Giáo trình Kỹ thuật số (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ


GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: KỸ THUẬT SỐ
NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HĨA
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm
2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng 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 Kỹ Thuật 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 mơn học cơ sở ngành. Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học môn học này
cần hồn thành mơn học an tồn 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 hồn 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 hồn thiện hơn.
Bà Rịa, Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Bùi Minh Thảo
2. ThS. Lương Quốc Kông
3. KS. Tạ Ngọc Dũng

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 1


MỤC LỤC
1.
BÀI 1: CƠ SỞ KĨ THUẬT SỐ......................................................................12
1.1 Công nghệ kĩ thuật số ......................................................................................... 13
1.1.1 Nguồn cấp (Power Supply).................................................................................14
1.1.2 Mức logic (Logic Level) .....................................................................................14
1.1.3 Các cổng (Gates).................................................................................................15
1.1.4 Các ký hiệu (Symbols) .......................................................................................16
1.2 Các cổng logic cơ bản......................................................................................... 16
1.2.1 Cổng AND ..........................................................................................................16
1.2.2 Cổng OR .............................................................................................................17
1.2.3 Cổng XOR ..........................................................................................................19
1.2.4 Cổng NOT ..........................................................................................................19

1.3 Các cổng biến đổi ............................................................................................... 20
1.3.1 Cổng NAND .......................................................................................................20
1.3.2 Cổng NOR ..........................................................................................................21
1.3.3 Cổng XNOR .......................................................................................................21
1.4 Logic tổ hợp (Mạch tổ hợp) ................................................................................ 22
1.4.1 Phân tích một mạch logic tổ hợp ........................................................................22
1.4.2 Ví dụ về mạch logic tổ hợp.................................................................................24
1.4.3 Các vấn đề liên quan đến mạch logic tổ hợp ......................................................26
1.4.4 Cổng đệm (Buffer Gate) .....................................................................................27
2.
BÀI 2: MẠCH NHỚ ......................................................................................30
2.1 Các phần tử nhớ cơ bản ...................................................................................... 32
2.1.1 RSFF (RS Flip-Flop) ..........................................................................................32
2.2.2 RSFF cổng NAND..............................................................................................34
2.2 Logic đồng bộ ..................................................................................................... 34
2.2.1 Các tín hiệu xung đồng bộ (Clock Signals) ........................................................35
2.2.2 Giản đồ thời gian (Timing Diagrams) ................................................................36
2.2.3 RSFF đồng bộ .....................................................................................................36
2.2.4 DFF (Data Flip-flop) ..........................................................................................37
2.2.5 JKFF (FF vạn năng) ............................................................................................39
2.3 Các thiết bị nhớ cỡ lớn........................................................................................ 40
2.3.1 Các thanh ghi cơ bản (Basic Registers) ..............................................................40
2.3.2 Các thanh ghi chuyên dụng (Specialized Registers) ..........................................41
Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 2


3.
BÀI 3: MẠCH ĐẾM ......................................................................................43

3.1 Các hệ thống số đếm ........................................................................................... 44
3.1.1 Hệ nhị phân (Binary number) .............................................................................44
3.1.2 Hệ thập lục phân (Hexadecimal number) ...........................................................45
3.1.3 Mã BCD (Binary Coded Decimal) .....................................................................46
3.2
3.3
3.4

Bộ đếm nhị phân ................................................................................................. 46
Bộ đếm BCD....................................................................................................... 48
Bộ đếm kiểu đếm lên/đếm xuống (Up/down counters) ...................................... 49

4.
BÀI 4: CÁC MẠCH SỐ HỌC VÀ GIẢI MÃ ..............................................52
4.1 Mạch số học ........................................................................................................ 53
4.1.1 Nguyên tắc cộng .................................................................................................53
4.1.2 Mạch cộng số học ...............................................................................................53
4.1.3 Sơ đồ mạch logic bộ cộng nhị phân....................................................................54
4.2 Mạch giải mã ...................................................................................................... 55
4.2.1 Bộ giải mã cơ bản (Basic Decoder) ....................................................................56
4.2.2 Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn hiển thị (IC 7447) ..................................58
PHỤ LỤC .....................................................................................................................64
PHỤ LỤC A: CÁC VI MẠCH CỔNG VÀ FF THÔNG DỤNG ................................. 64
PHỤ LỤC B: CÁC VI MẠCH TỔ HỢP THÔNG DỤNG ........................................... 66
PHỤ LỤC C: CÁC VI MẠCH TUẦN TỰ THÔNG DỤNG ...................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................70

