Thiết kế card giao tiếp máy tính điều khiển bộ nguồn

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU MỤC ĐÍCH YÊU CẦU II Ý TƯỞNG THIẾT KẾ PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỌ MÁT TÍNH IBM I BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM II BỘ NHỚ BỘ NHỚ ROM BỘ NHỚ RAM III CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT NGOẠI VI CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT CƠ BẢN XUẤT NHẬP TRAO ĐỔI THÔNG TIN QUA KHE CẮM (SLOT) IV SỰ PHÂN BỐ ĐỊA CHỈ TRONG MÁY TÍNH V SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KỸ THUẬT GIAO TIẾP KỸ THUẬT GIAO TIẾP SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN KỸ THUẬT GIAO TIẾP PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP I SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MODULE GIAO TIẾP II THIẾT KẾ & THI CÔNG CÁC MODULE CON MODULE GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ VÀ ĐỆM DỮ LIỆU (MODULE 1) MODULE NHẬN TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 2) MODULE XUẤT TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 3) MODULE NHẬN TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 4) MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5) PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN E: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN KẾT LUẬN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật PHẦN A: Luận Văn Tốt Nghiệp GIỚI THIỆU I Mục đích – Yêu cầu đề tài: Mục đích: Nhằm đáp ứng phần yêu cầu đo lường, khống chế điều khiển thiết bị máy móc sản xuất phục vụ cho nhu cầu học tập, thí nghiệm sinh viên Bên cạnh đề tài để minh họa nhiều ứng dụng IC chốt, giải mã thông dụng thị trường với giá thành rẻ độ tin cậy cao Ta dùng IC mạch để thay IC chuyên dùng 8255… giúp ta tiết kiệm kinh phí, khả mở rộng cao mà độ tin cậy ứng dụng vừa nhỏ Yêu cầu: Card giao tiếp phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Dễ mở rộng, dễ phát triển + Có thể điều khiển nhiều đối tượng khác (Bộ nguồn đối tượng + Dễ thay đổi + Ghép nối với nhiều chủng loại máy tính khác họ máy vi tính IBM PC + Sử dụng linh kiện sẵn có, dễ tìm kiếm, giá thành phù hợp + Khi thay đổi đối tượng điều khiển khơng cần thay đổi thiết kế phần cứng mà cần thay đổi phần mềm điều khiển + Có khả quản lý nhiều kênh khác + Có độ tin cậy xác cao làm việc II Ý tưởng thiết kế: Trong đề tài em chọn máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý điều khiển có số ưu điểm sau:  Về phương diện đo lường: - Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm - Tự động xử lý phần mềm SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp - Đáp ứng yêu cầu đa dạng trình sản xuất  Về phương diện xử lý: - Ưu điểm máy tính khả lưu trữ xử lý thơng tin lớn linh động (có thể lưu Memory, loại ổ đĩa mềm cứng) xử lý số liệu phần mềm - Các phương pháp khác khơng có khả lưu trữ thơng tin, linh động, có khả thị điều khiển mà không xử lý số liệu  Về phương diện điều khiển: - Thực phương pháp điều khiển khác nhờ phần mềm  Về phương diện kinh tế: - Giá thành thi công phải phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cao Do đối tượng điều khiển đề tài sử dụng liệu số bit nên ta thiết kế card giao tiếp với máy tính theo dạng board cắm vào khe slot theo chuẩn ISA bit mà máy vi tính PC IBM có để truy xuất liệu từ D0 đến D7 Data Bus máy tính để điều khiển đối tượng mà cụ thể đề tài nguồn ổn áp có điện áp thay đổi khoảng từ 0V đến 25,5V Ngoài ra, dựa mục đích yêu cầu nêu trên, hệ thống thiết kế theo dạng module tháo lắp độc lập Các module gắn đế cắm có nhiều slot cắm song song đế cắm kết nối với card giao tiếp gắn trong máy tính cáp để trao đổi liệu III