Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật xung, số

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH 
Mô đun: KỸ THUẬT XUNG – SỐ
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 
Ban hành kèm theo Quyết  định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề
Năm 2013
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
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Kỹ Thuật Xung – Số là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. 
Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 150 giờ gồm có: 
Phần 1: Kỹ thuật xung
Bài MĐ19-01: Các khái niệm cơ bản. 
Bài MĐ19-02: Mạch dao động đa hài. 
Bài MĐ19-03: Mạch hạn chế biên độ và ghim áp. 
Phần 2: Kỹ thuật số 
Bài MĐ19-01: Đại cương. 
Bài MĐ19-02: FLIP – FLOP.
Bài MĐ19-03: Mạch đếm và thanh ghi.
Bài MĐ19-04: Mạch logic MSI.
Bài MĐ19-05: Họ vi mạch TTL – CMOS.
Bài MĐ19-06: Bộ nhớ.
Bài MĐ19-07: Kỹ thuật ADC – DAC.
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian, bổ sung những kiến thức mới và trang thiết bị phù hợp với điều kiện giảng dạy. 
Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai.
 Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013
 Tham gia biên soạn
 1. Chủ biên: TS. Lê Văn Hiền
 2. KS. Hồ Dự Luật
 3. KS. Nguyễn Văn Tuấn
 4. Kỹ sư Trần Tấn Nguyện
MỤC LỤC
TRANG
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
1
LỜI GIỚI THIỆU
2
MỤC LỤC
3
Phần 1: kỹ thuật xung 
10
Bài 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
10
Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
10
Tác dụng của R-C đối với xung cơ bản
31
Tác dụng của R-C đối với xung cơ bản
34
Khảo sát dạng xung ( đo, đọc các thông số cơ bản)
53
Bài 2: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
53
Mạch dao động đa hài không đơn ổn 
65
Mạch dao động đa hài đơn 
69
Mạch dao động đa hài lưỡng ổ n
71
Mạch Schmitt- trigger 
118
Bài 3: MẠCH HẠN CHẾ BIÊN ĐỘ VÀ GHIM ĐIỆN ÁP
118
Mạch hạn biên
130
Mạch ghim áp
170
Phần 2: Kỹ thuật số
170
Bài 1: ĐẠI CƯƠNG
170
Hệ thống số và mã số
172
Các cổng logic cơ bản
184
Biểu thực Logic và mạch điện 
191
Đại số Boole và định lý Demorgan 
197
Đơn giản biểu thức logic 
200
Giới thiệu một số IC số cơ bản 
212
Bài 2: FLIP – FLOP 
223
Flip flop RS 
223
Flip flop RS tác động theo xung lệnh 
225
Flip flop JK 
227
Flip flop T 
230
Flip flop D 
231
Flip flop MS ( master- slaver) 
232
Flip flop với ngõ vào preset và clear 
233
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
254
Bài 3 MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI 
253
Mạch đếm 
253
Thanh ghi 
263
Giới thiệu một số IC đếm và thanh ghi thong dụng 
265
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
269
Bài 4: MẠCH LOGIC MSI 
279
Mạch mã hóa (Encoder) 
279
Mạch giãi mã ( Decoder) 
284
Mạch ghép kênh 
298
Mạch tách kênh 
300
Giới thiệu một số IC mã hóa và giải mã thông dụng 
303
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
312
Bài 5: HỌ VI MẠCH TTL- CMOS 
315
Cấu trúc và thông số cơ bản của TTL 
315
Cấu trúc và thông số cơ bản của CMOS 
333
Giao tiếp TTL và CMOS 
345
Giao tiếp giữa mạch logic và tải công suất 
346
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
351
Bài 6: BỘ NHỚ
354
ROM
357
RAM
366
Mở rộng dung lượng bộ nhớ 
369
Giới thiệu IC 
372
Bài 7: KỸ THUẬT ADC – DAC 
380
Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) 
380
Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 
389
Giới thiệu IC 
399
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
407
MÔ ĐUN KỸ THUẬT XUNG – SỐ
Mã Mô đun: MĐ 19
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:: 
Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn cơ bản như linh kiện diện tử, đo lường điện tử, điện tử tương tự, điện tử cơ bản..
Kỹ thuật xung là môn học cơ sở của nghành Ðiện – Ðiện tử và có vị trí khá quan trọng trong toàn bộ chương trình học của sinh viên và học sinh, nhằm cung cấp các kiến thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để tạo tín hiệu xung và biến đổi dạng tín hiệu xung, các phương pháp tính toán thiết kế và các công cụ toán học hỗ trợ trong việc biến đổi, hình thành các dạng xung mong muốn 
 Công nghệ kỹ thuật số đã và đang đóng vai trò quang trọng trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ. Ngày nay, công nghệ số được ứng dụng rộng rãi và có mặt hầu hết trong các thiết bị dân dụng đến thiết bị công nghiệp, đặc biệt trong các lĩnh vực thông tin liên lạc, phát thanh,... và kỹ thuật số đã và đang được thay thế dần kỹ thuật tương tự
Tính chất của môn học: Là mô đun kỹ thuật cơ sở.
