3 1 BÌA SỔ khổ giấy 210 x 297 mm N G U Y Ễ N T H Ị H U Y Ề N BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠO HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đ O L Ư Ờ N G & C Á C H Ệ T H Ố N G Đ IỀ U K H IỂ N NGÀNH[.]
3.1 BÌA SỔ: khổ giấy 210 x 297 mm NGUYỄN THỊ HUYỀN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠO HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐO LƯỜNG & CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGÀNH: ĐO LƯỜNG & CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TRUYỀN TIN THEO CHUẨN USB NGUYỄN THỊ HUYỀN 2005-2007 Hà Nội 2007 HÀ NỘI 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131784111000000 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN I: CƠ SỞ GIAO TIẾP USB - - PHẦN II: THIẾT KẾ BỘ THU THẬP DỮ LIỆU LÊN MÁY TÍNH THEO CHUẨN USB - 59 - PHẦN III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM QUẢN LÝ CỔNG USB TRÊN MÁY TÍNH………… - 65 - KẾT LUẬN… - 100 - PHỤ LỤC… - 100 - TÀI LIỆU THAM KHẢO - 103 - Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Quốc Cường, cảm ơn thầy trực tiếp tận tình hướng dẫn, quan tâm đơn đốc đưa lời khuyên, định hướng đắn suốt q trình tơi thực luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô mơn Đo lường Tin Học Cơng Nghiệp nói riêng, thầy cô trường đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, tơi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp bên cạnh động viên cho lời khuyên bổ ích Cuối tơi muốn nói lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ chồng tôi, người tạo điều kiện tốt vật chất tinh thần q trình tơi làm đồ án Hà Nội, tháng 11 năm 2007 Học viên thực Nguyễn Thị Huyền Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” ĐẶT VẤN ĐỀ Thế giới ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ ngành cơng nghệ máy tính xem phát triển mạnh Các hãng sản xuất máy tính ln làm hệ máy tính mình, máy tính nâng cấp chóng mặt tốc độ, khả xử lý thông tin, khả ứng dụng Với phát triển máy tính ngày cao người dùng ngày cảm thấy dễ chịu sử dụng chúng Hiện nay, máy tính PC có sẵn cổng kết nối (cổng máy in, RS232, PCI, PCMCIA, IEEE1394, LAN, USB) Máy tính xách tay (rất cần cho việc đo lưu động) phần lớn khơng có cổng RS232, cổng máy in, đặc biệt khơng có cổng PCI) Trước mà đời máy tính có cổng USB, số lượng cổng USB tăng lên đến chí cổng USB Các thiết bị ghép nối chuyển sang ghép nối USB: Máy in từ ghép nối cổng song song(LPT) chuyển sang sử dụng cổng USB, Chuột bàn phím từ cổng PS/2 chuyển sang USB Máy ảnh kỹ thuật số, máy quay phim, điện thoại di động, máy nghe nhạc, ổ cứng cắm qua cổng USB Cổng nối tiếp RS232 trước có cổng cịn một, chí máy tính xách tay khơng cịn cổng Cùng với phát triển máy tính, quan tâm đến ứng dụng nó, đặc biệt lĩnh vực truyền thông công nghiệp Khả giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi điều mà người làm lĩnh vực truyền thông công nghiệp cần phải tâm đến Mỗi thiết bị ngoại vi ghép nối với máy tính thơng qua cổng riêng biệt có địa cổng riêng, giao thức truyền liệu khác nhau, việc thiết kế cổng nối khác Các nhu cầu thực tế đo, thu thập số liệu, truyền tin ngày đa dạng phức tạp Điều dẫn đến nhiều trở ngại vấn đề thiết kế hệ thống trình sử dụng khách hàng Nhu cầu đặt cho kỹ sư thiết kế thiết bị đo khơng thách thức Một giải pháp đưa việc cải tiến việc truyền thông tin từ thiết bị đo, thiết bị ngoại vi nhằm đảm bảo phù hợp với Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” nhiều điều kiện cụ thể đa dạng Một yêu cầu mà thực tiễn đặt thiết bị ngoại vi phải kết nối đơn giản với máy tính, có khả linh động trường thiết bị đo xách tay, bàn thí nghiệm điện…và khơng nằm ngồi xu hướng phát triển máy tính Chuẩn truyền USB đời phát triển giải pháp đáp ứng yêu cầu Cổng USB phổ biến hỗ trợ nhiều Công nghệ ghép nối USB với giao thức truyền tin kiểu USB cải tiến vượt bậc quy mô bảy hãng sản xuất phần cứng lớn giới Với nhu câu thiết chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” làm