thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính

GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn SVTH: LÊ THANH HTIỆN 1 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN: Ngày tháng năm Giáo viên phản biện SVTH: LÊ THANH HTIỆN 2 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn em gặp rất nhiều khó khăn cũng như thuận lợi, nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Hồ Văn Cừu em đã hoàn thành những nội dung mà đề tài đưa ra. Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Văn Cừu đã tận tình hướng dẫn em. Và em cũng xin cảm ơn đến quý thầy cô đã giảng dạy cho em trong 4 năm qua. TP.Hồ Chi Minh Ngày 10 tháng 1 năm 2008 SVTH: LÊ THANH HTIỆN 3 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính MỤC LỤC 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 LỜI CẢM ƠN 3 MỤC LỤC 4 LỜI GIỚI THIỆU 6 Chương 2.Giới thiệu tổng quan 7 1.1.Giới thiệu chung 7 1.2.Giới thiệu đề tài 7 Chương 3.Tổng quan về giao tiếp máy tính và vi mạch 89C51 8 2.1.Tổng quan về giao tiếp máy tính 8 2.1.1.Phần cứng 8 2.1.2.Phần mềm 10 2.2.Vi mạch 89C51 15 2.2.1.Cấu trúc vi mạch 89C51 và chức năng của các chân 16 2.2.2.Cấu trúc bus 20 2.2.3.Bộ nhớ chương trình – Bộ nhớ ROM 20 SVTH: LÊ THANH HTIỆN 4 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 2.2.4.Bộ nhớ dữ liệu-Bộ nhớ RAM 21 2.2.5.Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) 24 2.2.6.Bộ nhớ ngoài (external memory) 31 2.2.7.Hoạt động RESET 34 2.2.8.Họat động định thời 36 2.2.9.Họat động ngắt 40 2.2.10.Họat động port nối tiếp 43 2.3.Sơ lược về bộ nhớ 54 2.3.1.Khái niệm 54 2.3.2.Phân loại bộ nhớ: một số bộ nhớ thông dụng 54 2.4.Giới thiệu chương trình Assambler 55 Chương 4.Thiết kế modun quang báo 60 3.1.Các IC được dùng trong mạch 60 3.2.Sơ đồ khối và Hoạt động các khối 66 3.21 Mater: 66 3.22 Slave: 66 3.3.Thiết kế và thi công 67 3.3.1.Giới thiệu 67 3.3.2.Thiết kế 68 Chương 5.Thực nghiệm 77 4.1.Kết quả 77 4.2.Hướng phát triển 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 77 PHỤ LỤC 78 SVTH: LÊ THANH HTIỆN 5 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Chương 1. LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cho nên nhu cầu về thông tin trở nên hết sức cần thiết trong cuộc sống cũng như trong họat động sản xuất kinh doanh. Để đáp ứng nhu cầu đó quang báo là một lựa chọn đầu tiên, vì nó rất dễ bắt mắt chung ta với nhiều màu sắc. Quang báo có thể hiển thị đuợc cả văn bản lẫn hình ảnh, vì vậy nó rất tiện lợi cho quảng cáo và thông báo những thông tin ngắn gọn. SVTH: LÊ THANH HTIỆN 6 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Chương 2. Giới thiệu tổng quan. 1.1. Giới thiệu chung. Khoa học kỹ thuật (KHKT) là một phần của văn minh con người. Sự phát triển của KHKT đã đưa con người tiến lên một thời kì mới. Thời kì của lao động trí óc thay cho lao động chân tay. Ngày nay KHKT phát triển như vũ bão, mà đặc biệt là ngành điện tử. Tuy ra đời sau nhưng hiện nay điện tử là ngành phát triển mạnh nhất của KHKT. Việc phát hiện ra các chất bán dẫn đã góp phần rất lớn vào việc thu nhỏ kích thước của linh kiện rất nhiều. Cộng với sự ra đời của IC đã giúp cho các sản phẩm điện tử trở nên nhỏ gọn hơn. Nói đến điện tử ta không thể không nhắc đến vi điều