Kiến thức trọng tâmLớp 12

Điện tử số và vi điều khiển

Ôn cổng logic AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR với kí hiệu và bảng chân lí, mạch logic tổ hợp và mạch dãy, cấu trúc và ứng dụng vi điều khiển; dạng bài và mẹo.

Điện tử số là phần "dễ ăn điểm" nếu nắm chắc bảng chân lí. Đề thường có 2–3 câu ở phần I (nhận dạng cổng, đọc mạch logic, cấu trúc vi điều khiển) và có thể có một câu đúng/sai ở phần II về mạch điều khiển thực tế: máy bơm, chuông báo động, đèn tự động.

Kiến thức trọng tâm

Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Tín hiệu tương tự biến thiên liên tục theo thời gian (điện áp từ micro, cảm biến nhiệt độ).
Tín hiệu số chỉ có hai mức: mức thấp — logic 0 (ví dụ gần 0 V) và mức cao — logic 1 (ví dụ gần 5 V hoặc 3,3 V).
Ưu điểm của xử lí số: ít bị nhiễu, dễ lưu trữ, dễ xử lí bằng vi mạch và máy tính.

Các cổng logic cơ bản

Kí hiệu các cổng logic. Vòng tròn nhỏ ở đầu ra nghĩa là đảo (phủ định).

Cổng	Biểu thức	Đầu ra bằng 1 khi
AND (Và)	$Y = A\cdot B$	Tất cả đầu vào bằng 1
OR (Hoặc)	$Y = A + B$	Ít nhất một đầu vào bằng 1
NOT (Đảo)	$Y = \overline{A}$	Đầu vào bằng 0
NAND	$Y = \overline{A\cdot B}$	Có ít nhất một đầu vào bằng 0
NOR	$Y = \overline{A + B}$	Tất cả đầu vào bằng 0
XOR	$Y = A \oplus B$	Hai đầu vào khác nhau

Bảng chân lí của các cổng hai đầu vào:

Cổng	A = 0, B = 0	A = 0, B = 1	A = 1, B = 0	A = 1, B = 1
AND	0	0	0	1
OR	0	1	1	1
NAND	1	1	1	0
NOR	1	0	0	0
XOR	0	1	1	0

Mạch logic tổ hợp và mạch logic dãy

	Mạch tổ hợp	Mạch dãy
Đặc điểm	Đầu ra chỉ phụ thuộc các đầu vào ở thời điểm đó	Đầu ra phụ thuộc đầu vào và trạng thái trước đó (có nhớ)
Ví dụ	Mạch cộng, mạch so sánh, mạch mã hóa, giải mã (hiển thị LED 7 đoạn)	Flip-flop (trigơ), bộ đếm, thanh ghi

Flip-flop RS (dùng cổng NOR): $S = 1, R = 0$ → $Q = 1$ (đặt); $S = 0, R = 1$ → $Q = 0$ (xóa); $S = R = 0$ → $Q$ giữ nguyên trạng thái cũ (nhớ); $S = R = 1$ → trạng thái cấm. Flip-flop D: khi có xung nhịp, đầu ra $Q$ nhận giá trị của đầu vào $D$ .

Vi điều khiển

Vi điều khiển là một vi mạch tích hợp trên một chip gồm bộ xử lí trung tâm, bộ nhớ và các cổng vào/ra, được lập trình để điều khiển thiết bị.

Khối	Chức năng
Bộ xử lí trung tâm (CPU)	Đọc và thực hiện lệnh của chương trình
Bộ nhớ chương trình (Flash)	Lưu chương trình, không mất khi tắt nguồn
Bộ nhớ dữ liệu (RAM)	Lưu dữ liệu tạm thời khi chạy
Cổng vào/ra số (I/O)	Nhận tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến; xuất tín hiệu điều khiển đèn, rơ le, động cơ
Bộ chuyển đổi tương tự – số (ADC)	Đổi điện áp từ cảm biến thành con số
Bộ định thời, bộ đếm	Tạo thời gian trễ, đếm xung, tạo xung điều khiển
Khối giao tiếp	Trao đổi dữ liệu với máy tính, mô đun khác

Ứng dụng: máy giặt, điều hòa, lò vi sóng, khóa cửa điện tử, nhà thông minh, robot, ô tô, thiết bị IoT trong nông nghiệp.

Quy trình làm sản phẩm với vi điều khiển: xác định yêu cầu → vẽ sơ đồ khối, lưu đồ thuật toán → viết chương trình trên máy tính → biên dịch và nạp chương trình vào vi điều khiển → lắp mạch, chạy thử, hiệu chỉnh.

Lặp mãi:
    L ← đọc giá trị cảm biến ánh sáng (ADC)
    Nếu L < ngưỡng: đặt chân điều khiển đèn = 1 (bật đèn)
    Ngược lại:      đặt chân điều khiển đèn = 0 (tắt đèn)

Bộ ADC $n$ bit chia điện áp vào thành $2^n$ mức: ADC 10 bit cho giá trị từ 0 đến 1023.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Nhận dạng cổng từ bảng chân lí

Xem lời giải

Đó là cổng XOR ( $Y = A\oplus B$ ): $(0; 1)$ và $(1; 0)$ cho $Y = 1$ ; $(0; 0)$ và $(1; 1)$ cho $Y = 0$ .

