S 4 R 1 5 U1:A 74HC112 J11 Q 9 CLK13 K12 Q 7 S 10 R 14 U1:B 74HC112 J3 Q 5 CLK1 K2 Q 6 S 4 R 15 U2:A 74HC112 J11 Q 9 CLK13 K12 Q 7 S 10 R U2:B 74HC112 12 3 U3:A 7408 45 6 U3:B 7408 T0 9 10 8 U3:C7408 14 Hình 10.7 Mạch đếm lên đồng bộ Modul 10 dùng FF-JK 10.3.8 Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus (Sinh viên tham khảo “Hướng dẫn sử dụng phần mềm Proteus” phần phụ lục) Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu - IC 74112, 7408 - Các chuyển mạch (các mức logic) - Led - Điện trở - Xung clock Bước 3:Sắp xếp các linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu ra đặt bên phải Bước 4: Mô phỏng mạch điện - Lập bảng hoạt động của mạch - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng 248 - So sánh kết quả với bảng cho trước 10.3.9 Thực hành 1) Công tác chuẩn bị + Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp + Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu + Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật + Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc 2) Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV Bảng 10.10 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV STT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ A Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số, 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt (hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn 01 Cái 7 Máy vi tính để bàn Để mô phỏng các mạch số 01 Bộ 8 Máy test IC Để kiểm tra IC 01 Bộ B Vật tư, linh kiện 1 IC U1: 74112 02 Con 2 IC U2: 7408 01 Con 3 Led đơn 04 Con 4 Điện trở 330Ω 04 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 3) NỘI DUNG: thực hành ( Sinh viên lắp ráp mạch đếm lên ĐB dùng IC 74112 hình 10.7) 4) Sơ đồ lắp ráp 249 74112 7408 74112 +5V GND SW1 SW2 T0 Hình 10.6 Sơ đồ lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 5) Trình tự thực hiện Bảng 10.11 Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng không bị oxi hóa - Đồng hồ vạn năng, Board mạch, Máy test IC Panh kẹp, Kìm và Kéo. - Kiểm tra board mạch. Board cắm - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt khi cắm IC không bị nổi - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường nối dây, đường cấp nguồn. -Uốn nắn dây kết nối cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Phù hợp, thuận lợi cho thao tác cân chỉnh mạch, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm Lắp theo trình tự: - Lắp IC - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất - Điểm tiếp xúc các dây kết nối với lỗ board cắm phải đảm bảo chắc chắn, thao tác nhanh, gọn gàng, ngay - Dây kết nối, Panh, Board cắm và linh kiện 250 ngắn. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. Bước 3: Đo kiểm tra nguội - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Dùng ĐHVN để thang điện trở (x1 hoặc x10) đo kiểm tra hai đầu cấp nguồn và đảo cực tính que đo - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng và đúng cực tính - Đảm bảo giá trị điện trở thuận, ngược cách xa nhau. Đồng hồ vạn năng Bước 4: Cấp nguồn - Cấp nguồn +5V và 0V từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại vị trí +5V và 0V - Cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu Board nguồn, Đồng hồ vạn năng Bước 5: Khảo sát mạch điện Điều khiển các chuyển mạch - Quan sát mạch điện và ghi kết quả lên phiếu luyện tập số 10.4 Phiếu thực hành 6. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 10.12 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục STT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng yêu cầu - Do liên kết mạch. - Đo kiểm tra lại liên kết mạch 2 Mạch được cấp nguồn, liên kết mạch tốt nhưng hoạt động không đúng yêu cầu - Do IC hoặc các chuyển mạch - Test lại IC - Đo các SW phải đảm bảo có hai mức rõ ràng (Mức cao 4.5 ÷ +5V Mức thấp 0V÷ +0.5V) 251 10.3.10 Luyện tập a) Sinh viên luyện tập thực hành lắp ráp mạch và củng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. PHIẾU BÁO CÁO LUYỆN TẬP Phiếu luyện tập số 10.4 - Họ và tên sinh viên .Mã SV: ............................ - Lớp: ............................................................................ Ngày thực hiện: ................. - Giáo viên hướng dẫn: ............................................... ........................................... - NỘI DUNG: báo cáo: Khảo sát IC cổng logic: ........................................................................................ S R CK Q3 Q2 Q1 Q0 STP b) Nhận xét của GVHD Giáo viên nhận xét và kiểm tra kết quả của sinh viện theo phiếu đánh giá phần phụ lục 10.4. Bài tập Bài 10.1 Lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Modul 16 dùng IC 4027 Bài 10.2 Lắp ráp mạch đếm lên không đồng bộ Modul 10 dùng IC 7476 Bài 10.3 Lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Modul 16 dùng IC 4027 Bài 10.4 Lắp ráp mạch đếm lên đồng bộ Modul 10 dùng IC 7476 Bài 10.5 Lắp ráp mạch đếm xuống đồng bộ Modul 10 dùng IC 7476 252 BÀI 11 MẠCH CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ, SỐ - TƯƠNG TỰ MỤC TIÊU THỰC HIỆN: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Kiến thức: Trình bày được khái niệm mạch chuyển đổi tượng tự - số (ADC) và mạch chuyển đổi số-tương tự (DAC); vẽ được sơ đồ mạch, giải thích được nguyên lý của mạch DAC và ADC. - Kỹ năng: Trình bày được quy trình lắp ráp và lắp được các mạch khảo sát IC DAC và IC ADC, nhận biết được lỗi và khắc phục được lỗi. - Thái độ: nghiêm túc, tự giác trong học tập, giữ gìn vệ sinh công nghiệp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. NỘI