khiển (VĐK). Đúng vậy, ngày nay dù bất cứ nơi đâu ở trong nhà hay ngoài đường ta đều có thể bắt gặp các sản phẩm ứng dụng VĐK rất nhiều. Từ đơn giản như cái remote điều khiển ti vi, máy lạnh, đầu hát đĩa,…đến cái phức tạp hơn như điều khiển các tín hiệu đèn giao thông, các bảng đèn thông báo có những dòng chữ, hình ảnh chạy qua, rơi từ trên xuống, hay trồi từ dưới lên. Và phức tạp hơn nữa là điều khiển các dây chuyền sản xuất qua hệ thống máy tính. 1.2. Giới thiệu đề tài. Xã hội phát triển dẫn theo đó là nhu cầu về trao đổi thông tin. Thông tin rất cần thiết với con người trong cuộc sống cũng như trong sản xuất kinh doanh. Để đáp ứng nhu cầu trên, quang báo là hình thức cung cấp thông tin hữu ích không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Ở nước ngoài việc dùng quang báo để quảng cáo hay hiện những thông báo, tin tức đã có rất lâu. Thế nhưng tại Việt Nam thì nó mới phổ biến rộng rãi trong nhưng năm gần đây. Quang báo gồm nhiều ma trận LED có thể là:5x7, 5x8, 8x8, 8x12 hoặc 8x14 để ghép lại với nhau, một ma trận hoặc hai ma trận cùng biểu diễn một kí tự. Bên cạnh đó, sự ra đời của máy vi tính, chúng có những tính năng ưu việt như khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, độ tin cậy cao, lưu trữ thông tin lớn và quan trọng hơn cả SVTH: LÊ THANH HTIỆN 7 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính là máy tính có thể kết hợp với nhiều thiết bị ngoại vi tùy theo mục đích ứng dụng cụ thể. Việc trao đổi và điều khiển trở nên đơn giản hơn nhờ vào phầm mềm điều khiển. Nhờ tính năng đa dạng và mềm dẻo đó mà việc thiết kế quang báo giao tiếp máy tính trở nên ít phức tạp hơn. Để thực hiện một bảng quang báo lớn thì phải cần nhiều thời gian. Nhưng ở đây do thời gian ngắn và kiến thức còn hạn chế nên em chỉ thực hiện một modun nhỏ để hiểu hơn về quang báo. Từ những kiến thức cơ bản đó ta có thể mở rộng ra với modul lớn hơn, kinh tế hơn. Có nhiều cách để làm một mạch quang báo như: dùng IC rời, dùng vi xử lý, dùng VĐK,…ở đây em chọn cách dùng VĐK có giao tiếp máy tính qua cổng nối tiếp để điều khiển. Chương 3. Tổng quan về giao tiếp máy tính và vi mạch 89C51. 2.1. Tổng quan về giao tiếp máy tính. 2.1.1. Phần cứng. Giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi có thể dùng : Cổng máy in LPT_cổng song song. Cổng COM_cổng nối tiếp. Cổng USB_Univeral Serial Bus. 2.1.1.1. Cổng nối tiếp. Cổng nối tiếp RS-232C là giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người dùng máy tính PC còn gọi các cổng này là COM1, COM2. Giống như cổng máy in, cổng nối tiếp RS- 232C cũng được sử dụng một cách rất thuận tiện cho mục đích đo lường và điều khiển. Cổng RS-232C sử dụng điện áp -12V là mức logic [1] và +12V làm mức logic [0]. Hình 2.1: Cổng COM 1, COM 2 SVTH: LÊ THANH HTIỆN 8 DB- 25 1 13 1 5 6 9 DB-9 14 25 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Theo chuẩn RS-232C, đầu nối phần cứng có 25 chân, có hình chữ “D” nên gọi là chân cắm D-shell hay DB-25. Nhưng không phải tất cả đều sử dụng đầu nối DB-25 mà còn có DB-9 chân. Đầu nối Chức năng Tên Hướng DB-25 DB-9 1 Đất GND 2 3 Truyền dữ liệu TxD Xuất 3 2 Nhận dữ liệu RxD Nhập 4 7 Yêu cầu gởi RTS Xuất 5 8 Xóa việc gởi CTS Nhập 6 6 Dữ liệu sẵn sàng DSR Nhập 7 5 Nối đất