Mục tiêu của Mô đun: 
Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực 
* Về kiến thức: 
	- Phát biểu được các khái niệm cơ bản về xung điện, các hệ thông số cơ bản của xung điện, ý nghĩa của xung điện trong kỹ thuật điện tử.
	- Trình bày được cấu tạo các mạch dao động tạo xung và mạch xử lí dạng xung.
	- Phát biểu khái niệm về kỹ thuật số, các cổng logic cơ bản. Kí hiệu, nguyên lí hoạt động, bảng sự thật của các cổng lôgic.
	- Trình bày được cấu tao, nguyên lý các mạch số thông dụng như: Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều khiển.
* Về kỹ năng: 
 	- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch tạo xung và xử lí dạng xung.
 	- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch số cơ bản trên panel và trong thực 	tế.
* Về thái độ: 
 	- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học tập và trong thực hiện công việc. 
Mã bài
Tên các bài trong mô đun
Thời gian
Tổng số
Lý thuyết
Thực hành
Kiểm tra
Phần 1: Kỹ thuật xung
50
10
38
2
MĐ19-1
Các khái niệm cơ bản kỹ thuật xung
10
4
6
0
01.1
Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
2
1
1
01.2
Tác dụng của R-C đối với các xung cơ bản 
2
1
1
01.3
Tác dụng của mạch R.L.C đối với các xung cơ bản
2
1
1
01.4
Khảo sát dạng xung
4
1
3
MĐ19-2
Mạch dao động đa hài
30
4
24
2
02.1
Mạch dao động đa hài không ổn
8
1
7
02.1
Mạch đa hài đơn ổn
8
1
6
1
02.1
Mạch đa hài lưỡng ổn
6
1
5
02.1
Mạch schmitt – trigger
8
1
6
1
MĐ19-3
Mạch hạn chế biên độ và ghim áp
10
2
8
03.1
Mạch hạn biên
5
1
4
03.1
Mạch ghim áp
5
1
4
Phần 2: Kỹ thuật số
100
40
45
5
MĐ19-1
Đại cương
10
8
2
01.1
Tổng quan về mạch tương tự và mạch số
0,5
0.5
01.2
Hệ thống số và mã số
2
1,5
0,5
01.3
Các cổng logic cơ bản
2
2
01.4
Biểu thức logic và mạch điện
1
1
01.5
Đại số bool và định lý Demorgan
1,5
1
0,5
01.6
Đơn giản biểu thức logic
2
1
1
01.7
Giới thiệu một số IC số cơ bản
1
1
MĐ19-2
Flip – Flop
10
4
6
02.1
Flip - Flop R-S
1
1
02.2
FF R-S tác động theo xung lệnh
1
0,5
0,5
02.3
Flip - Flop J –K
1
0,5
0,5
02.4
Flip - Flop T
1
0,5
0,5
02.5
Flip - Flop D
1
0,5
0,5
02.6
Flip - Flop M-S
1
0,5
0,5
02.7
Flip - Flop với ngõ vào Preset và Clear
1
0,5
0,5
02.8
Tính toán lắp ráp một số mạch ứng dụng
3
2
1
MĐ19-3
Mạch đếm và thanh ghi
25
8
16
1
03.1
Mạch đếm
9
5
4
03.2
Thanh ghi
4
1.5
2.5
03.3
Giới thiệu một số IC đếm và thanh ghi thông dụng
2
1,5
0,5
03.4
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng
10
9
1
MĐ19-4
Mạch logic MSI
25
6
18
1
04.1
Mạch mã hóa
4
1
3
04.2
Mạch giải mã
4
2
2
04.3
Mạch ghép kênh
4
1
3
04.4
Mạch tách kênh
 4
 1
 3
04.5
Giới thiệu một số IC mã hóa và giải mã thông dụng
2
1
1
04.6
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
7
6
1
MĐ19-5
Họ vi mạch TTL - CMOS
14
6
7
1
05.1
Cấu trúc và thông số cơ bản của TTL
2
1,5
0,5
05.2
Cấu trúc và thông số cơ bản của CMOS
2
1,5
0,5
05.3
Giao tiếp TTL và CMOS
2
1
1
05.4
Giao tiếp giữa mạch logic và tải công suất
2
1
1
05.5
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
6
1
4
1
MĐ19-6
Bộ nhớ
8
5
3
06.1
ROM
3
2
1
06.2
RAM
2
1
1
06.3
Mở rộng dung lượng bộ nhớ
2
1
1
06.4
Giới thiệu IC
1
1
MĐ19-7
Kỹ thuật ADC - DAC
8
3
5
07.1
Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC)
3
1
2
07.2
Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC)
3
1
2
07.3
Giới thiệu IC
2
1
1
Tổng cộng:
150
50
93
7
Phần 1: KỸ THUẬT XUNG
BÀI 1
 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Mã Bài: MĐ19-1
Giới thiệu
Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia ra làm hai loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu gián đoạn. Tín hiệu liên tục còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự, tín hiệu gián đoạn còn gọi là tín hiệu xung số. 
