bài tập kỹ thuật ghép nối máy tính

qua đó đưa ra cách thiết kế các modul ghép nối giao tiếp với máy tính, xâydựng các chương trình điều khiển thiết bị cho các modul ứng dụng trong dân dụng vàđiều khiển các quá trình công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ -o0o -

TÀI LIỆU

HƯỚNG DẪN BÀI TẬP

TÊN HỌC PHẦN: KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH

MÃ HỌC PHẦN: TEE502

NGƯỜI BIÊN SOẠN: NGUYỄN TIẾN DUY

BỘ MÔN: TIN HỌC CÔNG NGHIỆP

Lưu hành nội bộ

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ -o0o -

NGUYỄN TIẾN DUY

Lưu hành nội bộ

LỜI NÓI ĐẦUMục tiêu của học phần:

Môn học cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật giao tiếpgiữa máy tính với thiết bị ngoại vi thông qua các giao diện như ISA, LPT, PCI, COM,USB qua đó đưa ra cách thiết kế các modul ghép nối giao tiếp với máy tính, xâydựng các chương trình điều khiển thiết bị cho các modul ứng dụng trong dân dụng vàđiều khiển các quá trình công nghiệp

Mô tả vắn tắt nội dung học phần

Tổng quan kỹ thuật ghép nối máy tính; Các phương pháp trao đổi thông tin;Giới thiệu về các chuẩn giao tiếp cơ bản; Ghép nối tín hiệu tương tự; Ghép nối bus vàkhe cắm mở rộng; Ghép nối song song; Ghép nối nối tiếp; Các thiết bị ngoại vi cơ bản,các loại card ghép nối như: modem, net card, AD/DA card, card đo tần số, … Một số

ví dụ ứng dụng cụ thể

3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ 6

GHÉP NỐI MÁY TÍNH 6

1.1.Tóm tắt lý thuyết 6

1.2.Các câu hỏi 6

1.3.Các vấn đề về thảo luận 7

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI DỮ LIỆU 8

2.1.Tóm tắt lý thuyết 8

2.2.Các câu hỏi củng cố bài học 8

2.3.Các dạng bài tập 9

2.4.Các vấn đề về thảo luận: 9

CHƯƠNG 3: GHÉP NỐI TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 10

3.1.Tóm tắt lý thuyết 10

3.2.Các câu hỏi củng cố bài học 10

3.3.Các vấn đề về thảo luận: 10

CHƯƠNG 4: GHÉP NỐI BUS VÀ KHE CẮM MỞ RỘNG 11

4.1.Tóm tắt lý thuyết 11

4.2.Các câu hỏi củng cố bài học 11

4.3.Các dạng bài tập 11

4.4.Các vấn đề về thảo luận: 12

CHƯƠNG 5: GHÉP NỐI SONG SONG 13

5.1.Tóm tắt lý thuyết 13

5.2.Các câu hỏi củng cố bài học 13

5.3.Các dạng bài tập 13

5.4.Các vấn đề về thảo luận: 17

CHƯƠNG 6: GHÉP NỐI VÀ TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP 18

6.1.Tóm tắt lý thuyết 18

6.2.Các câu hỏi củng cố bài học 18

6.3.Các dạng bài tập 18

6.4.Các vấn đề về thảo luận: 18

CHƯƠNG 7: CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI CƠ BẢN 19

7.1.Tóm tắt lý thuyết 19

7.2.Các câu hỏi củng cố bài học 19

7.3.Các vấn đề về thảo luận: 19

ĐÁP ÁN 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH VÀ

GHÉP NỐI MÁY TÍNH 1.1 Tóm tắt lý thuyết

Giới thiệu cấu trúc chung của hệ thống máy tính (hệ thống tính toán); Yêu cầu

về trao đổi thông tin giữa hệ thống máy tính với thiết bị bên ngoài; Dạng và các loạithông tin trao đổi giữa máy tính và thiết bị; Chức năng, nhiệm vụ của thành phần ghépnối máy tính; Yêu cầu về phần mềm điều khiển vào/ra dữ liệu của modul ghép nối,môi trường thiết kế, mô phỏng và xây dựng phần cứng, phần mềm

1.2 Các câu hỏi

Câu 1.1: Trình bày chức năng, nhiệm vụ của một khối ghép nối Trong ghép nối giữa

máy tính và máy in thông thường qua cổng máy in, khối ghép nối nằm ở đâu vàchức năng cụ thể của nó là gì?

Câu 1.2: Khối ghép nối (phối ghép I/O) giữa hệ thống máy tính nói riêng và hệ vi xử

lý nói chung có những nhiệm vụ gì?

Câu 1.3: Xác định các chức năng của khối ghép nối trong hệ thống điều khiển động cơ

điện xoay chiều 3 pha 380V

Câu 1.4: Trình bày cấu trúc chung của một khối ghép nối Để có thể lập trình điều

khiển ghép nối được thì khối ghép nối bắt buộc phải có thành phần nào? Tại sao?

