BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ MÁY TÍNH

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ MÁY TÍNH Lời nói đầu Ngày nay, với phát triển vượt bậc thiết bị điện tử, kỹ thuật ghép nối với máy tính ứng dụng ngày nhiều đem lại hữu ích cho sống Máy tính sử dụng nhà máy xí nghiệp dây truyền sản xuất, ứng dụng thiết kế nhà thông minh Các thiết bị, hệ thống đo lường ghép nối với máy tính có độ xác cao Giáo trình giới thiệu cấu trúc cổng, khe cắm cách thiết kế mạch đo lường, điều khiển ghép nối với máy tính Khi ghép nối với máy tính, ngồi phần cứng ghép nối ta cịn phải viết chương trình máy tính để giao tiếp với cổng, khe cắm Giáo trình đưa nhiều ví dụ bổ ích với đầy đử sơ đồ nguyên lý mạch điện chương trình viết ngơn ngữ lâp trình Visual Basic, ta viết ngơn ngữ lập trình C, Pascal Visual Basic cho ta giao diện đẹp tiện dụng Nội dung sách bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu qua khái niệm cấu trúc máy tính, dạng thơng tin trước đưa vào máy tính, cấu trúc khối ghép nối Chương 2: Giới thiệu phương thức truyền tin song song sử dụng cổng song song khe cắm mở rộng Nội dung chương giới thiệu cấu trúc cổng song song khe cắm ISA, PCI,…cách lập trình giao tiếp qua cổng Chương 3: Giới thiệu phương thức truyền tin nối tiếp, từ trình bày cấu trúc cổng nối tiếp RS-232 cổng USB, cách lập trình giao tiếp qua cổng Chương 4: Giới thiệu bước trình thiết kế ứng dụng Modul ghép nối với máy tính ứng dụng đo lường điều khiển thông qua cổng máy tính từ bạn đọc thiết kế, chế tạo ứng dụng thực tế, hữu ích Mặc dù tài liệu sử dụng để giảng dạy trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội nhiều năm khơng tránh khỏi sai sót CHúng tơi mong nhận ý kiến đóng ghóp bạn đọc để lần tái tới hồn thiện hơn: Mọi đóng góp xin gửi về: Bộ mơn Điện tử máy tính, khoa Điện tử, trường đại học Công nghiệp Hầ Nội, Minh Khai – Từ Liêm – Hà Nội, điện thoại 043 7655121 (266) CÁC TÁC GIẢ Mục lục Lời nói đầu Chương Máy tính khối ghép nối 1.1 Máy tính khối ghép nối 1.1.1 Các dạng tin trao đổi máy tính 1.1.2 Các loại thông tin trao đổi máy tính 1.1.3 Các phương thức trao đổi tin máy tính 1.2 Vai trò, nhiệm vụ cấu trúc khối ghép nối .10 1.2.1 Vai trò 10 1.2.2 Nhiệm vụ .10 1.3 Cấu trúc chung khối ghép nối 11 1.3.1 Khối phối hợp đường dây 11 1.3.2 Khối giải mã địa - lệnh 11 1.3.3 Khối xử lý ngắt 12 1.4 Bài tập cuối chương .13 Chương Ghép nối trao đổi tin song song theo chương trình 14 2.1 Các vi mạch đệm, chốt song song thông dụng 14 2.1.1 Vi mạch 74HC240 .14 2.1.2 Vi mạch 74HC244 14 2.1.3 Vi mạch 74HC245 .15 2.1.4 Vi mạch 74HC373 .15 2.1.5 Vi mạch 74HC573 .16 2.2 Cổng song song 16 2.2.1 Giới thiệu .16 2.2.2 Giao diện hướng cổng song song 21 2.2.3 Giao diện hướng dùng cổng song song - module vào bit 29 2.3 Rãnh cắm mở cộng 32 2.3.1 Giới thiệu 32 2.3.2 Giới thiệu số loại BUS 33 2.4 Bài tập cuối chương 37 Chương Ghép nối trao đổi tin nối tiếp .39 3.1 Khái niệm truyền tin nối tiếp 39 3.1.1 Khái niệm 39 3.1.2 Các phương thức truyền tin nối tiếp 39 3.2 Cổng nối tiếp .40 3.2.1 Giới thiệu .40 3.2.2 Lập trình cho cổng nối tiếp RS232 42 3.2.3 Modul vào bit dùng cổng RS232 50 3.3 Cổng USB (Universal Serial Bus) .58 3.3.1 