DUNG: 11.1 Khái niệm chung Hiện nay thiết bị điện tử nói chung được xây dựng dựa trên hai nền tảng kỹ thuật là kỹ thuật tương tự (analog) và kỹ thuật số (digital), xu hướng thì người ta sẽ số hoá các thiết bị điện tử, song sự tồn tại của các phần tử tương tự trong thiết bị điện tử là điều hiển nhiên. Vấn đề đặt ra là phải có sự tương tác giữa các thiết bị, phần tử tương tự với các thiết bị số và ngược lại. Ở chương này chúng ta sẽ đề cập đến mạch tương tác giữa kỹ thuật tương tự và kỹ thuật số đó là mạch chuyển đổi tương tự-số (ADC) và mạch số-tương tự (DAC) . Mạch chuyển đổi tương tự- số: là mạch điện thực hiện nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự ở đầu vào ( từ thiết bị ngoài như các cảm biến, các đại lượng vật lý và kỹ thuật) thành tín hiệu số ở đầu ra để đưa vào các thiết bị điện tử số. Mạch chuyển đổi số- tương tự: là mạch điện thực hiện nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra để đưa đến các thiết bị điện tử tương tự. Vị trí và vai trò của mạch chuyển đổi tronghệ thống điện tử số được mô tả ở sơ đồ khối Hình 11.1. 253 Hình 11.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống điện tử số Xét về mặt quy mô thì bộ biến đổi ADC có cấu trúc phức tạp hơn bộ biến đổi DAC vì vậy chúng ta tìm hiểu về bộ biến đổi DAC trước. 11.2 Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) Mạch chuyển đổi số tương tự (DAC- Digital to analog convert) được mô tả như hình 11.2. Hình 11.2. Sơ đồ tổng quát mạch chuyển đổi số-tương tự Trogn đó: Đầu vào là các tổ hợp mã nhị phân được ký hiệu từ Q0 ->Qn Đầu ra là hàm Vout, vì vậy Vout là hàm của các biến đầu vào Biến đổi DAC có nhiều mạch khác nhau, tuy nhiên trong giáo trình này chỉ giới thiệu một số mạch DAC cơ bản được áp dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử hiện nay. 11.2.1 Mạch DAC kiểu thang điện trở a) Mạch DAC kiểu thang điện trở khuếch đại thuận Mạch DAC 4 bit dữ liệu kiểu thang điện trở khuếch đại thuận như hình 11.3. D/A Converter “ DAC “ Vout LSB Mã số nhị phân vào MSB Điện áp Analog ra 254 Hình 11.3 Mạch DAC 4bit kiểu thang điện trở khuếch đại thuận Trong sơ đồ này : Có 4 bit đầu vào từ S0 -> S3 Các điện trở từ R1-> R8 đóng vai trò tạo nên thang điện trở có giá trị 1R và 2R Diode D1,D2 có tác dụng bảo vệ đầu vào cho OPAM R10, R9 tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cho mạch điện Ku=(R10/R9) +1 ở đây R10=2R9 -> Ku=3 Trạng thái hiện tại của các swiching S3=1, S2=0, S1=0, S0=0 suy ra Ni=8 n=3, Vref=5v Biểu thức tính điện áp đầu ra: )2222(.2 001122331 bbbbK VV unrefout   + Giả sử trạng thái hiện tại của các swiching là: S3=1, S2=0, S1=0, S0=0 Với n=3, Vref=5V Vậy điện áp tại đầu ra là: VbbbbKVV unrefout 5,78,3.16 52222(.2 001122331   + Giả sử trạng thái hiện tại của các swiching là: S3=1, S2=1, S1=1, S0=1 Với n=3, Vref=5V Suy ra VbbbbKVV unrefout 5,228,3.16152222(.2 001122331   255 Chú ý: trong thiết kế để đảm bảo độ tuyến tính của mạch điện người ta thường chọn │Vout │≤ 4Vcc/5 b) Mạch DAC kiểu thang điện trở khuếch đại đảo Trong kỹ thuật đôi khi người ta cần tạo ra sườn điện áp âm tại đầu ra, trong trường hợp này người ta thường dùng bộ DAC kiểu thang điện trở khuếch đại đảo như được vẽ tại hình 11.4 Hình 11.4. Mạch DAC 4 bitkiểu thang điện trở khuếch đại đảo Trong sơ đồ này chúng ta thấy các linh kiện có chức năng giống với sơ đồ mạch DAC 4 bit khuếch đại thuận chỉ khác là bộ khuếch đại là khuếch đại đảo. Ở đây hệ số khuếch đại điện áp được xác định như sau: tđU R RK 9 ( Rtđ: là điện trở tương đương thang điện trở ) Chúng ta biết Zra= 1R R9= 3R Vậy Ku= - 3R/R= -3, thay các giá trị của các tham số vào ta tính được điện áp ra của mạch điên: )2222(.2 001122331 bbbbK VV unrefout   +Giả sử trạng thái hiện tại của các swiching là: S3=1, S2=0, S1=0, S0=0 Với n=3, Vref=5V Suy ra VbbbbKVV unrefout 5,78).3.(1652222(.2 001122331   256 + Giả sử trạng thái hiện tại của các swiching là: S3=1, S2=1, S1=1, S0=1 Với n=3, Vref=5V Suy ra VbbbbKVV unrefout 5,228).3.(16152222(.2 001122331   11.2.2 Mạch DAC kiểu điện trở trọng số Có thể nói mạch biến đổi DAC theo kiểu thang điện trở được xây dựng lên dựa trên cơ sở toán học của định lý Thevenin thì ở đây mạch DAC kiểu điện trở trọng só được xây dựng trên cơ sở toán học của định lý chồng chập ( một số tài liệu gọi là định lý xếp chồng ). Theo định lý này thì tổng đại số của các nguồn điện áp và dòng điện riêng rẽ được đáp ứng đầy đủ và có tính độc lập tương đối trên phần tử đáp ứng chung của chúng. Chúng ta đã được biết bộ cộng ở môn kỹ thuật điện tử, Mạch biến đổi DAC kiểu điện trở trọng số có bản chất là bộ cộng tuyến tính, chúng ta xem xét chúng ở hình 10.5 Hình 11.5 Mạch DAC kiểu điện trở trọng số Nhìn vào sơ đồ chúng ta thấy: i0 = ES0/ R/ 02 = 02 ES0/R i1 = ES1/ R/ 12 = 12 ES1/R + i2 = ES2/ R/ 22 = 22 ES2/R .. in = ESn/ R/ n2 = n2 ESn/R 257 iT = (E/ R)* ( 02 S0 + 12 S1 + 22 S2 + + n2 Sn ) ; S chỉ nhận 2 giá trị 0 hoặc 1 Đến đây ta thấy :Ura= - iT*Rf Do Ni =( 02 S0 + 12 S1 + 22 S2 + + n2 Sn ) -> Ni max = 12 n - 1 Vậy Ura= - ERfNi/R = - ENi* Rf/R Ta thấy điện áp âm ra rất lớn, tuỳ từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn tỉ số giữa Rf/R cho phù hợp. Để chuẩn hoá mạch DAC này tương đồng với các mạch DAC loại khác người ta thường chọn Ura max= - E* ( 12 n - 1)/ 12 n Thay vào phương trình Ura max ta tìm được Rf= R/ 12 n Ura max = - ( 12 n - 1)( E/ 12 n ) ; ở đây người ta nói đến biên độ âm lớn nhất Ura biến thiên từ 0V -> - E*( 12 n - 1)/ 12 n V Nhận xét: Mạch DAC kiểu điện trở trọng số có ưu điểm là đơn