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Ví dụ về mức logic ngõ vào và mức logic ngõ ra ...................................15
Hình 1-2: Các kiểu ký hiệu logic .............................................................................16
Hình 1-3: Kí hiệu cổng AND ...................................................................................17
Hình 1-4: Mạch điện cổng AND ..............................................................................17
Hình 1-5: Kí hiệu cổng OR ......................................................................................18
Hình 1-6: Mạch điện cổng NOR ..............................................................................18
Hình 1-7: Kí hiệu cổng XOR ...................................................................................19
Hình 1-8: Kí hiệu cổng NOT ...................................................................................19
Hình 1-9: Cổng NOT sử dụng cùng với các cổng logic khác ..................................20
Hình 1-10: Kí hiệu cổng NAND ..............................................................................20
Hình 1-11: Kí hiệu cổng logic NOR ........................................................................21
Hình 1-12: Kí hiệu cổng logic XNOR .....................................................................22
Hình 1-13: Ví dụ về một mạch logic tổ hợp ............................................................23
Hình 1-14: Sơ đồ mạch điểu khiển và mạch logic của lị đốt ..................................26
Hình 1-15: Ví dụ về các cổng logic có 3 ngõ vào....................................................27
Hình 1-16: Kí hiệu cổng đệm (BUFFER) ................................................................28
Hình 2-1: Kí hiệu RSFF ...........................................................................................32
Hình 2-2: RSFF được làm từ các cổng NOR và đáp ứng của RSFF với các tổ hợp
ngõ vào khác nhau .........................................................................................................33
Hình 2-3: Sơ đồ mạch RSFF cổng NAND ..............................................................34
Hình 2-4: Xung nhịp đồng bộ ..................................................................................35
Hình 2-5: Xung kích sườn (A) và xung kích mức (B) .............................................36
Hình 2-6: NOR RSFF đồng bộ ................................................................................37
Hình 2-7: Giản đồ thời gian của NOR RSFF đồng bộ .............................................37
Hình 2-8: DFF kích theo mức logic (A) và kích theo sườn (B)...............................38
Hình 2-9: Giản đồ thời gian của DFF kích theo mức logic 1 ..................................38
Hình 2-10: Giản đồ thời gian DFF kích sườn dương ...............................................39

Hình 2-11: Kí hiệu logic của JKFF ..........................................................................39
Hình 2-12: Giản đồ thời gian của JKFF ở trạng thái lật (J=K=1)............................40
Hình 2-13: Thanh ghi 4 Bit được tạo thành từ 4 DFF mắc song song.....................41
Hình 3-1 Sơ đồ bộ đếm nhị phân 4 Bit và giản đồ thời gian của các ngõ ra ...........47
Hình 3-2 Sơ đồ bộ đếm BCD ...................................................................................49
Hình 3-3 Giản đồ thời gian của bộ đếm BCD..........................................................49
Hình 3-4 Sơ đồ một bộ đếm lên/xuống ....................................................................50
Hình 4-1: So sánh phép cộng thập phân và phép cộng nhị phân .............................53
Hình 4-2: Kí hiệu bộ cộng nhị phân.........................................................................54
Hình 4-3: Sơ đồ bộ cộng 8-bit được ghép nối từ 8 mạch cộng nhị phân 1 bit. .......54
Hình 4-4: Sơ đồ logic mạch cộng nhị phân 1 bit .....................................................55
Hình 4-5: Kí hiệu logic của bộ giải mã cơ bản ........................................................57
Hình 4-6: Sơ đồ logic bộ giải mã cơ bản (3 đường thành 8 đường) ........................58
Hình 4-7: Cấu trúc và chân ra của 1 dạng led 7 đoạn ..............................................59
Hình 4-8: Led 7 đoạn loại anode chung và cathode chung ......................................59
Hình 4-9: Sơ đồ chân và kí hiệu IC 74LS47 ............................................................60
Hình 4-10: Sơ đồ nối IC 74LS47 điều khiển LED 7 đoạn anode chung .................61

Trang 4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: Bảng sự thật của một cổng logic 3 ngõ vào ............................................15
Bảng 1-2: Bảng sự thật cổng AND ..........................................................................17
Bảng 1-3: Bảng sự thật cổng OR .............................................................................18
Bảng 1-4: Bảng sự thật cổng XOR 2 ngõ vào .........................................................19
Bảng 1-5: Bảng sự thật cổng NOT...........................................................................20
Bảng 1-6: Bảng sự thật cổng NAND 2 ngõ vào ......................................................21
Bảng 1-7: Bảng sự thật cổng logic NOR .................................................................21
Bảng 1-8: Bảng sự thật cổng logic XNOR ..............................................................22