Các bước thiết kế: Để thuận tiện trình thiết kế phân bố địa cho card kết nối theo dạng module nhóm chúng em thiết kế theo trình tự: - Thiết kế card giao tiếp gắn bên máy tính trước, có nhiệm vụ đệm liệu giải mã địa - Chọn trước địa cho card lại gắn vào module bao gồm card xuất tín hiệu Digital, card nhận tín hiệu Digital, card xuất tín hiệu Analog, card nhận tín hiệu Analog - Dựa địa chọn trước (nằm vùng địa dành cho card cắm thêm máy tính) thiết kế module kể Các module thiết kế theo thứ tự tùy ý chọn trước địa truy xuất không trùng - Thiết kế module nguồn ổn áp để minh họa dựa cách xuất liệu thông qua card đệm giải mã SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp - Thiết kế phần mềm điều khiển viết ngôn ngữ C SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỌ MÁY TÍNH IBM I Bộ xử lý trung tâm : (CPU_Central Processing Unit) Đây phận trung tâm điều khiển hoạt động máy vi tính Nó mạch tổng hợp (Chip) phức tạp, có nhiệm vụ sau : - Thu nhận liệu - Xử lý liệu - Truyền tín hiệu điều khiển - Truyền liệu đến địa điểm xác định - Nhận thị khác Máy vi tính có họ : IBM PC với vi xử lý Intel 80xxx, MACINTOSH với vi xử lý Ziglog Z8000, ATARI với vi xử lý Motorola 6800 Ở đây, tính thơng dụng nên chúng em khảo sát vi xử lý Intel họ IBM PC: - CPU 8086, 8088: (Dùng máy tính XT) * Là CPU 16 bit * Có 14 ghi, qua ghi truy nhập đến 1Mb nhớ 64 Kb cổng vào/ra * Có 20 đường địa chỉ, cho phép địa hóa tới 2020 địa * Data bus có đường - CPU 80x86 (ngày có 80486 ,80586, 80686 ): * Là vi xử lý 16 bit * Có 24 đường địa * Có 16 đường data bus, 80286 có khả dùng bus bit Máy tính sử dụng loại 586, nên có khả tương thích với đời máy từ 286 trở lên Các máy này, ngồi CPU cịn có cấu trúc phần cứng hỗ trợ tùy theo loại CPU mà dùng IC khác như: - Bộ đồng xử lý toán học (8087/80287) - Điều khiển ngắt Interrupt (8259A) - Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất nhớ trực tiếp) (8237A) - Bộ tạo nhịp (8284) - Các cổng giao tiếp song song, nối tiếp (8255) - Điều khiển CRT (6845) Ngoài ra, sử dụng logic đệm, chốt giải mã địa II Bộ nhớ : (Memory) SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp CPU xử lý khối lượng lớn liệu Tuy nhiên vào thời điểm ghi nhận vài byte liệu, cần phải có nhớ (main memory) bên máy để việc trao đổi liệu bên CPU nhanh Bộ nhớ máy vi tính chia làm loại : ROM RAM Bộ nhớ ROM: vùng nhớ mà hãng chế tạo máy ghi trước vào chương trình điều khiển (Người ta thường gọi ROM BIOS), phần mềm hệ thống ứng dụng kèm với máy hảng sản xuất cung cấp Những chương trình khơng thể thay đổi được, bị tắt máy ROM cho phép đọc liệu chứa mà thơi Bộ nhớ RAM: RAM phần lại nhớ Đây vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng kiện cần thiết để khai thác xử lý IBM PC quản lý nhớ 20 đường địa chỉ, tức giải mã địa tới 1024 Kb xác 1048576 KB Nói cách khác, số lượng tối đa địa số tối đa byte riêng biệt sử dụng Với máy tính hệ sau từ 286 trở đi, người ta phân biệt nhiều loại ký ức RAM tùy theo hệ điều hành Với hệ điều hành MS DOS phân biệt thành loại ký ức: * Vùng nhớ qui ước: (Conventional memory) Tất máy vi tính chạy DOS có tối đa MB (1.024 KB) vùng nhớ RAM Theo thiết kế DOS phần 384 KB đỉnh đuợc dùng vào công việc đặc biệt theo bên dưới, phần vùng nhớ gọi vùng nhớ (UMA) Phần lại 640 KB dành cho chương trình ứng dụng gọi vùng nhớ SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 1024KB ROM BIOS ROMBASISFIXED DISK ROMCGA VIDEOMONOCHROME VIDEOEGA VIDEO 64K 16K 16K 8K 64K 640KB * Vùng nhớ mở rộng: (Extended memory) Được gọi tắt XMS, vùng nhớ mang vị trí lớn vị trí MB Bắt đầu từ máy IBM AT, máy chạy với DOS có đến 15 MB vùng nhớ mở rộng MB vùng nhớ qui ước Các CPU Intel 