giản về mặt toán học, dễ dàng tính toán trong xây dựng mạch điện nhưng trên thực tế chúng bộc lộ nhiều nhược điểm về độ tuyến tính, độ phân giải, độ chính xác..v.v. một nguyên nhân có thể xác định chủ yếu là do khó tìm được dải điện trở thoả mãn cho yêu cầu của mạch điện nhất là với các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao. Người ta đã tìm nhiều giải pháp như đáp ứng công nghệ, bố trí điện trở song song.v.v. .nhưng đều tỏ ra kém hiệu quả nhất là hiệu quả về kinh tế 11.2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của mạch chuyển đổi DAC Khi sử dụng hay thiết kế mạch chuyển đổi DAC ta phải quan tâm đến các thông số kỹ thuật cơ bản sau: Độ phân giải: Độ phân giải liên quan đến số bit dữ liệu đầu vào của DAC , nếu số bit đầu vào càng lớn thì độ phân giải càng nhỏ điều đó có nghĩa là bộ DAC đó có chất lượng cao, khi biến đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự thì tín hiệu tương tự ở đầu ra của bộ DAC có tính trung thực càng cao. Ví dụ: Bộ DAC có n bit dữ liệu đầu vào thì chúng ta có n2 mức điện áp ở đầu ra khi đó độ phân giải của nó = 1/ n2 . Trong điện tử công nghiệp người ta thường dùng 8 bit dữ liệu đầu vào thì độ phân giải của nó là: 1/256 đây là độ phân giải rất thô so với các bộ DAC trong xử lý tín hiệu ảnh Độ tuyến tính: Như ta đã biết U ra ( Vout ) là hàm của Ni, Ta có thể viết Ura[ Ni], bộ DAC được coi là tuyến tính lý tưởng nếu: │Ura [Ni] –Ura [Ni-1 ]│ = ∆u =const ; trong đó Ni biến thiên từ 0 -> 12 n ∆u: gọi là lượng tử đơn vị hay 1 lượng tử. để đánh giá độ tuyến tính của DAC người ta thông qua đánh giá méo phi tuyến 258 Đơn vị đánh giá méo phi tuyến là % được định nghĩa: (│∆u_tt - ∆u_lt│max / ∆u_lt ) * 100% ; ∆u_tt: lượng tủ thực tế ; ∆u_lt: lượng tử lý thuyết Thời gian thiết lập: Khi tín hiệu số đầu vào xác lập thì phải mất một thời gian ∆t nào đó Ura mới xác lập ổn định, Thông số này đánh giá được tốc độ biến đổi DAC của mạch điện, một thông số đánh giá gián tiếp đó là tần số làm việc của bộ DAC. Độ ổn định nhiệt độ: khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì các thông số kỹ thuật của bộ DAC cũng thay đổi theo, khoảng nhiệt độ làm việc mà các thông số kỹ thuật vẫn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật thì đó là khoảng nhiệt độ làm việc, khoảng nhiệt độ này càng lớn thì đánh giá độ ổn định nhiệt độ càng cao. 11.2.4 Khảo sát vi mạch DAC 0808LCN a) Sơ đồ chân và hình dạng - Sơ đồ chân: Hình 11.6. Sơ đồ chân IC DAC 0808LCN Trong đó: A1-A8 : 8 bit đầu vào. COMP : bù điện áp, có thể nối đất hoặc không nối VREF+ : điện áp chuẩn dương được nối lên +5V VREF- : điện áp chuẩn âm được nối đất. I0 : Dòng ra 259 b) Hình dạng của IC 0808LCN như hình 11.8 Hình 11.7 Hình dạng IC DAC 0808LCN c) Mạch khảo sát IC 0808 Hình 11.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC 0808 Dòng ra )222...2.(1 001122881 bbbbURI V  UV = 5V )222...2.( 001122881 33 bbbbUR RIRU Vo  )222...2.( 00112288 bbbbUU Vo  260 11.2.5 Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus (Sinh viên tham khảo “Hướng dẫn sử dụng phần mềm Proteus” phần phụ lục) Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu - IC DAC0808, IC 741 - Các chuyển mạch (các mức logic) - Led - Điện trở Bước 3:Sắp xếp các linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu ra đặt bên phải Bước 4: Mô phỏng mạch điện - Lập bảng hoạt động của mạch - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng - So sánh kết quả với bảng cho trước 11.2.6 Thực hành 1) Công tác chuẩn bị + Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. + Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. + Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật + Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. 2) Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV Bảng 11.1 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV STT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ A Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái Tương tự 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt (hoặc kéo) 01 Cái 261 6 Kìm uốn 01 Cái 7 Máy vi tính để bàn Để mô phỏng các mạch số 01 Bộ B Vật tư, linh kiện 1 IC U1: DAC0808 01 Con 2 IC U2: OPAM741 01 Con 3 Led đơn 02 Con 4 Điện trở 470Ω; 4.7k;1k 05 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 6 Tụ điện 0,1uF 01 Con 3) Sơ đồ lắp ráp Hình 11.9. Sơ đồ lắp ráp mạch khảo sát IC 0808 4) Trình tự thực hiện Bảng 11.2 Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng không - Đồng hồ vạn năng, Board mạch, Máy test 262 sinh các đầu dây bị oxi hóa IC Panh kẹp, Kìm và Kéo. - Kiểm tra board mạch. Board cắm - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt khi cắm IC không bị nổi - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường nối dây, đường cấp nguồn. -Uốn nắn dây kết nối cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Phù hợp, thuận lợi cho thao tác cân chỉnh mạch, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm Lắp theo trình tự: - Lắp IC - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất - Điểm tiếp xúc các dây kết nối với lỗ board cắm phải đảm bảo chắc chắn, thao tác nhanh, gọn gàng, ngay ngắn. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. - Dây kết nối, Panh, Board cắm và linh kiện Bước 3: Đo kiểm tra nguội - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Dùng ĐHVN để thang điện trở (x1 hoặc x10) đo kiểm tra hai đầu cấp nguồn và đảo cực tính que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng và đúng cực tính - Đảm bảo giá trị điện trở thuận, ngược cách xa nhau. Đồng hồ vạn năng (Tương tự) Bước 4: Cấp nguồn - Cấp nguồn +5V và 0V từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại vị trí +5V và 0V . -Cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu Board nguồn, Đồng hồ vạn năng Bước 5: Khảo sát mạch điện Điều khiển các chuyển mạch Quan sát mạch điện và ghi kết quả lên phiếu luyện tập số 11.1 Phiếu thực hành 263 6. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 11.3 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục STT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn mạch hoạt động không đúng yêu cầu - Do liên kết mạch. - Đo kiểm tra lại liên kết mạch 2 Mạch được cấp nguồn, liên kết mạch tốt hoạt động không đúng yêu cầu - Do IC hoặc các chuyển mạch - Test lại IC - Đo các SW phải đảm bảo có hai mức rõ ràng (Mức cao 4.5 ÷ +5V Mức thấp 0V÷ +0.5V) 11.2.7 Luyện tập a) Sinh viên luyện tập thực hành lắp ráp mạch và củng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. PHIẾU BÁO CÁO LUYỆN TẬP Phiếu luyện tập số 11.1 - Họ và tên sinh viên .Mã SV: ............................ - Lớp: ............................................................................ Ngày thực hiện: ................. - Giáo viên hướng dẫn: ............................................... ........................................... - NỘI DUNG: báo cáo: Khảo sát IC cổng logic: ........................................................................................ SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 SW8 OUT 264 b) Nhận xét của GVHD Giáo viên nhận xét và kiểm tra kết quả của sinh viện theo phiếu đánh giá phần phụ lục 11.3 Mạch chuyển đổi số sang tương tự (ADC) 11.3.1 Khái niệm chung về mạch chuyển đổi tương tự - số (analog to digitalconvert _ADC) ADC là mạch dùng để chuyển đổi từ tín hiệu điện áp liên tục ở đầu vào thành tín hiệu số nhị phân gián đoạn tại đầu ra. Nó là một ánh xạ tuyến tính từ miền thời gian liên tục sang miền thời gian gián đoạn. Bộ chuyển đổi ADC được mô tả bởi sơ đồ khối hình11.11. Hình 11.10 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi ADC Nhìn vào sơ đồ khối ta thấy: Biến đầu vào Uvt là tín hiệu tương tự biến thiên ngẫu nhiên trong miềm thời gian, vậy Uvt phải được giới hạn trong trong một khoảng điện áp: Vghd ≤ Uvt ≤ Ught ; Vghd: điện thế giới hạn trên ; Vghd: điện thế giới hạn dưới Ở đây trong giới hạn của chương trình chúng ta không xét đến các bộ biến đổi thích nghi. Hàm đầu ra là một tập hàm có ký hiệu từ Q0 đến Qn, các hàm này chỉ có hai trạng thái là: 0 và 1; trong đó n là các số tự nhiên Xét tập hàm đầu ra chúng ta thấy: Tại đầu ra chúng ta có tổng N trường hợp xảy ra, trong đó: N= 12 n . Ta gọi Ni là các trường hợp riêng biệt của tập hàm đầu ra thì Ni sẽ biến thiên từ 0 đến 12 n -1. Bộ biến đỏi ADC được gọi là có hiệu xuất cao nếu thoả mãn ánh xạ : Vghd Ni min Vght Ni max ( Vght+ Vghd )/2  N/2 Để đánh giá độ mịn của bộ biến đổi ADC người ta dùng biểu thức: 265 (Vght – Vghd)/N = ∆U; ∆ U được gọi là mức lượng tử của bộ biến đổi hay còn gọi là lượng tử đơn vị ∆ U càng nhỏ thì bộ biến đổi ADC càng mịn hay phẩm chất của bộ ADC này càng cao. Nếu trong dải điện áp từ giới hạn dưới đến giới hạn trên được chia làm M mức lượng tử thì số bit nhi phân tại đầu ra phải thoả mãn biểu thức: Ni ≥ M Có rât nhiều cách xây dựng bộ biến đổi ADC , Trong giới hạn của chương trình chúng ta chỉ xem xét các mạch biến đổi ADC cơ bản, được sử dụng nhiều trong thực tế. 11.3.2 Mạch chuyển đổi ADC trực tiếp Mạch chuyển đổi ADC trực tiếp hay còn gọi là mạch ADC song song, Mạch này hoạt động theo nguyên lý biến đổi trực tiếp mẫu điện áp đầu vào thành tổ hợp mã nhị phân tại đầu ra. Để đơn giản hoá việc xây dựng mạch điện ta thiết kế mạch ADC với 5 mức lượng tử. Vậy M=5 ta cần phải 3bit dữ liệu ở đầu ra ( Ni = 8 ), và cần 4 OA để lấy mẫu trực tiếp tín hiệu điện áp đầu vào và hoạt động theo sơ đồ khối hình 11.12 Hình 11.11 Sơ đồ khối mạch ADC kiểu song song Để tạo ra 5 mức lượng tử thì cần có 5 điện trở (từ 51 RR  ) và 4 OPAM ( DCBA OOOO ,,, ) đóng vai trò là mạch lấy mẫu 5 mức tín hiệu điện áp đầu vào. Các OPAM hoạt động ở chế độ khuếch đại so sánh nên ở đầu ra của chúng chỉ có 2 mức cao (mức 1) và thấp (mức0). Mạch mạch hóa có nhiệm vụ mã hóa các mức điện áp thành các tổ hợp mã nhị phân tương ứng. Dữ liệu đầu vào của mạch mã hoá là đầu ra của các OPAM: DCBA UUUU ,,, . Mạch chốt dữ liệu đầ ra dùng Flip Flop D. Bảng trạng thái theo bảng sau: 266 Bảng 11.4 Bảng trạng thái mạch chuyển đổi ADC trực tiếp Uv UA UB UC UD D2 D1 D0 REÈV VU 5 10  0 0 0 0 0 0 0 REÈVREÈ VUV 5 2 5 1  0 0 0 1 0 0 1 REÈVREÈ VUV 5 3 5 2  0 0 1 1 0 1 0 REÈVREÈ VUV 5 4 5 3  0 1 1 1 0 1 1 REÈVREÈ VUV 5 5 5 4  1 1 1 1 1 0 0 Coi D là hàm của U, lập bảng Karnaugh với các biến là DCBA UUUU ,,, rút gọn các hàm ta được tập các hàm sau: DCBA UUUUD 0 CAUUD 1 AUD 2 - Sơ đồ mạch: Hình 11.12 Sơ đồ nguyên lý mạch ADC song song 5 mức lượng tử Để dữ liệu đồng bộ với hệ thống ta dùng xung clock và flip_flop D để chôt dữ liệu.Bảng trạng thái 5.2. cho thấy rõ nguyên lý hoạt động của mạch điện. 267 Nhận xét: Khi mạch điện làm việc với mức lượng tử lớn thì mạch trở nên quá cồng kềnh và tốn kém, không phù hợp với thiết bị có độ phân giải cao. Tuy nhiên mạch ADC song song đã được sử dụng trong hệ xử lý 4bit vì những ưu điểm vượt trội của nó: Tốc độ chuyển đổi rất nhanh có thể đáp ứng được với thời gian thực. Độ tuyến tính ( trung thực ) rất tốt so với các bộ biến đổi ADC khác. Một thời gian dài mạch ADC song song đã bị quên lãng nhưng thời gian gần đây chúng lại