Tín hiệu sóng sin được xem như là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục, ta có thể tính được biên độ của nó ở từng thời điểm. Ngược lại tín hiệu sóng vuông được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu gián đoạn và biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức cao và mức thấp, thời gian để chuyển từ mức biên độ thấp lên cao và ngược lại rất ngắn và được xem như tức thời.
Một chế độ mà các thiết bị điện tử thường làm việc hiện nay đó là chế độ xung. 
Mục tiêu:
 - Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung
 - Giải thích được sự tác động của các linh kiện thụ động đến dạng xung
 - Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp
Nội dung
Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
- Mục tiêu: Trình bày và phân tích các dạng tín hiệu, các hàm, các thông số của xung cơ bản.	
1.1.Định nghĩa
 - Xung là tín hiệu tạo nên do sự thay đổi mức của điện áp hay dòng điện trong một khoảng thời gian rất ngắn, có thể so sánh với thời gian quá độ của mạch điện mà chúng tác động. Thời gian quá độ là thời gian để một hệ vật lý chuyển từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác.
 - Các tín hiệu xung được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử: truyền thông, công nghệ thông tin, vô tuyến, hữu tuyến
Một số dạng xung cơ bản
- Một số tín hiệu liện tục (xem hình 1.1)
Hình 1.1a. Tín hiệu sin Asint	Hình 1.1b. Tín hiệu xung vuông
Hình 1.1c. Tín hiệu xung tam giác
- Một số tín hiệu rời rạc (hình 1.2).
 Hình 1.2. Tín hiệu sin rời rạc - hàm mũ rời rạc
Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị, linh kiện vận hành ở chế độ xung. Ở những thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ, làm ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Bởi vậy việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong các thiết bị xung có liên quan mật thiết đến việc nghiên cứu quá trình quá độ trong các mạch đó.
Nếu có một dãy xung tác dụng lên mạch điện mà khoảng thời gian giữa các xung đủ lớn so với thời gian quá độ của mạch. Khi đó tác dụng của một dãy xung như một xung đơn. Việc phân tích mạch ở chế độ xung phải xác định sự phụ thuộc hàm số của điện áp hoặc dòng điện trong mạch theo thời gian ở trạng thái quá độ. Có thể dùng công cụ toán học như: phương pháp tích phân kinh điển. Phương pháp phổ (Fourier) hoặc phương pháp toán tử Laplace. 	
1.2.Các thông số của xung điện và dãy xung
1.2.1. Các thông số của xung điện. 
Tín hiệu xung vuông như hình 1.3 là một tín hiệu xung vuông lý tưởng, thực tế khó có 1 xung vuông nào có biên độ tăng và giảm thẳng đứng như vậy:
Hình 1.3: Dạng xung
Xung vuông thực tế với các đoạn đặc trưng như: sườn trước, đỉnh, sườn sau. Các tham số cơ bản là biên độ Um, độ rộng xung tx, độ rộng sườn trước ttr và sau ts, độ sụt đỉnh ∆u.
Biên độ xung Um xác định bằng giá trị lớn nhất của điện áp tín hiệu xung có được trong thời gian tồn tại của nó.
Độ rộng sườn trước ttr, sườn sau ts là xác định bởi khoảng thời gian tăng và thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0.1Um đến 0.9Um 
Độ rộng xung Tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên mức 0.1Um (hoặc 0.5Um).
Độ sụt đỉnh xung ∆u thể hiện mức giảm biên độ xung tương tứng từ 0.9Um đến Um. 
Với dãy xung tuần hoàn ta có các tham số đặc trưng như sau:
Chu kỳ lặp lại xung T là khoảng thời gian giữa các điểm tương ứng của 2 xung kế tiếp, hay là thời gian tương ứng với mức điện áp cao tx và mức điện áp thấp tng , biểu thức (1.1)
T = tx + tng	(1.1)
Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian (1.2)
	(1.2)
Thời gian nghỉ tng là khoảng thời gian trống giữa 2 xung liên tiếp có điện áp nhỏ hơn 0.1Um (hoặc 0.5Um).
Hệ số lấp đầy γ là tỷ số giữa độ rộng xung tx và chu kỳ xung T (1.3)
	(1.3)
Do T = tx + tng , vậy ta luôn có 
Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ xung T và độ rộng xung tx (1.4)
	(1.4)
Trong kỹ thuật xung - số, chúng ta sử dụng phương pháp số đối với tín hiệu xung với quy ước chỉ có 2 trạng thái phân biệt
- Trạng thái có xung (tx) với biên độ lớn hơn một ngưỡng UH gọi là trạng thái cao hay mức “1”, mức UH thường chọn cỡ từ 1/2Vcc đến Vcc. 