Giới thiệu .58 3.3.2 Những đặc trưng USB 59 3.3.3 Cấu trúc cổng USB 59 3.3.4 Truyền liệu qua cổng USB .61 3.3.5 Hub USB 61 3.4 Bài tập cuối chương 62 Chương Thiết kế ứng dụng đo lường điều khiển máy tính .64 4.1 Quy trình thiết kế ứng dụng đo lường điều khiển máy tính .64 4.2 Các vi mạch số thông dụng 66 4.2.1 Vi mạch ghép nối vào song song theo chương trình 8255A 66 4.2.2 Vi mạch đếm định thời lập trình 8253 (PROGRAMABLE COUNTER AND TIMER) 71 4.2.3 Các biến đổi AD (ANALOG DIGITAL CONVERTER) 79 4.2.4 Các biến đổi DA (DIGITAL ANALOG CONVERTER) .82 4.3 Các thiết kế ứng dụng ghép nối với máy tính 83 4.3.1 Điều khiển vi mạch 8255 qua cổng song song 83 4.3.2 Điều khiển vi mạch 8253 qua cổng song song 85 4.3.3 Mạch đếm sản phẩm qua cổng RS-232 .87 4.3.4 Voltmet điện tử ghép nối qua cổng RS-232 91 4.4.5 Điều khiển Led đoạn qua cổng USB 93 4.4 Bài tập cuối chương 97 Phụ lục .98 Bảng mã ASCII 98 Tài liệu tham khảo 101 Chương Máy tính khối ghép nối Khi sản xuất máy tính, nhà sản xuất dự trữ sẵn đường cho phép người sử dụng ghép nối với máy tính Chúng ta sử dụng máy tính để điều khiển thiết bị bên cách sử dụng cổng song song, cổng nối tiếp hay cổng USB Trước nghiên cứu cấu trúc cổng, khe cắm, chương giới thiệu tổng quan dạng thơng tin trao đổi với máy tính, phương thức trao đổi thơng tin với máy tính cấu trúc khối ghép nối 1.1 Máy tính khối ghép nối Cấu trúc máy tính phân chia thành ba khối chính: - Khối xử lý trung tâm (CPU): Làm nhiệm vụ thu thập xử lý liệu - Khối nhớ (Memory): Lưu trữ loại liệu khác đưa vào, lấy từ CPU - Khối phối hợp vào (I/O): Làm nhiệm vụ tương thích thiết bị ngồi đường dây (bus) máy tính Trong máy tính thường có số thiết bị ngồi thơng dụng như: Màn hình, bàn phím, chuột, máy in, loa, ổ đĩa ngồi, Với thiết bị ngồi đó, máy tính có khối ghép nối tương ứng, ví dụ, khối ghép nối hình bus máy tính card hình (VGA); khối ghép nối loa bus máy tính card sound, Thơng thường, máy tính hệ khối ghép nối cho thiết bị ngoại vi thông dụng tích hợp bảng mạch gọi Main hay Main Board Máy tính khơng phải hệ thống khép kín mà máy tính sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt, sử dụng máy tính đo lường điều khiển cho ta tốc độ nhanh kết xác Mỗi ứng dụng cần thiết kế khối ghép nối khác Tất khả nhà sản xuất máy tính lưu tâm tới họ dự trữ nhiều cổng khe cắm mở rộng để ghép với bus máy tính Đây đường cho muốn nghiên cứu mở rộng thêm phạm vi ứng dụng máy tính Nội dung môn học vào nghiên cứu cổng (cổng song song, cổng nối tiếp), khe cắm mở rộng máy tính để từ thiết kế khối ghép nối phục vụ mục đích đo lường điều khiển công nghiệp 1.1.1 Các dạng tin trao đổi máy tính - Dạng số (Digital) Đây chuỗi bit 0,1 biểu diễn theo hệ đếm như: Hệ nhị phân, hệ thập lục phân Các tín hiệu số dạng nối tiếp song song mức RS TTL - Dạng chữ (Text) Đây dạng biểu diễn kí tự dạng số, giới thông dụng cách biểu diễn theo mã ACCII Theo cách này, kí tự biểu diễn số bit 0,1 hệ thập lục phân, ví dụ: mã ký tự A 41h Dạng tín hiệu coi tín hiệu số - Dạng tương tự (Analog) Đây dòng điện hay điện áp biến đổi liên tục theo thời gian Điển hình đại lượng vật lý thu thập từ cảm biến (sensor) Muốn xử lí dạng tin này, máy tính (khối ghép nối) phải