vỏ máy GND 8 1 Dò sóng mang DCD 20 4 Terminal sẵn sàng DTR Xuất 22 9 Bộ chỉ thị vòng RI Nhập 2.1.1.2. Cổng USB. Chuẩn USB bắt đầu từ những năm 90 của thế kỹ trước khi ngành công nghiệp máy tính hợp sức phát triển một công nghệ mới, nhanh và đơn giản hơn để kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính. Kỹ thuật USB đã mở đường cho sự ra đời những thế hệ thiết bị ngoại vi mới, có thể kết nối với máy tính hiệu quả hơn. Hiện nay công nghệ USB cũng đã nhanh chóng xâm nhập vào lĩnh vực lưu trữ di động với bộ nhớ hàng Gigabyte. Chân 1: Vcc (màu đỏ). Chân 2: D - (màu trắng). Chân 3: D + (màu xanh lục). Chân 4: GND (màu đen). SVTH: LÊ THANH HTIỆN 9 4 3 2 1 4 3 1 2 (a) (b) Hình 2.2: Cổng USB (a). dạng B, (b). dạng A Bảng 2.1 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 2.1.1.3. Cổng LPT. Cổng máy in LPT có 17 đường dẫn (12 ra, 5 vào), các đường dữ liệu D0-D7 là những đường dẫn một chiều ra. Các đường tín hiệu vào ra có chốt. Chân 1: Strobe, khi máy tính đưa tín hiệu này ra thì báo cho máy in đọc dữ liệu vào để in. Chân 2-9:data. Chân 10: ACK, báo cho máy in biết là dữ liệu đã nhận được và yêu cầu máy gởi dữ liệu tiếp theo. Chân 11: Busy, báo cho máy tính biết máy in bận, tác động mức 1. Chân 12: PE, báo hết giấy. Chân 13: AF, tác động mức 0, máy tự động dịch một dòng sau khi in. Chân 15: Error, tác động mức 0, báo lỗi. Chân 16:INIT, tác động mức 0, đặt lại máy in. Chân 17: SLCTIN, tác động mức 0, báo máy in đưa dữ liệu vào. Chân 18-25: GND. 2.1.2. Phần mềm. 2.1.1. Giao tiếp dùng dòng điện vòng 20 mA. Dòng điện vòng đầu tiên được dùng để truyền tín hiệu nhị phân bất đồng bộ giữa máy tính và máy viễn ấn (teleprinter, TTY). Trong cách truyền này, mức 1 được biểu thị bởi dòng SVTH: LÊ THANH HTIỆN 10 [...]... năng đặc biệt có địa chỉ từ 80H÷0FFH Đia chỉ byte Địa chỉ bit SVTH: LÊ THANH HTIỆN Đia chỉ byte Địa chỉ bit 21 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU SVTH: LÊ THANH HTIỆN Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 22 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 80 byte 7F FF F0 RAM F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21... VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính khả năng tương thích lùi với những thiết bị USB ban đầu và cũng hoạt động tốt với những sợi cáp và cổng kết nối dành cho cổng USB ban đầu Hỗ trợ ba chế độ tốc độ (1.5, 1.2 và 480 mega bit trên giây), USB 2.0 hỗ trợ những thiết bị băng thông nhỏ như bàn phím và chuột, cũng như thiết bị băng thông lớn như Webcam với độ phân giải cao, máy quét, máy in... ROM SVTH: LÊ THANH HTIỆN 20 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Bộ nhớ ROM dùng để lưu chương trình do người viết chương trình viết ra Chương trình là tập hợp các câu lệnh thể hiện các thuật toán để giải quyết các công việc cụ thể, chương trình do người thiết kế viết trên máy vi tính, sau đó được đưa vào lưu trong ROM của vi mạch, khi hoạt động, 89C51 truy xuất từng câu lệnh... địa chỉ trực tiếp hay gián tiếp 2.2.4.2 RAM có thể truy xuất từng bit SVTH: LÊ THANH HTIỆN 23 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit có chứa các byte có chứa địa chỉ từ 20H÷2FH và các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt Khả