luận văn thạc sĩ Tuy nhiên thời gian có hạn nên tơi khơng sâu vào thiết bị đo mà tập trung chủ yếu vào truyền tin theo chuẩn USB Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 -7“Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” PHẦN I: CƠ SỞ GIAO TIẾP USB I.1 Các cổng kết nối Trong máy tính thơng thường, CPU nhớ gắn với bo mạch vài linh kiện cần thiết khác Những thông tin chuyển qua lại linh kiện thông qua mạch lưới gọi Bus Các bus có 8, 16 hay 32 đường dẫn gọi bus bít, bus 16 bít hay bus 32 bít Hiển nhiên xa lộ đa luồng làm tăng lưu lượng xe chạy qua, bus chấp nhận số bít lớn chuyển tải nhiều thơng tin lúc, làm tăng đáng kể tốc độ hệ thống Có nhiều bus máy tính, chúng nối kết phần tử linh kiện máy với Một số bus nối với khe - slot bo mạch Người dùng thiết lập thêm tính cho máy tính cách cấm bo mạch - cạc (card) có tính riêng vào khe Một số bus khác nối với cổng nằm ngồi - xác ló khỏi vỏ máy chút Các thiết bị ngoại vi nối với máy tính thơng qua cổng có sẵn máy, hay thơng qua card chuyên biệt cắm vào khe cắm bo mạch - điều thật tiện lợi I.1.1 Cổng máy in Giao diện cổng máy in PC tương thích giao diện linh hoạt cho việc kết nối PC với thiết bị ngoại vi Giao diện phát minh hoàn tồn cho máy in kết nối với máy tính sau lại dùng cho nhiều loại thiết bị khác Sự đơn giản dựa vào việc liệu đến khỏi cổng dạng mẫu bít nhị phân Mẫu truy cập đo cách trực tiếp chân kết nối tương thích Khác với cổng nối tiếp dựa chíp để chuyển đổi liệu, liệu song song quản lý hoàn toàn phần mềm Điều có nghĩa là, bạn hồn thành việc điều khiển hành động tắt/mở đường hoàn toàn phần mềm Việc Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 -8“Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” hoàn thành cách viết liệu tới khu vực đặc biệt nhớ I/O máy tính Cổng máy in có ghi: cho liệu ra, cho đường điều khiển đầu ra, cho đường điều khiển đầu vào Chuẩn PC bắt đầu cổng I/O cho giao diện song song 0x378, thứ hai 0x278 Cổng ghi liệu hai chiều, nối trực tiếp vào chân qua chân giắc cắm vật lý Cổng thứ hai ghi trạng thái dành cho việc đọc cổng song song sử dụng cho máy in, ghi ghi lại trạng thái quan tâm máy in online, giấy ra, bận Cổng thứ ba ghi điều khiển dành cho đầu ra, Có ba loại cổng máy in khác thấy máy tính: • Cổng chiều: Cổng cổng xuất loại cổng kể Cả bao loại cổng chạy chế độ cổng chiều • Cổng hai chiều: Cổng cho phép liệu truyền theo hai chiều đường dây • Cổng song song nhanh: Cổng không cho phép liệu chuyển đổi theo kiêu hai chiều mà chạy với tốc độ cao Cổng hai chiều cho phép liệu truyền đường theo hai chiều, cổng loại hai ba chạy với mức chuyển đổi liệu ba mức chuyển đổi liệu I.1.2 Cổng nối tiếp Ðối với cổng nối tiếp, liệu truyền qua cổng dạng nối tiếp bít riêng rẽ, cổng nối tiếp gọi cổng COM(Communication ).Trong máy vi tính thường có hai cổng COM1 COM2 có cổng dự trữ COM3,COM4 Do liệu truyền bít cổng nối tiếp nên tốc độ truyền chậm lại đảm bảo tính xác truyền khoảng cách xa Vì phương pháp thuận tiện để ghép nối máy tính với thiết bị đầu cuối xa,đường Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 -9“Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” truyền có chiều dài lớn Chuẩn RS232 phương pháp ứng dụng để trao đổi thông tin với thiết bị khoảng cách xa Chuẩn RS232 Card điều khiển việc trao đổi thông tin không đồng máy vi tính với thiết bị bên ngồi dựa phương pháp thông tin ứng dụng rộng rãi gọi RS232 Chuẩn qui định chức 25 tín hiệu tín hiệu hội thoại (handshake ) cho q trình truyền liệu khơng đồng Nó đồng thời qui định mức điện áp, mức trở kháng, sườn lên, sườn xuống, tốc độ dung lượng truyền tối đa cho đường dây tín hiệu Trong máy vi tính, chuẩn RS232 dùng giao tiếp máy MODEM (Modulation - Demodulation ) để biến đổi tín hiệu máy vi tính thành tín hiệu điện thoại qua MODEM truyền theo mạng điện thoại tới thiết bị đầu cuối bên ngược lại, tín hiệu điện thoại gửi tới MODEM chuyển thành tín hiệu máy tính qua cổng RS232 truyền