- Trạng thái không có xung (tng) với biên độ nhỏ hơn 1 ngưỡng UL gọi là trạng thái thấp hay mức “0”, UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito hay IC)
- Các mức điện áp ra trong dải UL < U < UH được gọi là trạng thái cấm.
 1.2.2 Dãy xung :
Kỹ thuật xung không chỉ phát ra một xung đơn mà còn phát ra được một dãy xung liên tiếp tuần hoàn với chu kỳ T, nghĩa là sau mỗi thời gian T lại có một xung lăp lại hoàn toàn giống như xung trước. 
Các dạng dãy xung tuần hoàn thường gặp:
Dãy xung vuông góc là dạng dãy xung thường gặp nhất trong kỹ thuật điện tử. Các thông số đặc trưng cho dãy xung gồm: biên độ UM, độ rộng xung tx, thời gian nghỉ tn, chu kỳ T= tx + tn, tần số f=1/T. Ngoài ra còn có 2 thông số phụ đặc trưng khác là hệ số lấp đầy = tx/T và độ hổng (rỗng) Q= 1/= T/tx. Nếu Q = 2, (tx = tn) thì dãy xung gọi là dãy xung vuông góc đối xứng.
Dãy xung răng cưa thuần túy (tf = 0), chu kỳ T. Mạch phát dãy xung này thường dùng trong thiết bị dao động kí điện tử, với vai trò bộ tạo sóng quét ngang.
Dãy xung tuần hoàn. Nó thường dùng để kích khởi những hoạt động có tính chu kỳ. Các mạch phát xung tuần hoàn thường là những mạch hoạt động không chịu sự điều khiển bởi các xung kích 
Dãy xung có thể không tuần hoàn. Mạch phát các xung này thường là những mạch hoạt động theo sự điều khiển của các xung kích khởi bởi ở bên ngoài, và gọi là các mạch kích khởi. Ứng với mỗi xung kích thích bên ngoài, mạch cho ra một xung có biên độ và độ rộng xung không thay đổi, nghĩa là dạng xung đưa ra hoàn toàn lặp lại giống nhau sau mỗi xung kích thích.
1.2.3 Độ rộng xung (hình 1.4)
Hinh1.4: Độ rộng xung
Trong đó: Vm: Biên độ xung
∆V: Độ sụt áp đỉnh xung
tr: Độ rộng sườn trước
tp: độ rộng đỉnh xung
tf: độ rộng sườn sau
ton : độ rộng thực tế
Đây là dạng xung thực tế, với dạng xung này thì khi tăng biê n độ điện áp sẽ có thời gian trễ tr, gọi là độ rộng sườn trước. Thời gian này tương ứng từ 10% đến 90% biên độ U. Ngược lại, khi giảm biên độ điện áp xung sẽ có thời gian trễ tf, gọi là độ rộng sườn sau. Thời gian này tương ứng từ 90% đến 10% biên độ U. 
Độ rộng xung thực tế là: ton = tr+ tp +tf.
Độ sụt á ... được đưa vào để Reset bộ đếm về 0. Mức cao của xung Khởi Động cấm không cho xung nhịp đi qua cổng AND vào bộ đếm.
Nếu đầu của DAC toàn bit 0 thì đầu ra của DAC sẽ là VAX = 0V. Vì VA>VAX nên đầu ra bộ so sánh  sẽ lên mức cao.
Khi xung Khởi Động về thấp thì cổng AND cho phép xung nhịp đi qua cổng này và vào bộ đếm.
Khi giá trị bộ đếm tăng lên thì đầu ra DAC là VAX sẽ tăng mỗi lần mỗi bậc, như minh họa hình 7.11.
Tiến trình cứ tiếp tục cho đến khi VAX lên đến bậc vượt quá VA một khoảng VT. Tại thời điểm này ngõ ra của bộ so sánh  về thấp và cấm không cho xung nhịp đi vào bộ đếm nên bộ đếm sẽ ngừng đếm.
Tiến trình chuyển đổi hoàn tất khi tín hiệu  chuyển từ trạng thái cao xuống thấp và nội dung của bộ đếm là biểu thị dạng số của điện áp tương tự vào VA.
Bộ đếm sẽ duy trì giá trị số cho đến khi nào xung Khởi Động kế tiếp vào bắt đầu tiến trình chuyển đổi mới.
2.3.3 Độ phân giải và độ chính xác  của ADC dạng sóng bậc thang
Trong ADC dạng sóng bậc thang có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sai số của quá trình chuyển đổi như: kích cở bậc thang, tức độ phân giải của DAC cài trong đơn vị nhỏ nhất. Nếu giảm kích cở bậc thang ta có thể hạn chế bớt sai số nhưng luôn có khoảng cách chênh lệch giữa đại lượng thức tế và và giá trị gán cho nó. Đây gọi là sai số lượng tử.