năng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặc tính mạnh của vi mạch 89C51... thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ định thời TMOD ( timer mode register) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiểu định thời TCON (timer control register) ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON được định địa chỉ từng bit SVTH: LÊ THANH HTIỆN 28 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 2.2.5.7 Các thanh ghi của port nối tiếp Bên trong 89C51 có port nối tiếp để truyền thông với các thiết bị... phép Sau khi 90 phần trăm được sử dụng, máy SVTH: LÊ THANH HTIỆN 13 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính chủ sẽ từ chối mọi truy cập của những thiết bị đẳng thời và ngắt khác Điều khiển gói tin và gói tin cho truyền tải hàng loạt sử dụng mọi băng thông còn lại (ít nhất 10 phần trăm) USB chia băng thông cho phép thành những khung, và máy chủ điều khiển những khung đó Khung... là kết nối SVTH: LÊ THANH HTIỆN 15 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính 98C51 với bộ nhớ ROM từ bên ngoài (hay còn gọi là ROM ngoại) Dung lượng bộ nhớ ROM ngoại lớn nhất mà VĐK có thể kết nối là 64KB Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64KB (bộ nhớ RAM ngoại) Bộ xử lý bit ( thao tác trên các bit riêng rẽ) 210 bit có thể truy xuất đến từng bit 2.2.1 Cấu trúc vi mạch. .. TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính P2.0÷P2.7 P0.0÷P0.7 Vcc Port 0 driver GND Thanh ghi định địa chỉ Thanh ghi B Latch port 1 RAM Port 2 driver Latch port 1 ACC FLASH Con trỏ ngăn xếp Bộ đệm TMP 1 TMP 2 ALU Ngắt, port nối tiếp, bộ timer PSW PSEN ALE/PROG EA/Vpp RST Tính toán và điều khiển Bộ ghi lệnh PC INCREMENT ER Bộ đếm chương trình Con trỏ dữ liệu Latch port 1 Bộ giao động =... VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Ta có thể tóm tắt chức năng họat động từng chân của vi mạch 89C51 như sau: Port 0 (P0.0,P0.1,P0.2,…,P0.7) từ chân 32 đến chân 39 được dùng với 2 chức năng: vừa làm byte thấp cho bus địa chỉ, vừa làm bus dữ liệu khi dùng bộ nhớ ngoài và port I/O khi không dùng bộ nhớ ngoài Port 1 (P1.0,P1.1,…,P1.7) từ chân 1 đến chân 8 dùng làm port I/O để giao tiếp bên... baud - tăng 2 ở các chế độ 1, 2 và 3 của port nối tiếp Không định nghĩa Không định nghĩa Không định nghĩa SVTH: LÊ THANH HTIỆN 29 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU 3 2 1 0 Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính GF1 GF0 PD Bit cờ đa mục đích 1 Bit cờ đa mục đích 2 Nguồn giảm; thiết lập để tích cực chế độ nguồn giảm, chỉ ra khỏi IDL chế độ bằng reset Chế độ nghỉ; thiết lập để tích cực chế độ nghỉ, chỉ ra khỏi chế . có giao tiếp máy tính qua cổng nối tiếp để điều khiển. Chương 3. Tổng quan về giao tiếp máy tính và vi mạch 89C51. 2.1. Tổng quan về giao tiếp máy tính. 2.1.1. Phần cứng. Giao tiếp giữa máy tính. giữa máy tính và máy viễn ấn (teleprinter, TTY). Trong cách truyền này, mức 1 được biểu thị bởi dòng SVTH: LÊ THANH HTIỆN 10 GVHD: TS HỒ VĂN CỪU Thiết kế mạch quang báo giao tiếp máy tính Hình. 7 Chương 3.Tổng quan về giao tiếp máy tính và vi mạch 89C51 8 2.1.Tổng quan về giao tiếp máy tính 8 2.1.1.Phần cứng 8 2.1.2.Phần mềm 10 2.2.Vi mạch 89C51 15 2.2.1.Cấu trúc vi mạch 89C51 và chức năng