luận văn ứng dụng điều khiển bộ nguồn

luận văn ứng dụng điều khiển bộ nguồn

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỘC LẬP _ TỰ DO _ HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH TUẤN NGUYỄN LÂM VŨ Lớp: 95KĐĐ Khóa: 1995 – 2000 1. TÊN LUẬN VĂN: THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN 2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 3. NỘI DUNG CÁC PHẦN LÝ THUYẾT & TÍNH TOÁN: SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 1 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 4. CÁC BẢN VẼ & ĐỒ THỊ: 5. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ VIẾT PHÚ 6. NGÀY NHẬN NHIỆM VỤ: 30 – 11 – 1999 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26 – 2 – 2000 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THÔNG QUA BỘ MÔN Ngày tháng năm 2000 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 2 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp LỜI CÁM ƠN Chúng em xin cảm ơn Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập và nghiên cứu trong suốt các năm qua. Chúng em xin chân thành cám ơn Quý Thầy Cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em, nhất là Quý Thầy Cô trong Khoa Điện đã giảng dạy trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp. Xin trân trọng cảm ơn Thầy Lê Viết Phú đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ. Xin cám ơn các bạn đã quan tâm và giúp đỡ. Xin cám ơn các bậc phụ huynh đã tạo mọi điều kiện về mặt tinh thần cũng như vật chất trong những năm học vừa qua Nguyễn Minh Tuấn Nguyễn Lâm Vũ SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 3 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 4 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 5 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay tin học đã thâm nhập vào tất cả mọi hoạt động trong xã hội và máy vi tính đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc hỗ trợ con người. Nó không chỉ làm giảm nhẹ lao động (kể cả lao động trí tuệ) mà còn giúp cho con người có những năng lực mới mà trước đây chúng ta khó hình dung được. Máy vi tính ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ quan, trường học, trong các ngành kinh tế và ngay cả trong gia đình. Theo đà phát triển hiện nay của nước ta thì quá trình hiện đại hoá, công nghiệp hoá là hai mục tiêu đứng đầu. Nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hóa thì không thể không nói đến quá trình tự động hóa, đó là một quá trình mà sự can thiệp của con người là tối thiểu. Mà để có tự động hoá trong các khâu, các nghành thì nhất thiết phải có sự hổ trợ của tin học mà cụ thể là các máy tính. Việc sử dụng máy vi tính trong lónh vực đo lường và điều khiển ngày càng phổ biến đòi hỏi phải ghép nối máy tính với các thiết bò bên ngoài trong đó tải hay các yếu tố chấp hành phải điều khiển được, còn các phần tử nhập liệu và các đầu đo thì được liên tục kiểm tra để cập nhật dữ liệu bằng một phần mềm được thiết kế riêng. Thông thường cách giải quyết vấn đề này một cách tốt nhất là thiết kế một khối ghép nối với bên ngoài máy tính để trao đổi thông tin với máy tính, khối đó chính là card giao tiếp. Trong thực tiễn sản xuất, việc đo lường và xử lý các đại lượng của thế giới thực như nhiệt độ, tốc độ, nguồn điện áp… là một yêu cầu cấp bách và thường xuyên. Để phần nào đáp ứng được yêu cầu đó, nhóm em quyết đònh thực hiện đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN Từ những vấn đề đó, nhóm em đã được Thầy LÊ VIẾT PHÚ hướng dẫn thực hiện đề tài theo hướng tự động hóa bằng máy tính cá nhân (Personal Computer) và đơn giản phần cứng bằng kỹ thuật lập trình. Tuy nhiên vì thời gian có hạn, nên trong quá trình thiết kế tập luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong sự giúp đỡ của Quý Thầy Cô và các bạn để cuốn Luận Văn Tốt Nghiệp này được hoàn thiện hơn. Ngày 20 tháng 02 năm 2000 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện NGUYỄN MINH TUẤN – NGUYỄN LÂM VŨ SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 6 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 1. MỤC ĐÍCH 2. YÊU CẦU II. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁT TÍNH IBM I. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM II. BỘ NHỚ 1. BỘ NHỚ ROM 2. BỘ NHỚ RAM III. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT NGOẠI VI 1. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT CƠ BẢN 2. 