8088 hay 8086 khơng có vùng nhớ (vì định vị MB mà thôi) * Vùng nhớ bành trướng: (Expanded memory) Được gọi tắt EMS, vùng nhớ nằm biên giới MB đưa không gian MB với thông số trang EMS có trước chạy chương trình đặc biệt: EMM386.EXE III Các thiết bị xuất nhập ngoại vi : (I/O DEVICES) Thiết bị ngoại vi thiết bị thực chức nhập xuất liệu Các thiết bị ngoại vi thông dụng gắn với máy tính gồm bàn phím, hình, ổ đĩa, máy in … Chúng gắn vào máy tính nhờ Card giao tiếp thơng qua Slot gắn Mainboard máy tính (trên Mainboard máy tính bao gồm CPU, ROM, RAM, Slot phận hổ trợ khác) Trong máy vi tính thường Slot dùng để cắm Card (tùy theo loại main board), Slot hồn tồn bình đẳng với nhau, nghĩa Slot song song nên khả xuất địa hồn tồn giống Vì Card cắm Slot xuất dạng địa liệu nhau, điều thuận tiện cho người sử dụng Một điểm nữa, máy tính cài đặt chương trình phục vụ xuất nhập (BIOS) Mục đích giao tiếp có điều khiển với hệ thống giải phóng người lập trình khỏi quan tâm đến đặc tính phần cứng Việc truy xuất thơng qua Vector interrupt (Vector ngắt)  Các rãnh cắm Máy Tính PC: Khi máy tính xuất xưởng nhà sản xuất người dùng ngầm hiểu cấu hình chưa hẳn hồn chỉnh, mà tùy mục đích sử dụng đưa thêm vào mạch (card) ghép nối để mở rộng khả đáp ứng máy SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp tính Bên máy, ngồi rãnh cắm dùng cho card vào/ra (I/O card), card hình, cịn rãnh cắm để trống Các rãnh cắm tiếp tục dùng để ghép nối mạch cắm thêm vào với máy tính PC Ở máy tính PC/XT rãnh cắm máy tính có loại với độ rộng bus bit tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture) Từ máy tính AT trở việc bố trí chân rãnh cắm trở nên phức tạp hơn, tùy theo tiêu chuẩn lựa chọn chế tạo máy tính Các loại rãnh cắm theo tiêu chuẩn khác kể sau:       Rãnh cắm 16 bit theo chuẩn ISA (Industry Standard Architecture) Rãnh cắm PS/2 với 16 bit theo chuẩn MCA (Micro Channel Architecture) Rãnh cắm PS/2 với 32 bit theo chuẩn MCA Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn EISA (Extended Industy Standard Architecture) Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn VESA VLB (VESA Local Bus Standard) Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn PCI (Peripheral Component Interconect-Standard) Cho đến phần lớn card ghép nối dùng kỹ thuật đo lường điều khiển chế tạo để đặt vào rãnh cắm theo chuẩn ISA, giới thiệu chi tiết Trong trường hợp cần tìm hiểu chi tiết rãnh cắm khác xem thêm phần phụ lục  Sự xếp chân khe cắm theo chuẩn ISA: Thơng thường rãnh cắm có 62 đường tín hiệu dùng có mục đích thơng tin với card cắm vào Về đường tín hiệu chia thành đường dẫn tín hiệu, đường dẫn địa đường dẫn điều khiển Bởi từ máy tính PC/XT sẵn có rãnh cắm 62 chân này, có đường dẫn liệu, nên người ta gọi rãnh cắm 62 chân rãnh cắm bit Chỉ card bit cắm vào rãnh Bảng xếp chân rãnh cắm mở rộng bit Về sau máy tính PC/AT đời chúng có thêm rãnh thứ hai nằm thẳng hàng với rãnh bit kể có 36 chân Trên rãnh có chứa tín hiệu 16 bit Nên có thêm rãnh cắm người ta gọi chung hai rãnh rãnh cắm 16 bit Các rãnh cắm từ 32 bit trở lên dùng để ghép vào card có chất lượng cao, phạm vi nội dung tập luận án chưa quan tâm Rãnh cắm 16 bit bao gồm rãnh cắm bit có thêm rãnh cắm thứ hai Sau sơ đồ bố trí chân khe cắm theo chuẩn ISA bit máy tính PC SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ 10 GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp menu(cn,10,5,31,chon); sound(3500); delay(50); nosound(); switch (chon) { case 0: // nút 0V { dienap=0; outp(ADD,0); doi_tt(cn,5,31,chon); HideMouse(); break; } case 1: // nút 1.5V { int t1,ss1,s1; dienap=1.5; outp(ADD,15); doi_tt(cn,5,31,chon); HideMouse(); t1=inp(ADD); while (t1