chuyển sang dạng số ADC - Dạng âm tần Đây dạng tổ hợp nhiều tín hiệu tương tự với tần số biên độ khác Cũng coi dạng tín hiệu tương tự 1.1.2 Các loại thơng tin trao đổi máy tính Trong q trình gửi tin từ thiết bị ngồi vào máy tính có hai loại thơng tin sau: - Tin trạng thái thiết bị - Tin mang liệu cần trao đổi Trong trình ngược lại: - Tin địa chỉ: Đây địa ghi đệm nằm khối ghép nối, ví dụ: 3F8h địa ghi đệm đọc/viết cổng nối tiếp (RS232) - Tin liệu trao đổi - Tin mang lệnh điều khiển 1.1.3 Các phương thức trao đổi tin máy tính Máy tính trao đổi với thiết bị ngồi theo hai phương thức: - Trao đổi theo chương trình - Trao đổi trực tiếp với khối nhớ (Direct Memory Access - DMA) a Chế độ trao đổi tin theo chương trình Đây chế độ trao đổi tin máy tính trao đổi với thiết bị ngồi lệnh vào ra, lệnh dịch chuyển liệu ghi, cụ thể sau: - Trong ngôn ngữ Assembly lệnh sau dành cho trao đổi: IN, OUT, MOV - Trong ngôn ngữ Pascal: + Đọc byte liệu: x: =port [địa chỉ]; + Đưa byte liệu: port [địa chỉ] :=y; (y byte liệu đưa ra, x chứa byte liệu đọc vào) - Trong ngôn ngữ C: + Đọc byte liệu: x=inport[địa chỉ]; + Đưa byte liệu: outport (địa chỉ, y); (x byte liệu đọc vào, y byte liệu xuất ra) - Trong ngôn ngữ VB: Nếu sử dụng thư viện liên kết động Inpout32.dll + Đọc byte liệu : x=Inp(địa chỉ) + Đưa byte liệu: Out (địa chỉ) = y (x byte liệu đọc vào, y byte liệu xuất ra) Trong chế độ trao đổi theo chương trình có phương pháp: - Phương pháp trao đổi đồng Ở phương pháp này, máy tính tiến hành trao đổi tin với thiết bị khởi động xong mà không cần biết trạng thái dường dây thiết bị ngồi Để thực phương pháp yêu cầu: + Tốc độ trao đổi tin thiết bị lớn tốc độ trao đổi tin máy tính + Thiết bị phải trạng thái sẵn sàng máy tính khởi động xong + Phương pháp có ưu điểm tốc độ trao đổi tin nhanh nhược điểm dễ bị tin thiết bị chưa trạng thái sẵn sàng - Phương pháp không đồng Trong phương pháp này, trước trao đổi tin, máy tính tiến hành đọc, kiểm tra trạng thái thiết bị ngoài, thiết bị ngồi sẵn sàng tiến hành trao đổi tin cịn ngược lại chờ Ngồi q trình trao đổi, tin bị lỗi yêu cầu phía phát phải truyền lại Phương pháp có độ tin cậy cao tốc độ chậm phương pháp đồng - Phương pháp trao đổi theo ngắt chương trình Phương pháp lợi dụng ưu điểm, khắc phục nhược điểm hai phương pháp Trình tự tiến hành sau: - Khi thiết bị có u cầu trao đổi gửi tín hiệu u cầu (ngắt) đến máy tính - Máy tính dừng chương trình phục vụ (nếu thiết bị ngồi u cầu có mức ưu tiên cao hơn) nhớ lại điểm dừng đồng thời gửi tín hiệu xác nhận, yêu cầu thiết bị ngồi trao đổi tin - Máy tính thiết bị ngồi trao đổi tin theo chương trình (gọi chương trình phục vụ ngắt) - Kết thúc trao đổi, máy tính trở lại chương trình từ điểm dừng Phương pháp trao đổi theo ngắt chương trình khắc phục nhược điểm hai phương pháp đồng khơng đồng bộ, cho phép tận dụng tối đa thời gian làm việc máy tính b Trao đổi DMA Đây phương thức trao đổi trực tiếp với khối nhớ máy tính mà khơng thơng qua CPU Khi đó, CPU trạng thái treo, nhường quyền điều khiển BUS cho khối ghép nối Thiết bị khối nhớ máy tính tiến hành trao đổi (đọc/ghi liệu), sau qúa trình kết thúc nhường lại quyền điều khiển BUS cho CPU 1.2 Vai trò, nhiệm