tới máy tính Chuẩn áp dụng việc ghép nối máy tính máy in chất lượng cao I.1.3 PCMCIA Trong tranh đua máy tính sổ tay loại nhỏ, PCMCIA cách để giảm kích thước Trước đây, với máy tính sổ tay (notebook) điều đáng quan tâm trước tiên bàn phím nguồn ni Các máy thiếu khả động khe cắm mở rộng Nhưng đây, người dùng than phiền vấn đề nhà thiết kế tìm cách giải mạch có kích thước thẻ tín dụng cắm vào máy cho phép bổ sung cổng giao tiếp, mở rộng nhớ lưu trữ phần mềm.Với trọng lượng vài gam từ đến 10,5 mm bề dày, loại card PCMCIA -như chúng gọi, hy vọng trở thành tương đương ISA (Industry Standard Architecture) máy để bàn Personal Computer Memory Card International Association nhóm bao gồm 300 nhà sản xuất cơng nghiệp thực việc chuẩn hố đặc tính PCMCIA để người dùng dễ dàng trao đổi card máy tính Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 - 10 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” Thành việc thiết lập chuẩn PCMCIA đạt vào cuối năm 1990 với việc đưa phiên 1.0 nhằm đáp ứng nhu cầu nhớ cho máy tính di động Phiên 2.0 giới thiệu vào tháng 9-1991 thiết lập chuẩn cho modem LAN, băng tần radio cầm tay thiết bị ngoại vi I/O (Input/Output) Phiên 2.0 tương thích với phiên trước đó, card dùng cho phiên 2.0 hoạt động với khe cắm phiên 1.0 Phiên 2.0 bao gồm kích thước card tương thích: • Loại I: Loại card xuất thị trường, dày mm thường dùng để mở rộng nhớ • Loại II: Dày mm Loại sử dụng cho ứng dụng Faxmodem, LAN • Loại III: Dày 10,5 mm, có chứa phận lưu trữ quay chủ yếu dùng liên lạc viễn thông, kể liên lạc không dây Hiện tại, phiên 2.01 đưa nhằm điều khiển trình đọc liệu card Phiên chứa phần hiệu chỉnh kiểu chữ khơng thêm đặc tính kỹ thuật Mặc dù thấy rõ ưu việt PCMCIA có tồn với cơng nghệ lên Một vấn đề chủ yếu khác kích thước loại card tính tương thích hệ thống Hiệp hội buộc nhà sản xuất trì loại card nhỏ Type III yêu cầu tính công nghệ cao Tuy vậy, số nhà sản xuất đưa loại thứ tư Mới Toshiba cho máy sổ tay T4600 với khe cắm PCMCIA Type IV 16 mm Trong đó, có u cầu từ nhà sản xuất, kích thước khe cắm PCMCIA tính tương thích hệ thống máy tính tiếp tục khác biệt Người ta dự tính chuẩn chung cho máy Notebook Laptop phải đến năm sau áp dụng Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007 - 11 “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo đại lượng truyền tin theo chuẩn USB” Tính linh hoạt PCMCIA ưu điểm lớn, tất loại card rút khỏi khe cắm máy làm việc liệu I.1.4 IEEE1394 Đây thiết kế cho bus tốc độ cao để lấp đầy mong muốn cho liên lạc số tốc độ cao thiết bị điện Chuẩn định nghĩa lớp vật lý cáp kết nối tới bus ảo Giao diện chuẩn định nghĩa phương thức truyền dẫn, trường giao thức Ứng dụng hệ cáp kết nối với panel sau máy tính cá nhân hay trực tiếp thiết bị tiêu thụ giá rẻ, tốc độ cao Chuẩn IEEE1394 cung cấp dịch vụ là: Thực kết nối/tháo gỡ cho thiết bị ổ đĩa, máy in, thiết bị cầm tay (máy quay phim, máy quét) IEEE 1394 bus nối tiếp tốc độ cao chuyên dùng cho việc lưu giữ hình ảnh số máy lưu giữ hình ảnh máy quay số Trong nhiều trường hợp, IEEE 1394 giống USB tốc độ cao.Tuy nhiên, không giống USB, IEEE1394 giao diện liên lạc đồng cấp (peer – to – peer) không cần PC phải can thiệp để nối kết thiết bị ngoại vi khác Điều có nghĩa thiết bị ngoại vi nối kết trực tiếp với với thiết bị khác, máy quay phim số I.1.5 Bus mở rộng ISA Trên bo mạch kiểu máy tính cũ tương thích IBM PC/XT (Bộ vi xử lý 8088 hay 8086) người ta dùng bus mở rộng có khe cấm 62 chân gồm đường dây đốt, dây nguồn nuôi, 20 đường địa 16 đường tín hiệu điều khiển Bus mở rộng XT bị giới hạn nhiều mặt, bus liệu bít, dịch vụ hệ thống khơng đủ dùng (các ngắt DMA) Thế nên nhà sản xuất đưa bus ISA mở rộng cho máy AT dùng vi xử lý 80286 - tức máy 286 với bus liệu 16bít Bus gồm hai đoạn khe cấm rời nhau, đoạn 62 chân kiểu dùng cho XT, đoạn bổ sung 36 chân - bổ sung dịch vụ ngắt, đường liệu, đường địa số đường Nguyễn Thị Huyền – Đo lường & hệ thống điều khiển – CH2005_2007