xuất hiện trong các vi mạch tổ hợp hiện đại, được ứng dụng mạnh trong kỹ thuật quân sự. 11.3.3 Khảo sát vi mạch DAC 0809 a) Sơ đồ chân và hình dạng IC 0809 Hình 11.13 Sơ đồ chân IC 0809 IN0-IN7: ngõ vào tương tự A, B, C : giải mã chọn 1 trong 8 ngõ vào 81 22   : các đầu ra song song 8 bit ALE cho phép chốt địa chỉ Start: xung bắt đầu chuyển đổi Clock: xung đồng bộ VREF(+) điện áp tham chiếu dương VREF(-) điện áp tham chiếu âm Vcc nguồn cấp. 268 - Hình dạng: Hình 11.14. Hình dạng IC 0809 b) Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC 0809 Hình 11.15 Sơ đồ nguyên lý mạch khảo sát IC 0809 11.3.4 Vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus (Sinh viên tham khảo “Hướng dẫn sử dụng phần mềm Proteus” phần phụ lục) Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Chọn vật tư linh kiện đúng theo yêu cầu - IC ADC0809; IC 7404; VR, nút bấm - Các chuyển mạch (các mức logic) 269 - Led - Điện trở Bước 3:Sắp xếp các linh kiện theo trình tự - Các đầu vào đặt bên trái - Các đầu ra đặt bên phải Bước 4: Mô phỏng mạch điện - Lập bảng hoạt động của mạch - Bật và tắt các chuyển mạch theo thứ tự và ghi kết quả vào bảng - So sánh kết quả với bảng cho trước 11.3.5 Thực hành 1) Công tác chuẩn bị + Kiểm tra vị trí nơi làm việc: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt đúng vị trí dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp. + Kiểm tra vật tư: Vật tư phải đầy đủ, đúng chủng loại yêu cầu. + Kiểm tra tình trạng dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật + Kiểm tra tình trạng thiết bị: Các thiết bị board nguồn, đồng hồ vạn năng làm việc bình thường. Board cắm có lỗ cắm phải chắc chắn đảm bảo tiếp xúc. 2) Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV Bảng 11.5 Danh mục thiết bị, dụng cụ, vật tư cần chuẩn bị cho một bàn thực hành/ 1SV STT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ KỸ THUẬT SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ TÍNH GHI CHÚ A Thiết bị, dụng cụ 1 Board nguồn Board TT số, 01 Cái 2 Board cắm số 01 Cái 3 Đồng hồ vạn năng Đo dòng, áp, đo điện trở 01 Cái Tương tự 4 Panh kẹp 01 Cái 5 Kìm cắt (hoặc kéo) 01 Cái 6 Kìm uốn 01 Cái 7 Máy vi tính để bàn Để mô phỏng các mạch số 01 Bộ 8 Máy test IC Để kiểm tra IC 01 Bộ B Vật tư, linh kiện 1 IC U1: ADC0809 01 Con 270 2 IC U2: 7404 01 Con 3 Led đơn 10 Con 4 Điện trở 470Ω;1k 10 Con 5 Dây kết nối Loại 01 lõi 02 m 6 Tụ điện 0,1uF 01 Con 7 Triết áp 10k 03 Con 8 Button Nút bấm t. hở 01 Con 3) Sơ đồ lắp ráp: +5V GND VR2VR1 SW2 SW1 ADC 0809 74LS04D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 BUTTON R1 C1 R4 R2R3 Hình 11.16 Sơ đồ lắp ráp mạch ADC0809 4) Trình tự thực hiện Bảng 11.6 Trình tự thực hiện Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn. - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính linh kiện. - Vệ sinh linh kiện: Vệ sinh các chân IC - Vệ sinh đầu dây kết nối: Vệ sinh các đầu dây - Xác định đúng cực tính linh kiện, đảm bảo chất lượng. - Chân linh kiện và dây kết nối phải sáng bóng không bị oxi hóa - Đồng hồ vạn năng, Board mạch, Máy test IC 271 - Kiểm tra board mạch. Board cắm - Phải đảm bảo các lỗ dưỡng chân IC còn tốt khi cắm IC không bị nổi Panh kẹp, Kìm và Kéo. - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường nối dây, đường cấp nguồn. -Uốn nắn dây kết nối cho phù hợp vị trí lắp ráp. - Phù hợp, thuận lợi cho thao tác cân chỉnh mạch, đảm bảo đúng kỹ thuật, mỹ thuật Bước 2: Lắp ráp linh kiện trên board cắm Lắp theo trình tự: - Lắp IC - Cắm dây liên kết mạch, dây cấp nguồn. - Chọn vị trí lắp IC phù hợp nhất - Điểm tiếp xúc các dây kết nối với lỗ board cắm phải đảm bảo chắc chắn, thao tác nhanh, gọn gàng, ngay ngắn. - Các dây nối tránh chồng chéo nhau. - Dây kết nối, Panh, Board cắm và linh kiện Bước 3: Đo kiểm tra nguội - Đo kiểm tra liên kết: Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn: Dùng ĐHVN để thang điện trở (x1 hoặc x10) đo kiểm tra hai đầu cấp nguồn và đảo cực tính que đo. - Đảm bảo linh kiện liên kết đúng và đúng cực tính - Đảm bảo giá trị điện trở thuận, ngược cách xa nhau. Đồng hồ vạn năng (Tương tự) Bước 4: Cấp nguồn - Cấp nguồn +5V và 0V từ board nguồn vào mạch lắp ráp tại vị trí +5V và 0V . - Cấp nguồn đúng vị trí yêu cầu Board nguồn, Đồng hồ vạn năng Bước 5: Khảo sát mạch điện Điều khiển các chuyển mạch - Quan sát mạch điện và ghi kết quả lên phiếu luyện tập số 11.2 Phiếu thực hành 272 6. Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Bảng 11.7 Các dạng sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục STT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Mạch được cấp nguồn nhưng không hoạt động - Mạch tạo dao động - IC không tốt - Đo kiểm tra lại liên kết mạch, Nguồn cấp cho các IC, thay thế IC 2 Mạch được cấp nguồn nhưng hoạt động không đúng yêu cầu - Do liên kết mạch. - Đo kiểm tra lại liên kết mạch 3 Mạch được cấp nguồn, liên kết mạch tốt hoạt động không đúng yêu cầu - Do các VR hoặc các chuyển mạch - Đo VR phải đảm bảo còn tốt - Đo các SW phải đảm bảo có hai mức rõ ràng (Mức cao 4.5 ÷ +5V Mức thấp 0V÷ +0.5V) 11.4 Luyện tập a) Sinh viên luyện tập thực hành lắp ráp mạch và củng cố kiến thức theo phiếu luyện tập. PHIẾU BÁO CÁO LUYỆN TẬP Phiếu luyện tập số 11.2 - Họ và tên sinh viên .Mã SV: ........................... - Lớp: ............................................................................ Ngày thực hiện: ................. - Giáo viên hướng dẫn: ............................................... ........................................... - NỘI DUNG: báo cáo: Khảo sát IC cổng logic: ........................................................................................ VR2 Led1 Led2 Led3 Led4 Led5 Led6 Led7 Led8 b) Nhận xét của GVHD Giáo viên nhận xét và kiểm tra kết quả của sinh viện theo phiếu đánh giá phần phụ lục 273 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Đỗ Thanh Hải, Cao Văn An - Hệ thống số căn bản và ứng dụng- NXB Khoa học và kỹ thuật - 1998. 2- Nghiêm Thị Thúy Nga, Nguyễn Thị Hòa, Trần Thanh Sơn - Bài giảng thực hành điện tử cơ bản, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định, 2014. 3- Hoàng Thị Phương, Trần Thanh Sơn - Bài giảng Kỹ thuật số, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định, 2012. 4- Lương Ngọc Hải - Giáo trình Kỹ thuật xung số - NXB Giáo Dục - 2004. 5- Nguyễn Thuý Vân - Kỹ thuật Số - NXB Khoa học và kỹ thuật – 1999. 6- Nguyễn Thuý Vân - Thiết kế logic số- NXB Khoa học và kỹ thuật – 2000. 7- Vũ Đức Thọ dịch - Cơ sở kỹ thuật điện tử số- Đại học Thanh hoa Bắc Kinh - 2003. 8- Hồ Văn Sung - Linh kiện bán dẫn và vi mạch - NXB Giáo dục-2000. 9- Dương Minh Trí - Sơ đồ chân linh kiện và bán dẫn - NXB Khoa học và kỹ thuật -2002. 274 PHỤ LỤC Phụ lục 1- Phiếu đánh giá kết quả thực hành PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHẦNTHỰC HÀNH Tên bài: Họ và tên SV: Mã SV: . Nghề: Lớp: Ngày thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Tiểu kỹ năng Lắp mạch STT Tiêu chí đánh giá Điểm Điểm chuẩn Điểm trừ (trừ đến hết điểm của tiêu chí) Điểm đánh giá Ghi chú 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, linh kiện - Đúng chủng loại yêu cầu - Đảm bảo an toàn, vệ sinh công nghiệp - Vị trí thực tập gọn gàng ngăn nắp 0,5 2 Kỹ năng vẽ và mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus - Vẽ đúng theo sơ đồ nguyên lý - Sắp xếp linh kiện gọn, - Mô phỏng được mạch điện 10 3 Kỹ năng vẽ sơ đồ lắp ráp trên board cắm - Vẽ đúng theo sơ đồ nguyên lý - Sắp xếp linh kiện gọn, đi dây tối ưu, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và mỹ thuật 10 4 Kỹ năng lắp ráp mạch - Thực hiện đúng trình tự lắp ráp: Chọn, kiểm tra, vệ sinh chân linh kiện, uốn nắn chân linh kiện và lắp theo trình tự. - Đấu nối mạch chính xác theo sơ đồ lắp ráp (vị trí linh kiện, vị trí đường cấp nguồn, tín hiệu vào, ra) 30 275 - Các chân linh kiện kết nối đúng vị trí - Kiểm tra an toàn mạch sau lắp ráp bằng quan sát và bằng dụng cụ, thiết bị đo 5 Cấp nguồn, đo kiểm tra thông số của mạch. - Vận hành cho mạch làm việc đúng nguyên lý (Biết thay kiểm tra các thông số đầu vào, đo kiểm tra, xác định các thông số đầu ra một cách chính xác). yêu cầu ghi lại số liệu. 10 6 Xử lý các tình huống trong quá trình lắp ráp và các sai hỏng khi hoạt động. - Kiểm tra nhận biết các dạng sai hỏng - Khắc phục được các hiện tượng sai hỏng và vận hành cho mạch làm việc.( lắp sai vị trí, sai cực tính linh kiện, linh kiện hỏng, dây dẫn dứt ngầm) 10 7 Thời gian thực hiện: 11,5 giờ (tùy thuộc vào từng tiểu kỹ năng và chỉ đánh giá khi NỘI DUNG: thực hành tiểu kỹ năng đã hoàn chỉnh) - Hoàn thành trước hoặc đúng thời gian quy định - Quá giờ 15 8 Báo cáo thực hành - Đầy đủ NỘI DUNG: thực hành - Kết quả báo cáo chính xác. 10 9 Tổng điểm 100 276 Phụ lục 2 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS GIỚI THIỆU PHẦN MỀM Proteus là một phần mềm hỗ trợ thiết kế và mô phỏng các loại mạch điện tử. So với một số các phần mềm hỗ trợ mô phỏng các mạch điện khác thì Proteus có thế mạch hơn hẳn về các mặt: - Thư viện linh kiện phong phú . - Hỗ trợ nhiều thiết bị đo kiểm tra. - Cho phép thiết kế và chạy mô phỏng sơ đồ nguyên lý gồm các mạch tương tự, mạch số, mạch tổng hợp cả số cả tương tự... - Cho phép chạy mô phỏng các loại vi điều khiển, EPPROM, PIC. - Hỗ trợ thiết kế mạch in (PCB). Vì các điểm mạnh của phần mềm nên đối với sinh viên là công cụ đắc lực phục vụ quá trình học tập, nghiên cứu khoa học đối với những người yêu thích điện - điện tử thì đây là môi trường sát với thực tế để thiết kế các mạch điện ứng dụng. I. KHỞI ĐỘNG VÀ THOÁT KHỎI CHƯƠNG TRÌNH 1.1 Khởi động chương trình Cũng giống như các phần mềm khác để bắt tay vào công việc thiết kế chúng ta phải biết cách khởi động chương trình. Có hai cách cơ bản để mở chuơng trình Proteus là: - Chọn Start \ All Programs \ Proteus Profesional \ ISIS Professional. 277 - Nháy đúp chuột vào biểu tượng trên màn hình Desktop. - Sau khi chương trình được khởi động một giao diện được mở ra như hình dưới vào việc tìm hiểu chức năng của từng đối tượng tác giả sẽ trình bày ở chương sau * Khi bắt tay vào thiết kế ta luôn luôn phải thao tác lưu File lại bằng cách vào File\Save; hoặc nháy vào nút trên thanh công cụ; Hoặc sử dụng tổ hợp phím nóng ‘Ctrl+S’ trên bàn phím: 278 Mặc định của phần mềm là khi thực hiện ghi lần đầu tiên thì ghi vào thư mục BIN (nằm trong ổ C), ta nên chọn lại đường dẫn đến thư mục nằm trong ổ khác trong ổ cứng của mình như ổ D hoặc ổ E . 