Bảng 1-9: Bảng sự thật của mạch có 04 ngõ vào. ....................................................24
Bảng 1-10: Bảng sự thật trung gian (thành phần) ....................................................24
Bảng 1-11: Bảng sự thật toàn mạch .........................................................................24
Bảng 2-1: Bảng sự thật của NOR RSFF ..................................................................33
Bảng 2-2: Bảng sự thật của NAND RSFF ...............................................................34
Bảng 3-1: Biểu diễn 16 số thập phân 0÷15 dưới dạng BIN, BIN 4 bit và HEX .....45
Bảng 3-2: Cấu tạo mã BCD .....................................................................................46
Bảng 4-1 Bảng sự thật bộ cộng nhị phân 1 bit .........................................................55
Bảng 4-3: Bảng sự thật của bộ giải mã đơn giản .....................................................57
Bảng 4-4: Bảng sự thật của bộ giải mã BCD thành 7 đoạn .....................................60

Trang 5


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
1. Tên mơ đun: Kỹ Thuật Số
2. Mã mơ đun: TĐH19MĐ04
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học/mơ đun:
3.1. Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun chuyên ngành của chương trình đào tạo. Mơ
đun này được dạy trước mơn học thiết bị đo lường và sau khi hoàn thành các mơn học
cơ sở ngành nghề.
3.2. Tính chất: Mơ 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.
3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun:
4. Mục tiêu của mô đun
4.1. 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.
4.2. 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.
B3. Xác định được chân của các IC cổng cơ bản, flip-flop, bộ giải mã
4.3. 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 mơ đun:
5.1. Chương trình khung

Trang 6


Thời gian học tập (giờ)
Trong đó
Thực
Kiểm
hành/
tra
Tổng
thực tập/
Lý
số
thí
thuyết

nghiệm/
T
LT
bài tập/
H
thảo luận

Tên mơn học, mơ
đun

Số
tín
chỉ

Các mơn học
chung/đại cương

21

435

157

255

15

MHCB19MH02 Giáo dục chính trị

4

75

41

29

5

MHCB19MH04 Pháp luật

2

30

18

10

2

MHCB19MH06 Giáo dục thể chất

2

60

5

51

4

75

36

35

3

75

15

58

6

120

42

72

6

76

1755

613

1069

43

30

16

300

152

132

12

4

2

30

26

2

2

2
3
3
3
3

45
60
60
45
60

14
28
28
28
28

29
29
29
14
29

1
2
2
3
2

1
1
1

60

1455

461

937

31

26

3
5

60
90

28
56

29
29

2

4

1
1

3

45

42

0

3

5

120

28

87

2

3

4

90

28

58

2

2

5

120

28

87

2

3

3

60

28

29

2

1

Mã MH/MĐ/HP

I

MHCB19MH08

Giáo dục quốc phòng
và An ninh

MHCB19MH10 Tin học
TA19MH02

Tiếng Anh

Các môn học, mô
đun chuyên môn
ngành, nghề
Môn học, mơ đun cơ
II.1
sở
An tồn vệ sinh lao
ATMT19MH01
động
TĐH19MH01 An tồn Tự động hóa
KTĐ19MĐ05 Điện kỹ thuật 1
TĐH19MĐ02 Điện tử cơ bản
KTĐ19MĐ13 Khí cụ điện

KTĐ19MĐ08 Đo lường điện
Mơn học, mơ đun
II.2
chun môn ngành,
nghề
TĐH19MĐ04 Kỹ thuật số
TĐH19MH05 Thiết bị đo lường
Bản vẽ thiết bị đo
TĐH19MH06
lường
Hiệu chuẩn thiết bị
TĐH19MĐ07
đo lường
Lắp đặt hệ thống
TĐH19MĐ08
TĐH 1
Lắp đặt hệ thống
TĐH19MĐ09
TĐH 2
Cơ sở điều khiển quá
TĐH19MĐ10
trình
II

8

4
2

2

2

1

Trang 7


Mã MH/MĐ/HP

TĐH19MĐ12
TĐH19MĐ13
TĐH19MĐ15
TĐH19MĐ17
TĐH19MĐ18
TĐH19MĐ19
TĐH19MH20
TĐH19MH21
TĐH19MH22

Tên môn học, mô
đun

Đấu nối dây
Hệ thống điều khiển
thủy lực - khí nén
PLC
Hệ thống điều khiển
phân tán (DCS)
Điều khiển q trình
nâng cao