Cũng như trong DAC, độ chính xác không ảnh hưởng đến độ phân giải nhưng lại tùy thuộc vào độ chính xác của linh kiện trong mạch như: bộ so sánh, điện trở chính xác và chuyển mạch dòng của DAC, nguồn điện quy chiếu,Mức sai số = 0.01% giá trị cực đại (đầy thang) cho biết kết quả ra từ ADC có thể sai biệt một khoảng như thế, do các linh kiện không lý tưởng.
Ví dụ 1
Giả sử ADC dạng sóng bậc thang ở hình 11 có các thông số sau đây: tần số xung nhịp = 1Mz; VT = 0.1mV; DAC có đầu ra cực đại = 10.23V và đầu vào 10 bit. Hãy xác định:
a. Giá trị số tương đương cho VA = 3.728V
b. Thời gian chuyển đổi
c. Độ phân giải của bộ chuyển đổi này
Bài giải:
a. DAC có đầu vào 10 bit và đầu ra cực đại = 10.23V nên ta tính được tổng số bậc thang có thể có là: 210 – 1 = 1023
Suy ra kích cở bậc thang là:
Dựa trên thông số trên ta thấy VAX tăng theo từng bậc 10mV khi bộ đếm đếm lên từ 0. vì VA = 3.728, VT = 0.1mV nên VAX phải đạt từ 3.728 trở lên trước khi bộ so sánh chuyển sang trạng thái mức thấp. Như vậy phải có số bậc:
 bậc
khi đó ở cuối tiến trình chuyển đổi, bộ đếm duy trì số nhị phân tương đương 37310, tức 0101110101. Đây cũng chính là giá trị số tương đương của VA = 3.728V do ADC này tạo nên.
b. Muốn hoàn tất quá trình chuyển đổi thì đòi hỏi dạng sóng dbậc thang phải lên 373 bậc, có nghĩa 373 xung nhịp áp ào với tốc độ 1 xung trên 1ms, cho nên tổng thời gian chuyển đổi là 373ms.
c. Độ phân giải của ADC này bằng với kích thước bậc thang của DAC tức là 10mV. Nếu tính theo tỉ lệ phần trăm là:
2.3.4 Thời gian chuyển đổi
Thời gian chuyển đổi là khoảng thời gian giữa điểm cuối của xung khởi động đến thời điểm kích hoạt đầu ra của . Bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 lên cho đến khi VAX vượt quá VA, tại thời điểm đó  xuống mức thấp để kết thúc tiến trình chuyển đổi. Như vậy giá trị của thời gian chuyển đổi tC phụ thuộc vào  VA. Thời gian chuyển đổi cực đại xảy ra khi VA nằm ngay dưới bậc thang cao nhất. Sao cho VAX phải tiến lên bậc cuối cùng để kích hoạt .
- Với bộ chuyển đổi N bit, ta có:
- tC(max) = (2N – 1) chu kỳ xung nhịp
ADC ở hình 7.11 sẽ có thời gian chuyển đổi cực đại
- tC(max) = (210 – 1)x1ms = 1023ms
Đôi khi thời gian chuyển đổi trung bình được quy định bằng ½ thời gian chuyển đổi cực đại.
Với bộ chuyển đổi dạng sóng bậc thang, ta có:
	 chu kỳ xung nhịp ( 7.11)
Nhược điểm của ADC dạng sóng bậc thang là thời gian chuyển đổi tăng gấp đôi với từng bit thêm vào bộ đếm. Do vậy ADC loại này không thích hợp với những ứng dụng đòi hỏi phải liên tục chuyển đổi một tín hiệu tương tự thay đổi nhanh thành tín hiệu số. Tuy nhiên với các ứng dụng tốc độ chậm thì bản chất tương đối đơn giản của ADC dạng sống bậc thang là một ưu điểm so với các loại ADC khác.
2.4. Mạch ADC gần đúng lấy liên tiếp	
Bộ chuyển đổi gần đúng lấy liên tiếp ( Successive Approximation  Convetr - SAC) là một trong những loại ADC thông dụng nhất. SAC có sơ đồ phức tạp hơn nhiều so với ADC dạng sóng bậc thang. Ngoài ra SAC còn có giá trị tC cố định, không phụ thuộc vào giá trị của đầu vào tương tự.
Hình 7.12 là một cấu hình cơ bản của SAC, tương tự cấu hình của ADC dạng sóng bậc thang. Tuy nhiên SAC không sử dụng bộ đếm cung cấp đầu vào cho DAC mà thay vào đó là thanh ghi. Logic điều khiển sửa đổi nội dung lưu trên thanh ghi theo từng bit một cho đến khi dử liệu ở thanh ghi  biến thành giá trị số tương đương với đầu vào tương tự VA trong phạm vi độ phân giải của bộ chuyển đổi.