Câu 1.5: Liệt kê các giao diện có thể sử dụng trong ghép nối của máy tính PC Cho

biết các đặc điểm cơ bản của các giao diện đó

Câu 1.6: Trình bày các lệnh điều khiển vào/ra dữ liệu trong máy tính bằng ngôn ngữ

C++ Cho biết phương pháp lập một bit bất kỳ trong thanh ghi cho trước lên 1

Câu 1.7: Trình bày các lệnh điều khiển vào/ra dữ liệu trong máy tính bằng ngôn ngữ

C++ Cho biết phương pháp xóa một bit bất kỳ trong thanh ghi cho trước về 0

Câu 1.8: Trình bày các lệnh điều khiển vào/ra dữ liệu trong máy tính bằng ngôn ngữ

C++ Cho biết phương pháp kiểm tra một bit bất kỳ trong thanh ghi cho trước là 0hay 1

Câu 1.9: Khi thực hiện thiết kế một modul mở rộng để ghép nối với máy tính phục vụ

cho đo lường (điều khiển) ta thường có nhiều giải pháp, dựa trên những quan tâm

gì để chọn giải pháp thiết kế?

Câu 1.10: Nguyên tắc thu thông tin từ bên ngoài vào máy tính trong các hệ thống đo

lường và điều khiển ghép nối với máy tính

1.3 Các vấn đề về thảo luận

- Thảo luận về các câu hỏi trong phần 1.2

7

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI DỮ LIỆU 2.1 Tóm tắt lý thuyết

Các phương pháp điều khiển trao đổi vào ra thông tin:

- Điều khiển bằng chương trình (CPU): trực tiếp (không hội thoại); có hội thoạibằng tín hiệu phần cứng: hỏi vòng (polling), ngắt vi xử lý (interrupt)

- Điều khiển bằng cách truy nhập trực tiếp bộ nhớ (DMA)

- Vào/ra theo kênh

2.2 Các câu hỏi củng cố bài học

Câu 2.1: Nguyên tắc của phương pháp vào/ra đữ liệu có tín hiệu móc nối Ưu nhược

điểm của phương pháp

Câu 2.2: Trình bày ưu ngược điểm của phương pháp vào ra bằng hỏi vòng trạng thái?

Phương pháp này thường sử dụng trong trường hợp nào? Lấy ví dụ thực tế

Câu 2.3: Trong phương pháp điều khiển vào/ra băng cách hỏi vòng trạng thái của thiết

bị, phần cứng và phần mềm điều khiển cần đảm bảo yêu cầu gì?

Câu 2.4: Trình bày ưu, nhược điểm của phương pháp vào/ra bằng ngắt bộ VXL Khi

nào thì sử dụng phương pháp vào/ra này? Liên hệ một số ứng dụng thực tế

Câu 2.5: Để thực hiện vào/ra bằng ngắt, vi xử lý cần phải đáp ứng yêu cầu gì?

Câu 2.6: Nêu những ưu điểm và khó khăn của việc vào/ra dữ liệu bằng cách ngắt bộ vi

xử lý

Câu 2.7: Trình bày cơ chế cho phép vi xử lý 80x86 có thể nhận nhiều đầu vào ngắt

cứng

Câu 2.8: Để khắc phục những đặc điểm gì của phương pháp vào/ra dữ liệu với thiết bị

ngoại vi bằng cách thăm dò trạng thái sẵn sàng của thiết bị ngoại vi (Polling) vàngắt bộ vi xử lý (Interrupt) mà người ta đưa ra phương pháp vào/ra dữ liệu với thiết

bị ngoại vi bằng cách truy nhập trực tiếp bộ nhớ (DMA)

Câu 2.9: Trình bày ưu nhược điểm của phương pháp vào ra bằng DMA Nêu các bước

DMAC thực hiện điều khiển truyền một byte dữ liệu từ TBNV vào bộ nhớ

Câu 2.10: So sánh phương pháp vào ra bằng ngắt và vào ra bằng DMA Ưu nhược

điểm của mỗi phương pháp?

Câu 2.11: Phương pháp vào/ra DMA có thể áp dụng cho mọi loại thiết bị ngoại vi

không? Tại sao?

Câu 2.12: So sánh phương pháp vào ra bằng hỏi vòng và vào ra bằng ngắt Ưu nhược

điểm của mỗi phương pháp

Câu 2.13: Khi trao đổi dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi bằng chương trình, ta

có thể thực hiện các lệnh vận chuyển dữ liệu một cách trực tiếp hoặc thông qua cáctín hiệu móc nối hoặc bằng cách ngắt bộ vi xử lý Hãy cho biết, ta sẽ lựa chọn mộttrong các phương pháp trên khi nào?