vụ cấu trúc khối ghép nối 1.2.1 Vai trò Trong q trình trao đổi máy tính thiết bị ngồi, khối ghép nối giữ vai trị trung chuyển tin Trung chuyển có nghĩa tích cực q trình nhận tin từ thiết bị ngồi vào máy tính, khối ghép nối nhận tin từ thiết bị ngồi, xử lý gửi cho máy tính theo khn dạng tin, tốc độ thích hợp thích hợp Ngược lại, q trình gửi tin từ máy thiết bị ngồi, khối ghép nối nhận tin từ máy tính, xử lý giữ cho thiết bị theo dạng phù hợp với thiết bị tương ứng 1.2.2 Nhiệm vụ Để đáp ứng vai trò trên, đòi hỏi khối ghép nối phải thực nhiêm vụ sau: a Phối hợp mức cơng suất tín hiệu Mức tín hiệu đường dây máy tính mức TTL (nằm khoảng 0V5V), công suất thường nhỏ mức tín hiệu thiết bị ngồi đa dạng công suất thường lớn yêu cần khối ghép nối phải có khả phối hợp mức cơng suất tín hiệu Để thực chức này, khối ghép nối thường chứa chuyển đổi mức, khuếch đại, phối hợp cơng suất b Phối hơp dạng tin Tín hiệu đường dây máy tính tín hiệu số dạng song song tín hiệu thiết bị ngồi tín hiệu số, tương tự dạng nối tiếp, song song dạng mã khác Vì vậy, khối ghép nối phải có nhiệm vụ biến đổi tương thích khn dạng tín hiệu thiết bị ngồi máy tính Các biến đổi số/tương tự, 10 tương tự/số; chuyến đổi nối tiếp/song song song song/nối tiếp khối ghép nối thực nhiệm vụ c Phối hơp tốc độ trao đổi tin Tốc độ trao đổi tin máy tính lớn nhiều lần so với tốc độ trao đổi tin thiết bị ngồi khối ghép nối thường phải nhận tin theo xung nhịp thiết bị phát tin theo xung nhịp máy tính Để thực nhiệm vụ này, khối ghép nối thường có nhớ đệm d Phối hợp phương thức trao đổi tin Một khối ghép nối hệ thống nhỏ, có phần mềm chí hệ điều hành Một khối ghép nối đương nhiên phối hợp với máy tính phương pháp trao đổi tin theo chương trình độc lập hoạt động phương pháp trao đổi DMA Ngoài nhiệm vụ trên, khối ghép nối cịn có khả phối hợp trở kháng, cảm kháng, dung kháng mạch điện tử máy tính thiết bị 1.3 Cấu trúc chung khối ghép nối Hình 1.1 mơ tả cấu trúc chung khối ghép nối 1.3.1 Khối phối hợp đường dây Khối có nhiệm vụ: − Phối hợp mức, cơng suất, khn dạng tín hiệu đường dây máy tính với đường dây thiết bị Khối thường chứa chuyển mức, chuyển mạch, khuếch đại công suất, ADC, DAC − Cơ lập đường dây máy tính khơng có trao đổi tin (trạng thái điện trở cao) − Điều khiển đưa tin ra, vào máy tính 1.3.2 Khối giải mã địa - lệnh Khối làm nhiệm vụ giải mã địa cho ghi bên khối ghép nối, địa tuỳ thuộc vào lệnh mà khối ghép nối nhận để thực Kết mà khối thực xung cho phép đọc/ghi ghi khối ghép nối 11 1.3.3 Khối xử lý ngắt Trong chế độ trao đổi tin theo ngắt chương trình, khối giữ vai trị tiếp nhận yêu cầu ngắt từ thiết bị ngoài, xếp chúng theo thứ tự ưu tiên định thông báo CPU yêu cầu ngắt ưu tiên phục vụ Khi CPU thông báo chấp nhận ngắt, khối nhận thơng báo đó, gửi ngược trở lại cho thiết bị Ngoài khối trên, khối ghép nối cịn có khối điều khiển điều khiển toàn hệ thống, khối phát xung nhịp đồng hệ thống Ao An Giải mã địa WR … CSn INTR RD INTR2 Phối hợ đường dây Phối hợ đường dây INTA INTR1 Xử lý ngắt Thanh ghi trạng thái Thanh ghi điều WR khiển RD WR Thanh ghi đệm đọc/viết Do - Dn Hình 1.1 Cấu trúc chung khối ghép nối 12 BUS thiết bị ngồi RD BUS máy tính RD WR CS1 1.4 Bài tập