Hình 7.12: Sơ đồ khối ADC liên tiếp xấp xỉ
Ví dụ 2:
SAC 8 bit có độ phân giải là 20mV. Với đầu vào tương tự là 2.17V, hãy tính đầu ra số tương ứng.
Giải
Số bậc của SAC:
Như vậy ở bậc thứ 108 sẽ có VAX = 2,16V, bậc 109 có VAX = 2.18V. SAC luôn sinh đầu ra VAX  cuối cùng tại bậc thang bên dưới VA. Do vậy, ở trường hợp VA = 2.17, đầu ra số sẽ là 10810 = 011011002.
Thời gian chuyển đổi
Logic điều khiển đếm từng bit trên thanh ghi, gán 1 cho nó, quyết định có cần duy trì chúng tại mức 1 hay không rồi chuyển sang bit kế tiếp. Thời gian xử lý mỗi bit kéo dài môky chu kỳ xung nhịp, nghĩa là tổng thời gian chuyển đổi của SAC N bit sẽ là N chu kỳ xung nhịp. 
Ta có:
tC cho SAC = N x1 chu kỳ xung nhịp
Thời gian chuyển đổi này luôn như nhau bất chấp giá trị của VA. Điều này là đo logic điều khiển phải xử lý mỗi bit dể xem có cần đến mức 1 hay không.
Ví dụ 3
So sánh thời gian chuyển đổi của ADC 10 bit có dạng sóng bậc thang và SAC 10 bit. Giả thiết cả hai đều áp dụng tần số xung nhịp 500kHz.
Giải
- Với ADC dạng sóng bậc thang, thời gian cực đại sẽ là:
 (2N – 1) x (1 chu kỳ xung nhịp) = 1023 x 2ms = 2046ms
- Với SAC, thời gian chuyển đổi luôn bằng 10 chu kỳ xung nhịp tức là
10 x 2ms = 20ms
Vậy với SAC thì thời gian chuyển đổi nhanh gấp 100 lần ADC dạng sóng bậc thang. 	
2.5. Mạch ADC chuyển đổi song song	
Xét một bộ biến đổi 3 bit thực hiện theo phương pháp song song như hình 7.13. Với 3 bít có thể biểu diễn 23=8 số khác nhau, kể cả số 0 (không). Do đó cần có 7 bộ so sánh, 7 điện áp chuẩn từng nấc được tạo ra bởi các phân áp. Nếu điện áp vào không vượt ra khỏi giới hạn dải từ 5/2 ULSB đến 7/2 ULSB thì các bộ sao sánh từ thứ 1 đến thứ 3 xác lập ở trạng thái “1”, còn các bộ so sánh từ thứ 4 đến thứ 7 xác lập ở trạng thái “0”. Các mạch logic cần thiết để diễn đạt trạng thái này thành số 3. Theo bảng 7.14 cho quan hệ giữa các trạng thái của các bộ so sánh với các số nhị phân tương ứng. Nếu điện áp vào bị thay đổi đi có thể sẽ nhận được kết quả sai do đó bộ mã hoá ưu tiên không thể đấu trực tiếp đến các lối ra của các bộ so sánh. Ta hãy xét đến chẳng hạn việc chuyển từ số 3 sang số 4 (do đó, trong mã nhị phân là từ 011 đến 100). Nếu bit già do thời gian trễ sẽ giảm đi mà thay đổi trạng thái của mình sớm hơn các bít khác thì sẽ xuất hiện số 111, tức là số 7. Trị số sai tương ứng với một nửa dải đo. Bởi vì các kết quả biến đổi A/D, như đã biết, được ghi vào bộ nhớ, như vậy là tồn tại một xác xuất nhất định để nhận được một trị số hoàn toàn sai. Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách, chẳng hạn, dùng một bộ nhớ - trích mẫu để ngăn sự biến động điện áp vào trong thời gian đo. Tuy nhiên, phương pháp này đã hạn chế tần số cho phép của điện áp vào, bởi vì cần phải có thời gian xác lập cho mạch nhớ - trích mẫu. Ngoài ra không thể loại bỏ hoàn toàn xác xuất thay đổi trạng thái ra của các bộ so sánh, bởi vì các mạch nhớ - trích mẫu hoạt động nhanh có độ trôi đáng kể.
Hình 7.13: Bộ biến đổi A/D làm việc theo phương pháp song song
Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách sau mỗi bộ so sánh, ta dùng một trigơ với tư cách là một bộ nhớ đệm lật theo sườn để nhớ các trị analog. Trigơ này, dưới tác dụng của tín hiệu nhịp sẽ khởi động cho các trigơ tiếp sau. Ở trường hợp này bảo đảm giữ nguyên trạng thái dừng trên lối ra bộ mã hoá ưu tiên khi tác động sườn xung để khởi động trigơ. 