Kiểm tra, chạy thử và
xử lý lỗi vịng điều
khiển
Thiết bị phân tích và
theo dõi
Khóa luận tốt nghiệp
Thực tập sản xuất
Tổng số

Số
tín
chỉ

2

Thời gian học tập (giờ)
Trong đó
Thực
Kiểm
hành/
tra
Tổng
thực tập/
Lý
số
thí
thuyết
nghiệm/
T
LT

bài tập/
H
thảo luận
45

14

29

1

1

4

90

28

58

2

2

5

120

28

87

2

3

3

60

28

29

2

1

4

90

28

58

2

2

2

45

14

29

1

1

4

60

42

14

4

3
5
97

135
225
2190

27
14
770

105
209
1324

58

3
2
38

5.2. Chương trình Mơ đun
Thời gian (giờ)
Số TT

1
2
3
4

Nội dung tổng quát

Bài 1: Cơ sở kỹ thuật số
Bài 2: Mạch nhớ
Bài 3: Mạch đếm
Bài 4: Mạch số học và mạch giải

mã
Cộng

Tổng
số

Thực hành,
Lý
thí nghiệm,
thuyết thảo luận,
bài tập

Kiểm tra
LT

TH

20
14
14

10
7
6

10
6
8

12

5

5

1

1

60

28

29

2

1

1

6. Điều kiện thực hiện mơ đun
6.1. Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: có đầy đủ thiết bị, vật tư thực hành
6.2. Phòng học lý thuyết: đáp ứng phòng học chuẩn
6.3. Phòng thực hành: phòng thực tập điện – điện tử

Trang 8


6.4. Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn, bút viết bảng/phấn

trắng và màu, giẻ lau các loại IC, testboard, dây dẫn, LED, điện trở, kìm tuốt dây, VOM
và các thiết bị/ công cụ/dụng cụ khác.
6.7. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo trình, giáo án, qui trình thực hành (nếu
có). Phiếu đánh giá thực hành
7. Nội dung và phương pháp đánh giá
7.1. Nội dung:
−

Kiến thức: Bài 1, bài 2, bài 3 và bài 4.

−

Kỹ năng: bài 2, bài 3 và bài 4.

−

Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+

Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;

+

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

7.2. Phương pháp đánh giá:
7.2.1. Kiểm tra thường xuyên:
Số lượng bài: 01.

−

Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy mô đun thực hiện tại thời điểm bất
kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra
viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực
hành, thực tập, chấm điểm bài tập.

7.2.2. Kiểm tra định kỳ:
Số lượng bài: 03, trong đó 02 bài lý thuyết và 01 bài thực hành.
−

Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy mô đun thực hiện theo theo số giờ
kiểm tra được quy định trong chương trình mơn học ở mục III có thể bằng hình
thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài
thực hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề
kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui
định, trong đó:

Stt

Bài
tra

kiểm Hình thức
kiểm tra

Nội dung kiến Chuẩn đầu ra đánh giá
thức

Thời gian

Trang 9


1. Bài kiểm
tra số 1
2. Bài kiểm
tra số 2
3. Bài kiểm
tra số 3

Lý thuyết

bài 1 và bài 2

Lý thuyết

bài 3 và bài 4

Thực hành

bài 1, bài 2,

A1, A2, A3, A4, A5

45 ÷ 60phút

A4, A5, B1, B2

45 ÷ 60phút

A1, A2, A3, A4, A5, B1,

45 ÷ 60phút

bài 3, và bài 4 B2, B3, C1, C1

Thi kết thúc môn học: lý thuyết và thực hành.
−

Hình thức thi: trắc nghiệm và thực hành.

−

Thời gian thi: trắc nghiệm 45÷60 phút, thực hành 60÷120 phút.

−

Đáp ứng chuẩn đầu ra: A1, A2, A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2.

8. Hướng dẫn thực hiện mô đun
8.1. Phạm vi áp dụng chương trình: Chương trình mơ đun này được áp dụng cho nghề
sửa chữa thiết bị tự động hố, trình độ trung cấp và cao đẳng.
8.2. phương pháp giảng dạy mô đun đào tạo:
8.2.1. Đối với giảng viên/giáo viên:
−

Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết hoặc tích hợp hoặc thực hành phù hợp với
từng chương/bài học với thời lượng theo giờ dạy hoặc theo buổi dạy.

−

Tổ chức giảng dạy: tập trung đối với giờ lý thuyết và chia ca đối với giờ thực
hành theo qui định.