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 1. KỸ THUẬT GIAO TIẾP 2. 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 1. MODULE GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ VÀ ĐỆM DỮ LIỆU (MODULE 1) 2. MODULE NHẬN TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 2) 3. MODULE XUẤT TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 3) 4. MODULE NHẬN TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 4) SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 7 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 5. MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5) PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP 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 8 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN A: GIỚI THIỆU I. Mục đích – Yêu cầu của đề tài: 1. Mục đích: Nhằm đáp ứng được phần nào yêu cầu đo lường, khống chế và điều khiển các thiết bò máy móc trong sản xuất cũng như phục vụ cho nhu cầu học tập, thí nghiệm của sinh viên. Bên cạnh đó đề tài cũng để minh họa một trong nhiều ứng dụng của các IC chốt, giải mã thông dụng trên thò trường với giá thành rẻ và độ tin cậy cao. Ta có thể dùng các IC này trong mạch để thay thế các IC chuyên dùng như 8255… giúp ta tiết kiệm được kinh phí, khả năng mở rộng cao mà độ tin cậy như nhau trong các ứng dụng vừa và nhỏ. 2. Yêu cầu: Card giao tiếp phải thỏa mãn được các yêu cầu sau: + Dễ mở rộng, dễ phát triển. + Có thể điều khiển được nhiều đối tượng khác nhau (Bộ nguồn chỉ là một đối tượng. + Dễ thay đổi. + Ghép nối được với nhiều chủng loại máy tính khác nhau của họ máy vi tính IBM PC. + Sử dụng các linh kiện sẵn có, dễ tìm kiếm, giá thành phù hợp. + Khi thay đổi đối tượng điều khiển thì không cần thay đổi thiết kế phần cứng mà chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển. + Có khả năng quản lý được nhiều kênh khác nhau. + Có độ tin cậy và chính xác cao khi làm việc. II. Ý tưởng thiết kế: Trong đề tài này em chọn máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý và điều khiển vì nó có một số ưu điểm sau: SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 9 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 0 Về phương diện đo lường: - Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm. - Tự động xử lý bằng phần mềm. - Đáp ứng được yêu cầu đa dạng của các quá trình sản xuất.  Về phương diện xử lý: - Ưu điểm của máy tính là khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của nó rất lớn và linh động (có thể lưu trên Memory, các loại ổ đóa mềm và cứng) do xử lý số liệu bằng phần mềm. - Các phương pháp khác không có khả năng lưu trữ thông tin, kém linh động, chỉ có khả năng chỉ thò hoặc chỉ điều khiển mà không xử lý số liệu.  Về phương diện điều khiển: - Thực hiện được các phương pháp điều khiển khác nhau nhờ phần mềm.  Về phương diện kinh tế: - Giá thành thi công phải phù hợp, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao. Do đối tượng điều khiển trong đề tài này sử dụng dữ liệu số 8 bit nên ta sẽ thiết kế một card giao tiếp với máy tính theo dạng một board cắm vào khe slot theo chuẩn ISA 8 bit mà mọi máy vi tính PC IBM đều có để truy xuất dữ liệu từ D0 đến D7 trên Data Bus của máy tính để điều khiển đối tượng mà cụ thể trong đề tài này là bộ nguồn ổn áp có điện áp ra có thể thay đổi được trong khoảng từ 0V đến 25,5V. Ngoài ra, dựa trên các mục đích và yêu cầu đã nêu ở trên, hệ thống sẽ được thiết kế theo dạng module có thể tháo lắp độc lập nhau. Các module sẽ được gắn trên một đế cắm có nhiều slot cắm song song nhau và đế cắm này sẽ kết nối với card giao tiếp gắn trong trong máy tính bằng cáp để trao đổi dữ liệu. III. Các bước thiết kế: Để thuận tiện trong quá trình thiết kế cũng như phân bố đòa chỉ cho các card kết nối theo dạng module nhóm chúng em thiết kế theo trình tự: - Thiết kế card giao tiếp gắn bên trong máy tính trước, có nhiệm vụ đệm dữ liệu và giải mã đòa chỉ. SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 10 [...]