Dạng 2: Từ sơ đồ mạch viết biểu thức và lập bảng chân lí

Mạch logic cho ví dụ dạng 2.

Xem lời giải

$X = \overline{A\cdot B}$ , $Y = X\cdot C = \overline{A\cdot B}\cdot C$ .

$A$	$B$	$C$	$X$	$Y$
0	0	0	1	0
0	0	1	1	1
0	1	0	1	0
0	1	1	1	1
1	0	0	1	0
1	0	1	1	1
1	1	0	0	0
1	1	1	0	0

$Y = 1$ khi $C = 1$ và $A$ , $B$ không cùng bằng 1: có 3 tổ hợp $(0; 0; 1)$ , $(0; 1; 1)$ , $(1; 0; 1)$ .

Dạng 3: Thiết kế mạch logic cho tình huống thực tế

Xem lời giải

$Y = 1$ khi có ít nhất một cặp cùng bằng 1: $Y = A\cdot B + B\cdot C + C\cdot A$ .

Kiểm tra: các tổ hợp $(0; 1; 1)$ , $(1; 0; 1)$ , $(1; 1; 0)$ , $(1; 1; 1)$ cho $Y = 1$ (4 tổ hợp); các tổ hợp có không quá một người đồng ý cho $Y = 0$ . Mạch dùng 3 cổng AND hai đầu vào và 1 cổng OR ba đầu vào.

Dạng 4: Câu đúng/sai về mạch báo động

Xem lời giải

a) Đúng: $A = 0$ nên $Y = 0$ .

b) Đúng: $Y = 1\cdot(0 + 1) = 1$ .

c) Sai: cần $A = 1$ và $(B; C) \ne (0; 0)$ → chỉ 3 tổ hợp $(1; 0; 1)$ , $(1; 1; 0)$ , $(1; 1; 1)$ .

d) Đúng: cổng OR tạo $B + C$ , cổng AND nhân với $A$ .

Dạng 5: Cấu trúc và hoạt động của vi điều khiển

Xem lời giải

Điện áp cảm biến là tín hiệu tương tự → đưa vào chân vào tương tự (ADC) để đổi thành con số. Tín hiệu bật/tắt rơ le là tín hiệu số 0/1 → lấy từ cổng ra số (I/O). CPU so sánh giá trị đọc được với ngưỡng trong chương trình để quyết định bật hay tắt.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

Cổng NAND hai đầu vào có $A = 1$ , $B = 1$ . Đầu ra bằng bao nhiêu?

Xem đáp án

$Y = \overline{1\cdot 1} = 0$ .

Cổng NOR hai đầu vào có $A = 0$ , $B = 0$ . Đầu ra bằng bao nhiêu?

Xem đáp án

$Y = \overline{0 + 0} = 1$ .

Mạch logic có 4 đầu vào thì bảng chân lí có bao nhiêu dòng?

Xem đáp án

$2^4 = 16$ dòng.

Bộ đếm sản phẩm trên băng chuyền là mạch tổ hợp hay mạch dãy? Vì sao?

Xem đáp án

Mạch dãy, vì kết quả đếm phụ thuộc số xung đã nhận trước đó (mạch phải "nhớ" trạng thái).

ADC 8 bit chia điện áp vào thành bao nhiêu mức?

Xem đáp án

$2^8 = 256$ mức (giá trị từ 0 đến 255).

Kiểm tra lại kiến thức vừa ôn

Làm 10 câu luyện tập về điện tử số và vi điều khiển và xem lời giải ngay sau mỗi câu.

Luyện tập ngay

Đề có câu hỏi về chủ đề này

ĐỀ SỐ 01Trung bìnhLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 1

Đề sát cấu trúc đề thi thật: hệ thống điện quốc gia, lò sấy ba pha nối sao – tam giác, mạng điện phòng học và thiết bị bảo vệ, op-amp khuếch đại tín hiệu cảm biến nhiệt độ, mạch logic điều khiển máy bơm; kèm cơ khí lớp 11 và vẽ kĩ thuật lớp 10.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 02Cơ bảnLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 2

Đề cơ bản củng cố kiến thức nền: điện áp lưới, cầu chì – aptomat – công tơ, kí hiệu linh kiện và cổng logic; phần đúng/sai gồm chiếu sáng xưởng may ba pha, căn hộ có bình nóng lạnh, mạch đèn tự động dùng quang điện trở và mạch báo động kho hàng.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 03Nâng caoLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 3

Đề nâng cao, nhiều câu tính toán và thiết kế: hao phí truyền tải, sự cố đứt dây pha, động cơ ba pha, chọn aptomat và dây dẫn cho ngôi nhà, mạch báo khí gas hai tầng op-amp, mạch biểu quyết chỉ dùng cổng NAND; kèm truyền lực ô tô và hình chiếu trục đo.

28 câu · 50 phút