8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
−

Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được
cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện,
tài liệu...)

−

Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số
tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau.

−

Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp
chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách
nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát
triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
Trang 10


−

Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.

−

Tham dự thi kết thúc môn học.

−

Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.

9. Tài liệu tham khảo:
−

Tài liệu tiếng Việt:
[1] Giáo trình Kỹ thuật số, Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, NXB Đại Học Quốc
Gia, 2016.

−

Tài liệu nước ngoài:
[3] Instrumentation Level 4, third edition, NCCER, 2016.
[4] Digital Systems Principles & Aplication, 12th edition, Ronald Tocci, Neal
S. Widmer, Gregory L. Moss, PEARSON, 2017.

Trang 11


1. BÀI 1: CƠ SỞ KĨ THUẬT SỐ
GIỚI THIỆU BÀI 1
- Giới thiệu về công nghệ kỹ thuật số

- Các cổng Logic cơ bản
- Các cổng NAND; NOR; XNOR
- Mạch tổ hợp

MỤC TIÊU CỦA BÀI 1 LÀ:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được khái niệm về cơng nghệ kỹ thuật số và các các thuật ngữ liên quan;
+ 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;
- Về kỹ năng:
+ Lắp ráp được các mạch logic tổ hợp theo sơ đồ cho sẵn;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
+ 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.
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp,
dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài1
(cá nhân hoặc nhóm).
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hồn thành
đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp
lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
- Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học thực hành điện – điện tử
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơ đun học, giáo trình, tài liệu
tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các loại trang thiết bị bảo
hộ cá nhân: giày cách điện.
- Các điều kiện khác: khơng có
Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 12


KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
Nội dung:
- Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+

Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Phương pháp:
-

Điểm kiểm tra thường xuyên: khơng có.

-

Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: khơng có.

1.1

Cơng nghệ kĩ thuật số
Công nghệ số biểu diễn tất cả thông tin dưới dạng số. Việc này đã làm cho mạch

số (digital circuits) trở nên rất linh hoạt và có thể xử lý bất kỳ dạng thông tin nào. Ngược
lại, các mạch tương tự (analog circuits) thì lại đặc biệt hóa vì mỗi loại thơng tin phải xử
lý theo các phương pháp khác nhau. Đó là lý do tại sao công nghệ số đã thay đổi cả thế
giới một cách ngoạn mục trong vài thập kỉ qua. Mạch số thực hiện 3 nhiệm vụ cơ bản
về số: điều khiển logic, các phép toán và lưu trữ. Suy cho cùng, mỗi loại thiết bị số ngay cả máy tính – loại thiết bị số quyền lực nhất của thế giới – cũng chỉ thực hiện 3
nhiệm vụ này.
Các linh kiện kĩ thuật số có thể làm việc cùng với nhau thì được nhóm chung
thành một nhóm hay một tập hơp hay một họ ligic (Logic Family). Qua nhiều năm phát
triển, có rất nhiều họ logic xuất hiện. Khi được thiết kế, mỗi linh kiện số có thể được
ghép từ nhiều họ logic khác nhau để giải quyết được các vấn đề riêng biệt. Nhưng không
phải tất cả các họ logic đều có thể giao tiếp được với nhau. Vì thế các kĩ sư thiết kế phải
nắm được đặc trưng cơ bản về điện của từng họ logic để giải quyết vấn đề. Tương tự
như vậy, người kĩ thuật viên đo lường tự động hóa cũng phải biết được các đặc trưng
của từng họ logic.

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 13


1.1.1 Nguồn cấp (Power Supply)
Thông tin đầu tiên và quan trọng nhất về một linh kiện/thiết bị số chính là nguồn
cấp. Tất cả thiết bị số sử dụng điện áp thấp. Tuy nhiên, hầu hết cơng nghệ khơng tương
thích trừ khi chúng sử dụng cùng điện áp. Các linh kiện số chuyên biệt được thiết kế để
phù hợp với một dải điện áp rộng. Những linh kiện này được sử dụng để chuyển đổi
giữa các họ logic khác nhau. Các loại điện áp nguồn phổ biến nhất là +5 VDC và +3.3
VDC, mặc dù có những điện áp thấp hơn vẫn được sử dụng ở một số ứng dụng. Trên sơ
đồ mạch điện, đường nối với nguồn cấp dương thường được kí hiệu là VCC hoặc VDD.
Đường nối với nguồn cấp âm thường được kí hiệu là VSS hay GND (nối đất). Ngồi ra
cũng có các kí hiệu khác.

