Giáo án Công nghệ 12 Điện - điện tử Kết nối bài 21: Tín hiệu số và các cổng logic cơ bản

K₁

K₂

Đ₁

đóng

đóng

sáng

đóng

mở

sáng

mở

mở

sáng

mở

đóng

tối

K₁

K₂

Đ₂

đóng

đóng

sáng

đóng

mở

tối

mở

mở

tối

mở

đóng

tối

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho HS quan sát hình ảnh tín hiệu số, HS tiến hành nhận xét về tính liên tục, biên độ của tín hiệu số. 

+ GV giới thiệu cho HS khái niệm tín hiệu số.

- GV phân tích cho HS biết về đặc điểm của tín hiệu số.

- GV giao nhiệm vụ:

Quan sát Hình 21.3 SGK và cho biết bịt được biểu diễn bằng các mức điện áp như thế nào? Vẽ dạng tín hiệu.

-  HS quan sát Hình 21.4 SGK và tìm hiểu khái niệm tốc độ bit và khoảng bit.

GV lấy một số ví dụ về tốc độ bít được sử dụng trên thực tế như tốc độ download, upload dữ liệu, tốc độ truyền dẫn của cáp đồng, cáp quang....

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận: DKSP

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV chuyển sang nội dung  tiếp theo.

I. TÍN HIỆU SỐ VÀ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG

1. Khái niệm tín hiệu số

Tín hiệu số là một chuỗi các tín hiệu rời rạc, có biên độ không đổi trong một khoảng thời gian nhất định (Hình 21.2 SGK).

- Đặc điểm của tín hiệu số: ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, dễ dàng khôi phục bằng cách sử dụng bộ lặp hoặc các bộ khuếch đại. Tín hiệu số được sử dụng phổ biến trong máy tính và các thiết bị kĩ thuật số, cho phép nhiều người dùng đồng thời, có thể nén, xử lí, mã hoá và bảo mật tốt hơn tín hiệu tương tự.

2. Các tham số đặc trưng của tín hiệu số

a) Bit và mức điện áp

Trong tín hiệu số, bit (0 hoặc 1) thường được biểu diễn bằng một mức điện áp (ví dụ mức thấp 0 V cho bit 0 và mức cao 5 V cho bit 1).

b)  Tốc độ bit và khoảng bit

- Tốc độ bit là số bit trên 1 giây, kí hiệu là R, đơn vị là bit/giây (bit/s).

- Khoảng bit: là thời gian kéo dài của một bit, kí hiệu là T_b được tính theo công thức: , đơn vị là giây.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, trả lời Khám phá (trang 113 SGK)

Trong Hình 21.1, nếu quy ước trạng thái của các khoá K khi đóng là 1 và khi ngắt là 0; trạng thái của bóng đèn khi sáng là 1 và khi tắt là 0. Hãy hoàn thiện trạng thái của bóng đèn D₁ và D₂ tuỳ theo trạng thái của các khoá K trong hai bảng sau:

Bảng 21.1. K₁ và K₂ mắc song song

Bảng 21.2. K₁ và K₂ mắc nội tiếp

-  GV giới thiệu về cổng logic.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV chuyển sang nội dung tiếp theo.

II. KHÁI NIỆM CỔNG LOGIC

Cổng logic là một mạch điện thực hiện chức năng của một hàm logic (hàm Boole). Mỗi cổng logic thực hiện một phép toán đại số logic trên một hoặc nhiều lối vào để tạo ra một kết quả logic duy nhất ở đầu ra.

Bảng 21.1. K₁ và K₂ mắc song song

Bảng 21.2. K₁ và K₂ mắc nội tiếp

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- HS quan sát Hình 21.6 và 21.7 SGK, tìm hiểu kí hiệu của cổng logic OR, sơ đồ chân và cách thức tích hợp bốn cổng OR trên một đế IC (kí hiệu là IC 74LS32).

-  Giới thiệu cho HS sơ đồ chân và cách tích hợp 4 cổng OR trên một đế IC 74LS32. Với mỗi cổng logic thì đâu là lối vào, đâu là lối ra, nếu sử dụng nhiều cổng logic trên cùng một đế IC thì cách đấu nối các chân sẽ như thế nào, chân nào là chân nguồn, chân nào là chân đất.

- GV có thể giới thiệu thêm về vai trò của mạch tích hợp hay IC.

+ IC: tiếng anh là Integrated Circuit hay còn gọi là chip hay vi mạch điện tử, vi mạch tích hợp,.. là một tập hợp của nhiều các linh kiện bán dẫn và linh kiện thụ động (như transistor và điện trở). Chúng được kết nối với nhau để thực hiện một số chức năng xác định, nó được thiết kế, tạo ra để đảm nhiệm một chức năng như một linh kiện kết hợp.

+ IC có vai trò rất quan trọng trong đời sống, nó ứng dụng vào hầu hết các thiết bị công nghệ, các thiết bị công nghiệp như máy cắt CNC, máy phay, máy tiện. IC giúp làm giảm kích thước của mạch đi rất nhiều (cỡ vài micromet), hơn nữa chúng còn làm độ chính xác tăng lên. IC cũng là phần tử quan trọng nhất trong mạch logic, điều khiển. 

+ IC có 2 loại chính là có thể lập trình linh hoạt hoặc định sẵn chức năng (không lập trình được), mỗi loại có chức năng nhiệm vụ riêng và đều được ghi lên bảng thông tin (datasheet) của nhà sản xuất cung cấp.

- GV cho HS quan sát Hình 21.8 và 21.9 SGK để biết được kí hiệu của cổng logic AND, sơ đồ chân và cách thức tích hợp bốn cổng AND trên một đế IC (kí hiệu là IC 74LS08).

- GV giới thiệu cho HS sơ đồ chân và cách thức tích hợp 4 cổng AND trên một đế IC 74LS08. Với mỗi cổng logic thì đâu là lối vào, đâu là lối ra, nếu sử dụng nhiều cổng logic trên cùng một đế IC thì cách đấu nối các chân sẽ như thế nào, chân nào là chân nguồn, chân nào là chân đất.

………………….

II. MỘT SỐ CỔNG LOGIC CƠ BẢN

1. Cổng OR

- Hàm logic: y = x₁  + x₂

- Kí hiệu logic (Hình 21.6):

Bảng 21.3. Bảng chân lí của cổng OR

- Ví dụ IC 74LS32 có 4 cổng OR (Hình 21.7).

- Công dụng của cổng OR: Cổng OR được sử dụng trong việc cộng logic hai hoặc nhiều tín hiệu đầu vào thành một tín hiệu đầu ra và tạo ra kết quả logic phức tạp từ các tín hiệu đơn giản như mạch cộng tín hiệu, mạch điều khiển đóng ngắt,.…

2. Cổng AND

- Hàm logic: y = x_1.x₂

- Kí hiệu logic (Hình 21.8):

Bảng 21.4. Bảng chân lí của cổng AND

- Ví dụ IC 74LS08 có 4 cổng AND (Hình 21.9).

………………………