cuối chương Hãy nêu cấu trúc chung máy tính nhiệm vụ chức khối Hãy nêu dạng tin trao đổi máy tính Hãy nêu cấu trúc khối ghép nối chức khối Hãy đổi số sau hệ mười sang hệ mười sáu: 1029; 65530; 540 Hãy đổi số sau sang hệ hai hệ mười: 005EH; 12A0H; 0FFFEH 13 Chương Ghép nối trao đổi tin song song theo chương trình Chương giới thiệu cấu trúc cổng song song đưa số mạch thiết kế đơn giản ghép nối qua cổng song song ứng dụng đo lường điều khiển Trong mạch thiết kế, cần phải sử dụng đệm để khơng làm suy hao tín hiều chốt để tách tín hiệu địa 2.1 Các vi mạch đệm, chốt song song thông dụng 2.1.1 Vi mạch 74HC240 11 13 15 17 19 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 Máy tính truyền (D0-D3) Thiết bị truyền (D0-D3) 1G 2G 20 11 13 15 17 19 20 VCC 74HC240 Truyền 11 13 15 D7 17 VCC 19 20 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 Thiết bị ngồi nhận (D0-D3) Máy tính nhận (D0-D3) 1G 2G VCC 74HC240 b) a) D0 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 11 13 15 17 VCC VCC c) 19 20 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G VCC 1Y 1Y 1Y 1Y 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 D0 D0 Nhận D7 Truyền D7 VCC 11 13 15 17 19 20 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 D0 Nhận D7 1G 2G VCC d) Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý ứng dụng ‘240 Vi mạch ‘240 chứa chốt trạng thái với đầu vào A đầu Y Các điều khiển 1G 2G Vi mạch dùng làm truyền nhận bit có đảo (Hình 2.1.b); Bộ đệm bit có đảo khơng đảo (Hình 2.1.d,c) 2.1.2 Vi mạch 74HC244 Khác với ‘240, ‘244 chứa chốt trạng thái “không đảo”, cách điều khiển hồn tồn Các ứng dụng nêu là: Bộ đệm bit (hình 2.2.b), truyền nhận bit (hình 2.2.c) 14 11 13 15 17 19 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 11 13 15 17 1OE 2OE 20 VCC VCC 74HC244 19 20 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 1OE 2OE VCC 74HC244 Máy tính truyền (D0-D3) Thiết bị truyền (D0-D3) 11 13 15 17 /WR /RD 19 VCC 20 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y 1Y 1Y 1Y 2A1 2A2 2A3 2A4 2Y 2Y 2Y 2Y 18 16 14 12 Thiết bị ngồi nhận (D0-D3) Máy tính nhận (D0-D3) 1OE 2OE VCC Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý ứng dụng ‘244 2.1.3 Vi mạch 74HC245 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 19 D0 D7 Truyền/Nhận DIR OE 20 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC VCC 19 20 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 18 17 16 15 14 13 12 11 D0 D7 DIR OE VCC 74HC245 a) b) Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ứng dụng ‘245 Vi mạch ‘245 chứa 16 chốt trạng thái tạo thành cặp (hình 2.3.a) Các chốt cho phép OE điều khiển DIR Khi DIR=1, tín hiệu phép truyền từ đầu vào A sang B ngược lại Ứng dụng điển hình vi mạch truyền nhận bit song song (hình 2.3.b) 2.1.4 Vi mạch 74HC373 15 DATA BUS 13 14 17 18 11 20 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 12 15 16 19 DATA BUS 13 14 17 18 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D Cho phép 11 chốt VCC LE OE 12 15 16 19 LE OE 20 VCC 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q VCC VCC VCC DATA BUS 13 14 17 18 11 20 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 12 15 16 19 LE