Trong cơng nghiệp, thuật ngữ “logic 5V” thường ám chỉ họ logic sử dụng nguồn
cấp 5 VDC. Phải chú ý rằng không phải tất cả cơng nghệ logic 5V đều tương thích với
nhau – có thể chúng khơng giao tiếp với nhau được. Để xác định được điều này, bạn cần
phải biết thơng tin khác về một họ logic, đấy chính là mức logic.
1.1.2 Mức logic (Logic Level)
Công nghệ số tạo ra các con số mà chỉ sử dụng 2 giá trị là 0 và 1. Chúng đại diện
cho 2 mức điện áp rời rạc hay mức logic, khoảng cách giữa 2 mức này đủ xa để không
bị trộn lẫn vào nhau. Một mức logic có thể có nhiều tên. Mức 0 có thể được hiểu là mức
thấp (mức LOW), sai (false) hoặc OFF (ngắt). Mức 1 có thể được hiểu là mức cao
(HIGH), đúng (True) hoặc ON (đóng). Nhưng nhìn chung thì được gọi là mức 0 và mức
1.
Để các thiết bị/linh kiện số giao tiếp được với nhau thì chúng phải có cùng mức
logic. Mỗi linh kiện đều có ngõ vào và ngõ ra vì thế sẽ có mức logic cho ngõ vào và
mức logic cho ngõ ra. Ví dụ: họ logic 5V qui định dải điện áp ngõ ra 0÷0.5V tương ứng
mức logic 0, cịn dải điện áp ngõ ra 4.5÷5.0 V tương ứng mức logic 1. Ngược lại, dải
điện áp ngõ vào lại rộng hơn, 0÷1.5V tương ứng mức 0, cịn 3.5÷5.0V tương ứng với
mức 1. Bằng cách nới rộng dải điện áp ngõ vào hơn dải điện áp ngõ ra, mạch trở nên
đảm bảo hơn (độ tin cậy cao hơn) khi tình trạng của mạch khơng cịn là mạch lý tưởng.
Hình 1-1 là một ví dụ về mối quan hệ giữa mức logic ngõ vào và mức logic ngõ ra của
một họ logic.

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 14


Hình 1-1: Ví dụ về mức logic ngõ vào và mức logic ngõ ra
1.1.3 Các cổng (Gates)
Các mạch số dù có phức tạp đến mấy cũng được thể hiện dưới dạng liên kết các
cổng logic. Mỗi cổng có thể có một hay nhiều ngõ vào nhưng tối thiểu phải có một ngõ

ra. Kết quả ngõ ra là phép toán logic của tất cả ngõ vào.
Để biết được đặc tính của một cổng logic thì phải tham khảo bảng sự thật/bảng chân trị
(Truth Table). Bảng này thể hiện tất cả các tổ hợp ngõ vào và xuất tín hiệu ngõ ra tương
ứng với từng tổ hợp ngõ vào tác động. Nếu có 2 ngõ vào thì có 4 tổ hợp ngõ vào, nếu có
3 ngõ vào thì có 8 tổ hợp ngõ vào. Nói cách khác nếu có n ngõ vào thì có 2n tổ hợp ngõ
vào. Như thế bảng sự thật sẽ có 2n dịng tương ứng. Bảng 1-1 là một ví dụ về bảng sự
thật của một cổng logic 3 ngõ vào.

Bảng 1-1: Bảng sự thật của một cổng logic 3 ngõ vào
Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 15


1.1.4 Các ký hiệu (Symbols)
Các linh kiện điện tử, chẳng hạn như các cổng logic sẽ được hiện diện trong mạch
bằng các ký hiệu. Các hệ thống lập trình, ví dụ như PLC sẽ sử dụng các ký hiệu logic
này để viết chương trình điều khiển. Hiện tại có 2 loại ký hiệu được sử dụng trong công
nghiệp. Một kiểu là ký hiệu truyền thống (Traditional) sử dụng từ năm 1950, kiểu này
sử dụng các hình khác nhau để thể hiện các loại cổng logic khác nhau. Kiểu còn lại là
kiểu hình chữ nhật, sử dụng từ năm 1980 với mục đích là thể hiện các cổng chỉ với một
hình dạng (hình chữ nhật) và tên của các cổng được hiển thị bên trong hình chữ nhật
này. Bạn có thể sử dụng 1 trong 2 kiểu ký hiệu cổng logic ở nơi làm việc mặc dù rất
nhiều kĩ sư và kĩ thuật viên quen sử dụng kí hiệu truyền thống. Hình 1-2 là một ví dụ về
kí hiệu của một cổng logic, hình 1-2 (A) là kí hiệu truyền thống và hình 1-2 (B) là kí
hiệu hình chữ nhật.