Như đã thấy rõ ở bảng 1, các bộ so sánh xác lập ở trạng thái “1” theo trình tự từ dưới lên trên. Trình tự này sẽ không được đảm bảo nếu các sườn xung là dựng đứng. Bởi vì do có sự khác nhau về thời gian trễ của các bộ so sánh nên có thể sẽ chuyển sang một trình khác. Trong các tình huống xác định, trạng thái quá độ này có thể được ghi vào các trigơ như là khi sườn xung khởi động trigơ và sườn tín hiệu trùng nhau. Tuy nhiên, bộ mã hoá ưu tiên đã cho phép tránh được điều này nhờ tính chất là: nó không chú ý đến các bít trẻ “1” .
 Bảng 7.14: Sự biến đổi trạng thái trong bộ biến đổi A/D song song tuỳ thuộc vào điện áp lối vào.
Điện áp vào
Trạng thái của các bộ so sánh 
Số nhị phân
Số thập phân tương ứng
Ue/ULSB
K7
K6
K5
K4
K3
K2
K1
Z2
Z1
Z0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
2
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
2
3
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
3
4
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
4
5
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
5
6
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
6
7
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
Thời gian lấy mẫu cần phải nhỏ hơn thời gian trễ của bộ so sánh, còn điểm bắt đầu của nó được xác định bởi sườn xung khởi động. Sự khác nhau về thời gian trễ đã gây ra độ bất định thời gian(khe) của mẫu. Để giảm nhỏ trị số của nó đến mức đã tính toán trong mục trước, tốt nhất là sử dụng các bộ so sánh có khả năng giảm nhỏ thời gian trễ. Nhờ các tầng làm việc song song nên phương pháp biến đổi A/D vừa mô tả là nhanh nhất.	
3. Giới thiệu IC
- Mục tiêu: Đo kiểm tra, xác định lỗi của một số IC. Thay thế IC vào trong mạch điện một cách chính xác.
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại IC có chức năng chuyển đổi từ số sacng tương tự. Ở đây chỉ giới thiệu 2 loại IC thông dụng, các loại khác bạn đọc có thể tham khảo trong Datasheet hay trên Internet.
3.1. IC AD7524
IC AD7524 ( IC CMOS) là IC chuyên dụng dùng để chuyển đổi từ số sang tương tự. AD7524 là bộ chuyển đổi D/A 8 bit, dùng mạng R/2R ladder. Có sơ đồ bên trong như hình 7.15.
Hình 7.15: Sơ đồ bên trong IC AD7524
AD7524 có đầu vào 8 bit, có thể bị chốt trong dưới sự điều khiển của đầu vào CHỌN CHIP () và đầu vào ghi ()  khi cả hai đầu vào điều khiển này đều ở mức thấp, thì 8 đầu vào dữ liệu D7 ÷ D0 sinh ra dòng tương tự OUT1 và OUT2 (thường OUT2 nối đất).
Nếu một trong hai đầu vào điều khiển lên cao thì lúc này dữ liệu vào bị chốt lại và đầu ra tương tự duy trì tại mức ứng với dữ liệu số bị chốt đó. Những thay đổi kế tiếp ở đầu vào sẽ không tác động đến ngõ ra tương tự OUT1 ở trạng thái chốt này. Các thông số của IC được liệt kê ở bảng hình 7.16
Bảng 7.16 Các thông số của IC DA7524
VDD = 5V
VDD = 15V
Đơn vị
MIN NOM MAX
MIN NOM MAX
Điện áp nguồn cấp, VDD
4,75 5 5,25
14,5 15 15,5
V
Điện áp tham chiếu, Vref
+10
+10
V
Điện áp đầu vào mức cao, VIH
2,4
13,5
V
Điện áp đầu vào mức thấp, VIL
0,8
1,5
V
 thời gian cài đặc, tSU(CS)
40
40
ns
 thời gian giữ, th(CS)
0
0
ns
Cài đặc thời gian dữ liệu đầu vào, tSU(CS)
25
25
ns
Giữ thời gian dữ liệu đầu vào, tSU(CS)
10
10
ns
Chu kỳ xung, low, tw(WR)
40
40
ns
Nhiệt độ môi trường hoạt động, TA
-55 125
-55 125
0C
Quan hệ ngõ vào và ngõ ra tương ứng được trình bày ở bảng hình 7.16
Bảng 7.16a: Quan hệ ngõ vào và ngõ ra
Đầu vào số (Digital input)
(Xem trong chú ý 1)
Đầu ra tương tự 
(Analog output)
MSB
LSB
11111111
10000001
10000000
01111111
00000000
-Vref (255/256)
-Vref (129/256)
-Vref (128/256) = -Vref /2
-Vref (1/256)
0
Chú ý 1: LSB = 1/256 (Vref )
Bảng 7.16b: Quan hệ ngõ vào và ngõ ra
Đầu vào số (Digital input)
(Xem trong chú ý 2)
Đầu ra tương tự 
(Analog output)
MSB
LSB
11111111
10000001
10000000
01111111
00000001
00000000
Vref (127/128)
Vref (128)
0
-Vref (128)
-Vref (127/128)
-Vref 
Chú ý 2: LSB = 1/128 (Vref )
Ứng dụng của IC AD7524 thường dùng giao tiếp với các vi xử lý và vi điều khiển để chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự nhằm điều khiển các đối tượng cần điều khiển. Sau đây là một số ứng dụng của IC AD7524 giao tiếp với các IC khác như hình 7.17
Hình 7.17a: Giao tiếp giữa AD7524 với 6800
Hình 7.17b: Giao tiếp giữa AD7524 với 8051
Hình 7.17c: Giao tiếp giữa AD7524 với Z-80A
3.2 IC DAC0830
DAC 0830 là IC thuộc họ CMOS. Là bộ chuyển đổi D/A 8 bit dùng mạng R/2R ladder. Có thể giao tiếp trực tiếp với các vi xử lý để mở rộng hoạt động chuyển đổi D/A.