1.2 Thoát khỏi chương trình Thao tác thoát khỏi chương trình được thực hiện khi người thiết kế không thao tác trên phần mềm nữa. Thao tác này được tiến hành bằng một trong các cách cơ bản sau: - Nháy trái chuột vào nút Close phía trên góc bên phải màn hình. - Nhấn trực tiếp phím Q trên bàn phím (nên làm theo các này). - Ấn tổ hợp phím ‘Alt+X’ trên bàn phím. - Chọn File \ Exit. 279 II. GIAO DIỆN PHẦN MỀM 2.1 Giới thiệu trung Chương trình sau khi được khởi động có giao diện như sau: 2.2 Chức năng các thanh công cụ trên màn hình * Trên cùng là thanh tiêu đề mang tên phần mềm. Bên phải có 3 biểu tượng để thu nhỏ, phóng to và thoát chương trình. * Tiếp đến là thanh trình đơn (The Menu Bars) chứa các trình đơn chính tương tự như các phần mềm ứng dụng khác của Windows. Các mục trong thanh trình đơn có chức năng hỗ trợ việc thiết kế và mô phỏng mạch điện. * Tiếp theo nữa là các thanh công cụ (The Toolbars). Để thay vì mỗi lần tác động lại phải vào trong các menu tương ứng thì phần mềm đưa ra các nút công cụ đặt trên các thanh công cụ cho phép người thiết kế thao tác nhanh hơn. Và thứ tự các thanh này được xếp đặt như sau: + Thanh chứa các lệnh File/Print: Thanh tiêu đề Menu chính hàng ngang Thanh công cụ chứa các công cụ hỗ trợ Vùng mô tả không gian thiết kế Vùng chứa các linh kiện cần thiết kế Công cụ xoay Các nút điều khiển quá trình mô phỏng 280 Các biểu tượng trên có chức năng giống như các phần mềm ứng dụng khác gồm: mở file mới, nhớ, in ấn, cắt, dán.. + Thanh chứa các lệnh hỗ trợ hiển thị (Display Commands): Refesh màn hình ẩn hoặc hiện lưới màn hình Các nút phóng to, thu nhỏ + Thanh chứa các lệnh hỗ trợ soạn thảo (Editing Commands): . + Thanh chứa các công cụ hỗ trợ việc thiết kế (Design Tools): Chuyển sang mạch in. + Thanh công cụ chọn lựa chế độ: (Mode Selector Toolbar bằng cách vào menu View/Toobar): Vị trí thanh này đặt ở bên dưới phía tay trái của màn hình hiển thị dùng để chọn lựa các chế độ trong lúc soạn thảo; chúng được tác động ngẫu nhiên khi bạn kích chuột lên. + Thanh chọn các chế độ chính (Main Modes): Redo và Undo Cắt đối tượng copy đối tượng Dán đối tượng Di chuyển đối tượng Xoay đối tượng Xoá đối tượng 281 + Thanh chứa các thiết bị và dụng cụ (Gadgets): + Thanh công cụ hỗ trợ định hướng đối tượng (Orientation Toolbar): Trên thanh này chứa các nút có chức năng làm xoay và lật ngược (rotation and reflection) các đối tượng đã được lựa chọn: Lật đối tượng theo chiều dọc Lật đối tượng theo chiều ngang Hiển thị góc xoay (00 , 900/-900, 1800/-1800, 2700/-2700) Xoay đối tượng 1 góc 900 theo chiều mũi tên (ngược) Xoay đối tượng 1 góc 900 theo chiều mũi tên (thuận) + Cửa sổ tổng quan (The overview Window): Trở lại cửa sổ linh kiện Hiển thị điểm Viết nhẵn Viết văn bản Vẽ đường BUS Lấy các thiết bị đo : máy hiện sóng, Vol met (AC,DC), Ampemet (AC, DC). Hiển thị các điểm kiểm tra dòng, áp, thiết bị phát sóng. Lấy các thiết bị kiểm tra tín hiệu hiển thị Lấy nguồn cung cấp Vcc, GND 282 Đây là cửa sổ hiển thị nguyên vẹn vùng NỘI DUNG: bản thiết kế trong một khung lưới và ta có thể làm thay đổi tọa độ của khung lưới này bắng cách click chuột trái lên một vị trí bất kì trên khung này. + Cửa sổ chọn đối tượng (The Object Selector): Sau khi vào thư viện linh kiện tìm và lấy ra các linh kiện theo yêu cầu của mạch thì các linh kiện khi đã được chọn sẽ hiển thị trong cửa sổ này. Khi các linh kiện đã được liệt kê hết ra rồi, trong qua trình thi công mạch cần lấy linh kiện nào ra vùng làm việc thì ta nháy chuột vào linh kiện đó để lựa chọn. + Bảng điều khiển mô phỏng (The Animation Control Panel) Trong phần mềm này để điều khiển quá trình mô phỏng cũng như lập trình phần mềm đưa ra một bảng điều khiển với các ký hiệu giống như các ký hiệu có trong thực tế: Stop: Dừng quá trình mô phỏng Pause: Tạm dừng quá trình mô phỏng Step: Chạy mô phỏng từng bước Run: Chạy toàn bộ chương trình 2.3 Một số thao tác cơ bản - Nháy chuột phải để chọn đối tượng (đây là điểm khác cơ bản nhất so với các phần mềm khác). - Nháy chuột phải liên tiếp hai lần để xoá đối tượng. - Lăn con lăn trên thân chuột để phóng to hay thu nhỏ vùng làm việc. 283 - Nhấn phím P để vào thư viện của chương trình. - Bắt đầu quá trình vẽ ấn phím W. - Để chạy chương trình ấn Ctrl+F12 - Ấn F6 để phóng to vùng làm việc. - Ấn F7 để thu nhỏ vùng làm việc. - Ấn F8 để thu cả trang làm việc về khắp màn hình. - Ấn G để hiển thị lưới hoặc ẩn lưới. - Ấn phím X để đầu con trỏ chuột xuất hiện dấu x, hoặc xuất hiện hai đường chỉ dài khắp màn hình ( để dễ kết nối). - Ấn tổ hợp phím Ctrl+Z để quay lại thao tác trước đó. III THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN 3.1 Các bước vẽ mạch điện Bước 1: Lấy linh kiện * Ta truy cập vào thư viện linh kiện của chương trình bằng một trong các cách sau: + Nháy chuột vào nút công cụ Pick Devies trên thanh công cụ Click vào đây + Trên cửa sổ chọn đối tượng nháy chuột vào công cụ chữ P : + Ấn phím nóng ‘p’ trên bàn phím. Click vào đây 284 Cửa sổ thư viện linh kiện mở ra: Trong thư viện các linh kiện được sắp xếp theo thứ tự từ A, B --> Z và tên các linh kiện được thể hiện bằng thuật ngữ tiếng anh: Ví dụ Tụ điện (Capacitors) điện trở (Resistors), cuộn dây (Inductors), Diốt (Diodes), Transistor (Transistors), phím bấm (Button) ... * Cách lấy linh kiện ra như sau: Ta có thể vào trực tiếp thư mục chứa đối tượng để lấy chúng ra hoặc trong Textbox Keywords nhập từ khoá cần tìm rồi nhấn Enter. Nhập từ khoá cần tìm vào đây Vào trực tiếp thư mục chứa linh kiện 285 Ví dụ: ta cần IC 555: Để lấy IC 555 trong ô Keywords ta nhập từ khóa: “555” rồi nhấn Enter khi quá trình tìm kiếm kết thúc thì tất cả các linh kiện liện liên quan tới từ khoá “555” đều được hiển thị ra. ta chọn IC 555 bằng cách nháy đúp chuột trái vào dòng 555 ANALOG Timer/oscillator (hình vẽ). Bước 2: Sắp xếp và đặt tên linh kiện - Để thực hiện bước này nhanh chóng bạn nên làm quen với các công cụ xoay linh kiện, công cụ di chuyển (move) một hoặc một nhóm linh kiện, công cụ xóa (delete) và sao chép (copy) linh kiện. - Khi cần xoay linh kiện bạn làm như sau: Nháy chuột phải vào linh kiện cần xoay (linh kiện chuyển thành màu đỏ) sau đó nháy trái chuột vào nút công cụ xoay để xoay