OE VCC 74HC373 a) b) c) Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý ứng dụng ‘373 Vi mạch ‘373 chứa D-FF cổng trạng thái điều khiển chân LE(11) OE (1) Các D-FF hoạt động chế độ chốt (Latch), chốt bit liệu BUS liệu (khi LE chuyển trạng thái từ sang 0), tạo thành ghi bit (Hình b) Ngồi để D-FF hoạt động FF thường ‘373 lại trở thành đệm BUS bit (Hình c) 2.1.5 Vi mạch 74HC573 ‘573 có cấu tạo hồn tồn giống ‘373 khác cách bố trí chân Cách bố trí chân ‘573 thuận tiện nhiều so với ‘373 việc thiết kế mạch in 11 20 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 19 18 17 16 15 14 13 12 LE OE VCC 74HC573 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý ‘573 2.2 Cổng song song 2.2.1 Giới thiệu Cổng song song thiết kế công ty Centronics nhằm mục đích ghép nối máy tính với máy in Sau cổng tiêu chuẩn hoá có mặt hầu hết máy tính Tên gọi cổng song song bắt nguồn từ kiểu truyền liệu qua 16 cổng này, bit truyền song song cịn byte truyền nối tiếp Ngồi tên gọi cổng song song cịn có tên gọi cổng LPT cổng Centronics Cấu trúc cổng song song gồm đường liệu, bốn đường dẫn điều khiển năm đường dẫn trạng thái Các đường dẫn tương thích mức TTL(0;5V) thuận tiện, đơn giản cho việc ghép nối nhiều linh kiện, mạch điện tương thích với mức logic Sử dụng cổng song song đo lường điều khiển tương đối đơn giản Khoảng cách truyền cổng song song bị hạn chế điện dung ký sinh, tượng cảm ứng bị suy giảm công suất Khoảng cách bị giới hạn khoảng 2m Nếu cần ghép nối khoảng cách xa cần có đệm, phương pháp làm giảm điện dung kí sinh, tượng cảm ứng (chẳng hạn kẹp mass đường tín hiệu) Nếu muốn có khoảng cách xa nữa, nên chọn giải pháp ghép nối trao đổi tin nối tiếp truyền liệu qua cổng song song với khoảng cách xa tăng khả gây lỗi liệu truyền mà cịn tăng chi phí Tốc độ truyền qua cổng song song đạt đến giá trị Mbit/s Trong máy tính hệ cũ, cổng song song có tới 36 chân ngày để giảm chi phí, người ta chuẩn hoá thành 25 chân, số 25 chân có 18 chân có ý nghĩa, chân cịn lại chân nối mass Dưới sơ đồ giao diện cổng song song máy tính: Hình 2.6 Giao diện cổng song song máy tính PC Ký hiệu ý nghĩa chân cắm cổng song song kết nối với máy in bảng 2.1: 17 Bảng 2.1 Sắp xếp chân tín hiệu ổ cắm 25 Chân 36 Chân 1 STROBE Ra Tín hiệu thơng báo có 1byte sẵn sàng in 2-9 2-9 D0-D7 Ra Các đường liệu từ D0-D7 10 10 ACK Vào Tín hiệu xác nhận nhận 1byte máy in máy tính Ký hiệu Vào/ra(I/O) (Acknowledge) Mơ tả 11 11 BUSY Vào Tín hiệu báo bận máy in 12 12 PE (Paper Empty) Vào Tín hiệu báo hết giấy máy in 13 13 SLCT (Select) Vào Tín hiệu báo trạng thái sẵn sàng máy in 14 14 AF Ra Tín hiệu u cầu nạp dịng máy tính máy in (Auto Linefeed) 15 32 ERROR Vào Tín hiệu thơng báo lỗi máy in máy tính 16 31 INIT(RESET) Ra Tín hiệu khởi động lại máy tính máy in 17 36 SLCTIN (Select Input) Ra Tín hiệu lựa chọn máy in máy tính 18-25 19-30, 33 GND Tín hiệu nối mass 16 Tín hiệu nối mass 17 Tín hiệu nối mass 18 +5V 34,35 Không sử dụng Các đường dẫn tín hiệu cổng song song chia thành nhóm: − Các đường dẫn tín hiệu xuất từ máy tính điều khiển máy in gọi đường dẫn điều khiển 18 − Các đường dẫn tín hiệu đưa thơng báo ngược lại từ máy in máy tính gọi đường dẫn trạng thái − Các đường