... – 0CF 0E0 – 0EF Chức năng Bộ điều khiển DMA 1 (8232) Bộ điều khiển ngắt (8259) Bộ phát thời gian (8254) Bộ kiểm tra bàn phím (8242) Đồng hồ thời gian thực (MC 146818) Thanh ghi trang DMA (LS 670) Bộ điều khiển ngắt 2 (8259) Bộ điều khiển DMA 2 (8237) Dự trữ cho mảng mạch chính SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ 19 GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 0F8 – 0FF... 2EF 2F8 – 2FF 300 – 31F 320 – 32F 360 – 36F Bộ đồng xử lý 80x87 Bộ điều khiển đóa cứng Cổng dùng cho trò chơi (Game) Cổng song song 2 (LPT 2) Card EGA 2 Cổng nối tiếp 4 (COM 4) Cổng nối tiếp 2 (COM 2) Dùng cho card mở rộng Bộ điều khiển đóa cứng Cổng nối mạng (LAN) 378 – 37F Cổng song song 1 (LPT1) 380 – 38F Cổng nối tiếp đồng bộ 2 3A0 – 3AF Cổng nối tiếp đồng bộ 1 3B0 – 3B7 Màn hình đơn sắc 3C0 – 3CF... ngoài CPU còn có các cấu trúc phần cứng hỗ trợ tùy theo từng loại CPU mà sẽ dùng những IC khác nhau như: - Bộ đồng xử lý toán học (8087/80287) - Điều khiển ngắt Interrupt (8259A) SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ 12 GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp - Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp) (8237A) - Bộ tạo nhòp (8284) - Các cổng giao... (A0 A9) + 5 chân điều khiển : AEN, IOR, IOW, OSC, RESET Ngoài ra, trên Card Đệm và Giải mã này còn có thêm các đường nguồn + 5V và đường Mass Đường Mass này phải được nối giữa máy tính – Bộ nguồn – Các Card giao tiếp, do đó mọi biến động nhiễu của bộ nguồn hay các Card giao tiếp điều có ảnh hưởng đến máy tính và làm máy tính bò treo máy Để giảm tối thiểu các ảnh hưởng trên thì bộ nguồn và các Card... vào đó các chương trình điều khiển căn bản (Người ta thường gọi là ROM BIOS), những phần mềm hệ thống hoặc ứng dụng đi kèm với máy do hảng sản xuất cung cấp Những chương trình này không thể thay đổi được, không thể bò mất đi khi tắt máy và ROM chỉ cho phép đọc dữ liệu chứa trên nó mà thôi 2 Bộ nhớ RAM: RAM là phần còn lại của bộ nhớ trong Đây là vùng bộ nhớ chứa chương trình ứng dụng và dữ kiện cần thiết... (Program – Controlled I/O) - Vào / Ra điều khiển bằng ngắt (Interrupt service – Routine controlled I/O) - Vào / Ra thâm nhập trực tiếp (Hardwave – Controlled I/O : DMA) Các phương pháp trao đổi thông tin: a Vào / Ra điều khiển bằng chương trình : (Program–Controlled I/O) Có dạng điều khiển theo chương trình là : * Có điều kiện * Không có điều kiện Giao nhận Data không điều kiện là không để ý xem Port có... kế module nguồn ổn áp để minh họa dựa trên cách xuất dữ liệu ra thông qua card đệm và giải mã - Thiết kế phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ 11 GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁY TÍNH IBM I Bộ xử lý trung tâm : (CPU_Central Processing Unit) Đây là bộ phận trung tâm điều khiển mọi... với các Microprocessor hoặc dùng đơn độc - Bộ dồn 8 kênh với điều khiển đònh vò Logic - Với nguồn đơn 5Vdc thì áp ngõ vào ANALOG từ 0 ÷ 5 Volt - Tự động chỉnh Zero hay Fullscale - Đònh vò ngõ ra ba trạng thái  Các giá trò danh đònh: - Điện áp nguồn nuôi (Vcc) : 4.5 ÷ 6.5 Vdc - Áp ở chân bất kỳ (Trừ ngõ vào điều khiển) : -0.3V ÷ (Vcc + 0.3V) - p ngỏ vào điều khiển (Start, OE, CLOCK, ALE, A, B, C) : -0.3V... bộ điều khiển DMA - ALE (Address latch enable) : Tín hiệu ALE cho biết bắt đầu chu kỳ hoạt động - AEN (Address enable) : Tín hiệu này được phát từ bộ điều khiển DMA để báo quá trình DMA đang hoạt động Nó thường được dùng để vô hiệu hóa giải mã Logic cho I/O port (Khóa Port I/O) trong suốt chu kỳ DMA SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ 21 GVHD : Lê Viết Phú Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn. .. trường Việt Nam (TP.HCM) thì ADC 0809 được nhiều người sử dụng nhất vì nó thông dụng và giá thành tương đối thấp ADC0809 là một thiết bò đơn loại CMOS với bộ chuyển đổi 8 bit, có bộ dồn 8 kênh và bộ vi xử lý điều khiển tương hợp điều khiển Logic Bộ chuyển đổi 8 bit A/D dùng những phép tính gần đúng làm kỹ thuật biến đổi Mô hình ADC 0809 đã được ưa thích hơn nhờ kết hợp những nét mong muốn nhất của . Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 5. MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5) PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP PHẦN E: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN KẾT LUẬN SVTH. NGUYỄN MINH TUẤN NGUYỄN LÂM VŨ Lớp: 95KĐĐ Khóa: 1995 – 2000 1. TÊN LUẬN VĂN: THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN 2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 3. NỘI DUNG CÁC PHẦN LÝ THUYẾT &. - Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp) (8237A). - Bộ tạo nhòp (8284) - Các cổng giao tiếp song song, nối tiếp (8255). - Điều khiển CRT (6845) Ngoài ra, còn sử dụng