cho phù hợp. - Khi cần di chuyển linh kiện hoặc một nhóm linh kiện thì đầu tiên bạn cũng nháy chuột phải để chọn linh kiện hoặc một nhóm linh kiện --> tiếp tục nháy trái chuột vào nút Move Tagged Objects --> sau đó di chuột tới vị trí mới cần đặt rồi nháy trái chuột. Chọn linh kiện cần thiết, click dúp chuột trái hoặc chọn 286 Có thể dùng chuột để di chuyển như sau: Đưa con trỏ đến linh kiện cần di chuyển, click nút phải (linh kiện chuyển thành màu đỏ) click nút trái và ấn lì kéo ra chỗ cần đặt linh kiện rồi thả chuột ra - Khi cần xóa linh kiện hay một đối tượng cách đơn giản nhất là nháy hai lần chuột phải lên đối tượng cần xóa --> đối tượng sẽ được xóa. - Để đặt tên linh kiện: ví dụ thay trị số cho R trước tiên nháy chuột phải vào R (R chuyển sang màu đỏ) --> nháy chuột trái vào R --> cửa sổ Edit Component hiện ra bạn thay đổi thứ tự điện trở trong ô Component Reference và giá trị của điện trở trong ô Resistance rồi chọn OK. Các linh kiện khác cũng tương tự như vậy. Tên linh kiện Trị số linh kiện Hiện hay không hiện trị số hay tên linh kiện 287 Bước 3: Kết nối mạch điện Thực hiện kết nối các linh kiện lại với nhau theo sơ đồ nguyên lý bạn làm như sau: Di chuyển mũi tên (chuột) tới chân linh kiện chuẩn bị nối  khi đầu mũi tên xuất hiện dấu x thì chân đó được chấp nhận  nháy chuột trái  kéo rê đến chân linh kiện cần kết nối  khi mũi tên lại xuất hiện chữ x  nháy chuột trái tiếp để kết thúc quá trình vẽ mạch. Vẽ các đường khác cũng làm tương tự như vậy. R4 DC 7 Q 3 GN D 1 VCC 8 TR2 TH 6 CV5 U1 555 C11nF C21uF R1330R RV1 1k R2 330R A B C D A K D1LED R3330R Bước 4: Mô phỏng mạch điện Sau khi mạch điện được kết nối xong việc tiếp theo là cho chạy mô phỏng để xem hoạt động của mạch. Các công cụ hỗ trợ mô phỏng đó là công cụ RUN, STOP, PAUSE . - Để bắt đầu quá trình mô phỏng nháy chuột vào nút RUN (hình tam giác) hoặc sử dụng tổ hợp phím nóng Ctrl+F12. - Khi chương trình chạy hình tam giác đen chuyển thành màu xanh. Play 288 Khi nhấn nút RUN chương trình chạy đồng thời cửa sổ hiển thị của Oscilloscope (nếu có) xuất hiện. Việc bố trí các núm nút chức năng giống như một máy Oscilloscope thực tế, đây là máy hiện sóng bốn tia (bốn đầu vào CH1, CH2, CH3 và CH4). - Để tăng tính trực quan ta hiển thị chiều của dòng điện bằng cách: Vào menu System  chọn Set Animation option sau đó đánh dấu chọn vào 2 hộp: Show Wire Current with arrows? và Show Wire voltage by colour? 289 3.2 Thiết kế và mô phỏng mạch số Để thuận tiện ta xét một ví dụ cụ thể sau. 3.1.2. Ví dụ Cho mạch điện cầu thang bốn công tắc cho một bóng đèn như hình vẽ 3.1. Hãy vẽ và mô phỏng mạch điện với yêu cầu sau. - Chọn vật tư linh kiện đúng yêu cầu đề bài - Sắp xếp và đặt tên linh kiện theo đúng trình tự (các đầu vào tín hiệu đặt bên trái, các tín hiệu ra đặt bên phải ) - Kết nối các linh kiện theo đúng sơ đồ - Mô phỏng mạch điện: - Quan sát hoạt động của mạch điện mạch điện 213 B 213 C 213 D D1 R1 330R 213 A 12 3 U1:A 74HC86 45 6 U1:B 9 10 8U1:C +5V Hình vẽ 3.1: mạch điện cầu thang bốn công tắc cho một bóng đèn Giải bài tập: Bước 1: Khởi động phần mềm Bước 2: Lựa chọn linh kiện 290 - Để lấy các linh kiện như IC7486, VR, R, SW, LED ta truy cập vào thư viện linh kiện của chương trình bằng một trong các cách sau: - Để lấy IC: Trong ô Keywords nhập IC 74HC86 rồi ấn Enter, trong Subcategory chọn loại IC cần sử dụng. - Để lấy biến trở: Trong ô Keywords nhập Resistors rồi Enter --> trong Subcategory chọn Varible --> trong mục Device chọn POT-LIN ACTIVE. 291 - Biến trở (Chiết áp) Tương tự như trên ta chọn các linh kiện khác. - Để lấy SW: Trong ô Keywords nhập SW-SPDT rồi ấn Enter, trong Subcategory chọn loại SW-SPDT cần sử dụng. - Để lấy Led: Trong ô Keywords nhập led rồi ấn Enter, trong Subcategory chọn loại led cần sử dụng - §Ó lÊy nguån cÊp ta nh¸y vµo trªn thanh c«ng cô sau ®ã chän POWER vµ GROUND. Terminals mode 292 Bước 3: Sắp xếp và đặt tên linh kiện Nháy vào đây để lấy nguồn Chọn Vcc hoặc GND SW1 SW2 SW3 SW4 1 2 3 U1:A 7486 4 5 6 U1:B 7486 9 10 8 U1:C 7486 R1330R A K D1LED-BIBY 293 Bước 4: Kết nối mạch điện Bước 5: Mô phỏng mạch điện 294 - Lập bảng hoạt động của mạch - Bật tắt các công tắc A,B,C,D theo thứ tự (bảng mã nhị phân 4bit) và ghi kết quả vào bảng - So sánh kết quả với bảng cho trước 3.3 Thiết kế và mô phỏng mạch điện tương tự: Các bước thực hiện như phần mạch điện số ta được các mạch sau 1. Mạch chỉnh lưu 1/2 chu kỳ: 2. Mạch ổn áp bù nối tiếp: 295 3. Mạch dao động dùng IC 741 4. Mạch định thời * Vẽ mạch bằng đường BUS Đối với những mạch điện dùng nhiều đường dây, để cho mạch thoáng và gọn nhẹ thì ta dung cách vẽ Bus. cách vẽ như sau: 296 - Chọn các linh kiện - Sắp xếp các linh kiện sao cho hợp lý - Vào biểu tượng - Đưa con trỏ ra khu vực cần vẽ ấn và giữ nút trái chuột kéo rê đến khu vực cần dừng thì nhả chuột ra - Nối linh kiện như cách vẽ ở trên sau đó click nút phải chuột vào đường cần định dạng, khi đường hiện lên màu đỏ thì vào biểu tượng - Sau đó trở lại Click nút trái chuột vào đường cần định dạng khi đó hiện lên hộp thoại Tương tự như vậy cho các đường khác nhưng chỉ khác là chỉ việc click chuột phải vào đường cần nối bus (mạch hiện lên màu đỏ) click chuột trái khi đó hộp thoại xuất hiện như trên. 1a 1a 14 SRG8R C1/-> & 1D1 32 4 5 6 10 8 11 12 13 2 74164 D1 LED-REDD2 LED-REDD3 LED-REDD4 LED-RED Phần đặt tên Nhấn OK 297 8a 1a 1a 2a 2a 3a 3a 4a 4a 5a 5a 6a 6a 7a 7a 8a 8a SRG8R C1/-> & 1D1 32 4 5 6 10 8 11 12 9 13 2 74164 D1 LED-REDD2 LED-REDD3 LED-REDD4 LED-REDD5 LED-REDD6 LED-REDD7 LED-REDD8 LED-RED 12 U1:A 7404