Hình 1-2: Các kiểu ký hiệu logic
1.2 Các cổng logic cơ bản
Các mạch logic được làm từ 7 loại cổng logic. Trong số 7 cổng này, chỉ có 04

cổng là độc nhất còn 03 cổng còn lại đều là biến thể từ 04 cổng này. Ở phần này chúng
ta sẽ tìm hiểu kí hiệu, mạch điện và bảng sự thật của từng cổng logic.
1.2.1 Cổng AND
a.
Kí hiệu:

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 16


Hình 1-3: Kí hiệu cổng AND
b. Mạch điện:

Hình 1-4: Mạch điện cổng AND
c.

Bảng sự thật:
NGÕ VÀO (INPUTS)
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = 𝑨𝑨 ∙ 𝑩𝑩
0
0
0
1

Bảng 1-2: Bảng sự thật cổng AND
Ngõ ra (X) là phép nhân logic (AND) của tất cả ngõ vào. Đặc tính của cổng AND là ngõ
ra chỉ bằng 1 khi và chỉ khi tất cả ngõ vào nhận giá trị 1. Nếu một trong các ngõ vào
nhận giá trị 0 thì ngõ ra bằng 0.
1.2.2 Cổng OR
a.
Kí hiệu:

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 17


Hình 1-5: Kí hiệu cổng OR
b.

Mạch điện:

Hình 1-6: Mạch điện cổng NOR
c.

Bảng sự thật
NGÕ VÀO (INPUTS)

A
B
0
0
0
1
1
0
1
1

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = 𝑨𝑨 + 𝑩𝑩
0
1
1
1

Bảng 1-3: Bảng sự thật cổng OR
Ngõ ra (X) là phép cộng logic của tất cả ngõ vào. Đặc điểm của cổng OR là ngõ ra chỉ
bằng 0 khi tất cả ngõ vào bằng 0. Nếu một trong các ngõ vào nhận giá trị 1 thì ngõ ra
bằng 1.

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 18


1.2.3 Cổng XOR
Cổng XOR là cổng OR đặc biệt. Ngõ ra bằng 1 khi tổ hợp ngõ vào không đồng

thời bằng 1 hoặc không đồng thời bằng 0. Cổng XOR cịn được gọi là cổng “KHÁC
DẤU”.
a.

Kí hiệu

Hình 1-7: Kí hiệu cổng XOR
b.

Bảng sự thật
NGÕ VÀO (INPUTS)
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = 𝑨𝑨 ⊕ 𝑩𝑩
0
1
1
0

Bảng 1-4: Bảng sự thật cổng XOR 2 ngõ vào

1.2.4 Cổng NOT
Khác với các cổng AND, OR và XOR, cổng NOT chỉ có 01 ngõ vào và ngõ ra là
phủ định (Đảo) của ngõ vào. Nếu ngõ vào là 1 thì ngõ ra là 0 và ngược lại.
a.

Kí hiệu:

Hình 1-8: Kí hiệu cổng NOT
b.

Bảng sự thật:
Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 19


NGÕ VÀO (INPUT)
A
0
1

NGÕ RA (OUTPUT)
�
𝑿𝑿 = 𝑨𝑨
1
0

Bảng 1-5: Bảng sự thật cổng NOT
Cổng NOT có thể xuất hiện với các kí hiệu của cổng khác. Dấu hiệu là một vịng
trịn nhỏ ở ngõ vào hoặc ngõ ra như hình 1-9.

Hình 1-9: Cổng NOT sử dụng cùng với các cổng logic khác
1.3 Các cổng biến đổi
1.3.1 Cổng NAND
Cổng NAND là sự kết hợp giữa 2 cổng AND và NOT. Ngõ ra là đảo của phép
�����
nhân logic của tất cả ngõ vào (𝑉𝑉í 𝑑𝑑ụ: 𝑋𝑋 = 𝐴𝐴.
𝐵𝐵 ). Vì thế ngõ ra của cổng NAND trái

ngược với ngõ ra của cổng AND khi các tổ hợp ngõ vào là như nhau.
a.

Kí hiệu:

Hình 1-10: Kí hiệu cổng NAND
b.