dẫn xuất từ máy tính để truyền byte ký tự cần in đường dẫn liệu Các nhóm đường dẫn tín hiệu liên quan tới ghi bên cổng song song Để ghép nối thiết bị ngoại vi hay mạch điện ứng dụng đo lường điều khiển với cổng song song ta phải tìm hiểu cách trao đổi với ghi thông qua cách xếp đường dẫn địa ghi phần mềm liên quan Có ba ghi bên cổng song song: − Thanh ghi liệu (có địa sở) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Bit liệu D0(chân 2) Bit liệu D1(chân 3) Bit liệu D2(chân 4) Bit liệu D3(chân 5) Bit liệu D4(chân 6) Bit liệu D5(chân 7) Bit liệu D6(chân 8) Bit liệu D7(chân 9) Hình 2.7 Kết nối chân cổng song song ghi liệu − Thanh ghi trạng thái (có địa có sở + 1) S7 S6 S5 S4 S3 0 ERROR(chân15) SLCT(chân13) PE(chân12) ACK(chân10) BUSY(chân11) Hình 2.8 Kết nối chân cổng song song ghi trạng thái 19 − Thanh ghi điều khiển (có địa có sở + 2) C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 STROBE(chân 1) AF(chân 14) INIT(chân 16) SLCIN(chân 17) IRQ-Enable Hình 2.9 Kết nối chân cổng song song ghi điều khiển Qua cấu trúc ghi ta thấy có đường dẫn liệu dẫn tới bit nhớ ghi liệu đường dẫn điều khiển Strobe, Auto Linefeed, Reset, Select Input dẫn tới bốn ô nhớ ghi điều khiển, cuối đường dẫn trạng thái Acknowledge, Busy, Paper Empty, Select, Error nối tới ô nhớ ghi trạng thái Riêng ghi điều khiển cần ý tới bit IRQ-Enable sử dụng cho mục đích ghép nối lại không nối với ổ cắm 25 chân, bit sử dụng để xố ngắt có liên quan với đường dẫn Acknowledge Hệ điều hành DOS dự tính đến bốn cổng song song đặt tên là: LPT1, LPT2, LPT3 LPT4 Tuy nhiên, hầu hết máy vi tính có cổng song song chí khơng có cổng song song lý kinh tế Khi bật máy, BIOS kiểm tra xem máy tính có trang bị cổng song song Các sổng song song BIOS tìm thấy theo tên LPT1, LPT2 Phần lớn phiên BIOS chạy giai đọan khởi động (Boot phase) máy tính, đó, thông số phần cứng cổng song song tìm thấy hiển thị khung hình chữ nhật Ta dừng lại q trình khởi động máy tính phím để quan sát kỹ thông số liệt kê bảng 2.2 Bảng 2.2 Các địa cổng song song máy tính PC Cổng song song (LPT) Địa ghi liệu LT1 LPT2 LPT3 LPT4 3BCh 378h 278h 2BCh 20 Địa ghi trạng thái 3BDh 379h 279h 2BDH Địa ghi điều khiển 3BEh 37Ah 27Ah 2BEh Thơng qua địa chỉ, ta trao đổi phần mềm với ghi cổng song song cách thiết lập cho chân cổng lên mức cao (High) xuống mức thấp (Low) Đối với cổng song song, chiều ghi hướng Thanh ghi điều khiển có chiều ra, ghi trạng thái có chiều vào, riêng ghi liệu với số máy có hai hướng tính hai hướng bị hạn chế 2.2.2 Giao diện hướng cổng song song Giao diện hướng (hướng từ máy tính đưa ra) sử dụng chân tín hiệu ghi liệu ghi điều khiển, ghi có chiều Nếu sử dụng giao diện hướng tối đa có 12 chân tín hiệu độc lập Để sử dụng giao diện ứng dụng điều khiển, trước tiên phải chắn xem chân tín hiệu hai đường dẫn điều khiển đường dẫn liệu cịn tốt hay khơng, sử dụng phần cứng phần mềm đơn giản sau để kiểm tra: Ghép nối Led đơn với chân tín hiệu đường đẫn liệu điều khiển J1 D1 14 15 16 17 18 19 20 21 22 10 23 11 24 12 25 13 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 CONN-D25M D11 D12 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch kiểm tra giao diện hướng cổng song song 21