Sơ đồ chân và cấu trúc bên trong của DAC0830 như hình 7.18
Hình 7.18: Cấu trúc bên trong của ICDAC0804
Hoạt động của các chân
()( CHIP SELECT) là chân chọn hoạt động ở mức thấp. Được kết hợp với chân ITL để có thể viết dữ liệu.
ITL (INPUT LACTH ENABLE) là chân cho phép chốt ngõ vào, hoạt động ở mức cao. ITL kết hợp với () để cho phép viết.
 (WRITE) hoạt động ở mức thấp. Được sử dụng để nạp các bit dữ liệu ngõ vào chốt. Dữ liệu được chốt khi  ở mức cao. Để chốt được dữ liệu vào thì () và  phải ở mức thấp trong khi đó ITL phải ở mức cao.
 (WRITE) tác động ở mức thấp. Chân này kết hợp với chân  cho phép dữ liệu chốt ở ngõ vào mạch chốt được truyền tới thanh nghi DAC trong IC.
 (TRANSFER CONTROL SIGNAL) tác động ở mức thấp. Cho phép  được viết.
DI0 – DI7 là các ngõ vào số trong đó DI0 là LSB còn DI7 là MSB.
I01 ngõ ra dòng DAC1. Có trị số cực đại khi tất cả các bit vào đều bằng 1, còn bằng 0 khi tất cả các bit vào đều bằng 0.
I02 ngõ ra dòng DAC2.  Nếu I01 tăng từ 0 cho đến cực đại thì I02 sẽ giảm từ cực đại về 0 để sao cho I01 + I02 = hằng số.
Rfb điện trở hồi tiếp nằm trong IC. Luôn được sử dụng để hồi tiếp cho Op Amp mắc ở ngoài.
Vref ngõ vào điện áp tham chiếu từ -10 đến +10V.
VCC điện áp nguồn cấp cho IC hoạt động từ 5 đến 15V.
GND (mass) chung cho I01 và I02.
Sau đây là một số ứng dụng của DAC0830 chuyển đổi từ số sang tương tự 
 +  Điều khiển volume bằng số như hình 7.19
Hình 7.19: Ứng dụng DAC0830 để điều khiển Volume
+  Điều khiển máy phát sóng bằng số như hình 7.20
Hình 7.20: Ứng dụng DAC 0830 để điều khiển máy phát sóng
+ Bộ Điều khiển dòng bằng số như hình 7.21
Hình 7.21: Bộ điều khiển dòng bằng só
Công thức tính dòng ra: 
+ DAC8030 có thể điều khiển được dòng ra thay đổi theo dữ liệu số vào. Dòng ra thay đổi từ 4mA (khi D = 0) đến 19.9mA (khi D = 255).
+ Mạch điện trên sử dụng cho các mức điện áp vào khác nhau từ 16V đến 55V.
+ P2 thay đổi giá trị dòng.
YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 7
Nội dung:
+ Về kiến thức: Trình bày được khái niệm, cấu trúc và thông số giữa các mạch chuyển đổi số - tương tự và mạch tương tự - số, hiểu được chức năng của các họ của IC
+ Về kỹ năng: sử dụng thành thạo các dụng cụ đo để đo được các chân tín hiệu điện áp ở ngõ vào – ra của IC, lắp ráp một số mạch cơ bản,.... 
+ Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp.
Phương pháp:
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm.
+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành đo được các thông số trong mạch điện theo yêu cầu của bài, lắp ráp một số mạch cơ bản 
+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mạch điện tử (tập 1 – 2), Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2005
[2] Kỹ thuật xung cơ bản và nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002
[3] Kỹ thuật số, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004
[4] Kỹ thuật điện tử số, Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục.
[5] Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Vũ Đức Thọ, NXB Giáo dục.