Bảng sự thật:
NGÕ VÀO (INPUTS)
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1
Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = �����
𝑨𝑨. 𝑩𝑩
1
1
1
0
Trang 20


Bảng 1-6: Bảng sự thật cổng NAND 2 ngõ vào
1.3.2 Cổng NOR
Cổng NOR là sự kết hợp giữa 2 cổng OR và NOT. Ngõ ra là đảo của phép cộng
��������
logic của tất cả ngõ vào (𝑉𝑉í 𝑑𝑑ụ: 𝑋𝑋 = 𝐴𝐴
+ 𝐵𝐵 ). Vì thế đặc điểm ngõ ra của cổng NOR luôn
luôn trái ngược với ngõ ra của cổng OR khi có cùng tổ hợp ngõ vào.

a.

Kí hiệu:

Hình 1-11: Kí hiệu cổng logic NOR
b.

Bảng sự thật:
NGÕ VÀO (INPUTS)
A
B

0
0
0
1
1
0
1
1

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = ��������
𝑨𝑨 + 𝑩𝑩
1
0
0
0

Bảng 1-7: Bảng sự thật cổng logic NOR
1.3.3 Cổng XNOR
Cổng XNOR là sự kết hợp giữa 2 cổng XOR và NOT. Vì thế ngõ ra của cổng này
hoàn toàn trái ngược với ngõ ra của cổng XOR khi có cùng tổ hợp ngõ vào. Cổng XNOR
cịn được gọi là cổng “CÙNG DẤU”.
a.

Kí hiệu:

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 21

Hình 1-12: Kí hiệu cổng logic XNOR
b.

Bảng sự thật:
NGÕ VÀO (INPUTS)
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1

NGÕ RA (OUTPUT)
𝑿𝑿 = ���������
𝑨𝑨 ⊕ 𝑩𝑩
1
0
0
1

Bảng 1-8: Bảng sự thật cổng logic XNOR
1.4 Logic tổ hợp (Mạch tổ hợp)
Trong nhiều trường hợp, các cổng logic đơn lẻ không giải quyết được nhiều bài
tốn số. Tuy nhiên, chúng có thể thực hiện giải quyết được các vấn đề phức tạp khi kết
hợp với nhau. Thực sự máy tính chỉ là một sự kết hợp rất phức tạp của rất nhiều cổng

logic. Các mạch được tạo thành từ nhiều cổng logic như vậy được gọi là logic tổ hợp
hay mạch tổ hợp.
1.4.1 Phân tích một mạch logic tổ hợp
Hình 1-13 là một ví dụ về mạch logic tổ hợp được tạo thành từ 03 cổng logic
khác nhau. Bạn có thể gặp phải những mạch như thế này ở trong các sơ đồ mạch của
thiết bị. Ví dụ, máy móc/thiết bị có thể sử dụng các mạch logic tổ hợp trong hệ thống
khóa liên động. Các cảm biến cung cấp tín hiệu ngõ vào, ngõ ra kết nối với rơ le có thể
bật máy hoặc ngừng máy. Chỉ khi các cảm biến xuất tín hiệu ra là tổ hợp logic đúng thì
mới cho phép bật máy.

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

Trang 22


Hình 1-13: Ví dụ về một mạch logic tổ hợp
Khi bạn gặp phải các mạch như này, việc đầu tiên cần phải làm là phân tích mạch để
hiểu đặc tính của mạch. Cách tốt nhất để hiểu được đặc tính của một mạch là xây dựng
bảng sự thật của mạch này. Bảng sự thật có thể rất lớn nếu có nhiều ngõ vào. Ví dụ mạch
tổ hợp ở hình 1-13 có 04 ngõ vào: A, B, C và D nên sẽ tạo thành 24 = 16 tổ hợp ngõ

vào và bảng sự thật sẽ có 16 dịng (bảng 1-9). Cứ tương ứng với một tổ hợp ngõ vào sẽ
xác định một trạng thái ngõ ra (G3).

Khi xây dựng một bảng sự thật lớn thì nên phân tích với các bảng sự thật nhỏ trong mạch
thành phần. Ví dụ đối với mạch hình 1-13 nên xây dựng bảng sự thật cho các cổng G1
và G2 trước. Sau đó sử dụng kết quả của G1 và G2 để xây dựng đặc tính của G3. Bảng 110 đưa thông tin về 2 bảng sự thật của cổng G1 và G2 và bảng 1-11 cung cấp thơng tin
đặc tính của cổng G3 – chính là bảng sự thật của toàn bộ mạch.

Stt

A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1

Bài 1: Cơ sở kĩ thuật số

NGÕ VÀO
B
C
0
0
0
0
0
1

0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1

D
0
1

0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

NGÕ RA (X)

Trang 23