2.3 Các dạng bài tập

Câu 2.14: Hãy xây dựng chương trình (bằng ngôn ngữ tuỳ chọn) thực hiện đọc cổng

trên mỗi khi cổng có số liệu và hiển thị kết quả ra màn hình dưới dạng hệ cơ số 10(giả sử đã có thủ tục đổi một số trong thanh ghi al ra xâu ký tự biểu diễn số đó vàlưu tại một biến mảng ký tự do thanh ghi di trỏ tới)

Câu 2.15: Hãy xây dựng chương trình (bằng ngôn ngữ tuỳ chọn) thực hiện đọc toàn

bộ dữ liệu từ một file định kiểu có tên là ‘solieu.dat’ (biết rằng mỗi phần tử dữ liệucủa file là 1 byte) và đưa ra cổng trên mỗi khi cổng có thể nhận dữ liệu

Câu 2.16: Hãy xây dựng chương trình (bằng ngôn ngữ tuỳ chọn) hoặc giải thuật thực

hiện đọc cổng trên mỗi khi cổng có số liệu và hiển thị kết quả ra màn hình dướidạng hệ cơ số 10

Câu 2.17: Hãy xây dựng chương trình (bằng ngôn ngữ tuỳ chọn) hoặc giải thuật thực

hiện đọc toàn bộ dữ liệu từ một file định kiểu có tên là ‘solieu.dat’ (biết rằng mỗiphần tử dữ liệu của file là 1 byte) và đưa ra cổng trên mỗi khi cổng có thể nhận dữliệu

2.4 Các vấn đề về thảo luận:

- Thảo luận về các câu hỏi trong phần 2.2, 2.3

9

CHƯƠNG 3: GHÉP NỐI TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 3.1 Tóm tắt lý thuyết

Đo lường các tín hiệu tương tự, tín hiệu tương tự (analog signal) và nguyên tắc

đo lường các tín hiệu trong hệ đo lường điều khiển số; Các thông số cần quan tâmtrong chuyển đổi tín hiệu tương tự - số và ngược lại Các vấn đề về chuyển đối tín hiệu

số - tương tự (D/A), các bộ chuyển đổi số - tương tự (DAC); Các vấn đề chuyển đốitín hiệu tương tự - tín hiệu số (AD), các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC)

3.2 Các câu hỏi củng cố bài học

Câu 3.1: Tín hiệu liên lục là gì? Cho ví dụ?

Câu 3.2: Tín hiệu số là gì? Cho ví dụ?

Câu 3.3: Nêu nguyên tắc của việc thu tín hiệu từ các thiết bị cảm biến.

Câu 3.4: Trình bày các thành phần cơ bản của một hệ thống xử lý tín hiệu theo tiếp

cận số

Câu 3.5: Trình bày về phương pháp biến đổi DA chia điện trở.

Câu 3.6: Trình bày về phương pháp biến đổi DA trong số nhị phân.

Câu 3.7: Trình bày về phương pháp biến đổi DA thang điện trở.

Câu 3.8: Trình bày về phương pháp biến đổi DA điều chế độ rộng xung.

Câu 3.9: So sánh các phương pháp trên về: độ phức tạp, độ phân giải, …

Câu 3.10: Trình bày về phương pháp biến đổi AD xấp xỉ tiệm cận.

Câu 3.11: Trình bày về phương pháp biến đổi AD tích phân sườn dốc.

Câu 3.12: Trình bày các tham số chính của một bộ biến đổi tương tự - số (ADC) So

sánh giữa phương pháp tích phân hai sườn dốc và phương pháp xấp xỉ tiệm cận

Câu 3.13: Trình bày các tham số chính của một bộ biến đổi số - tương tự (DAC) So

sánh giữa phương pháp chia điện trở và phương pháp trọng số nhị phân

Câu 3.14: Dựa vào yêu cầu gì khi lựa chọn một bộ chuyển đổi ADC 8 bit hoặc ADC

12 bit trong thiết kế modul ghép nối? Cho ví dụ minh hoạ

3.3. Các vấn đề về thảo luận:

- Thảo luận về các câu hỏi trong phần 3.2

CHƯƠNG 4: GHÉP NỐI BUS VÀ KHE CẮM MỞ RỘNG

4.1 Tóm tắt lý thuyết

Các vấn đề về phân tầng bus hệ thống bus của máy tính theo các cấp tốc độ;Các bus mở rộng của máy tính, các bus mở rộng được sử dụng để ghép nối mở rộngvới các modul vào/ra Cấu trúc và các tín hiệu của bus ISA, PCI, … Nguyên tắc khithiết kế modul mở rộng để kết nối với khe cắm, …

4.2 Các câu hỏi củng cố bài học

Câu 4.1: Trình bày mô hình phân cấp của hệ thống bus của máy tính IBM PC.

Câu 4.2: Trình bày về cấu trúc phần cứng, các tín hiệu của khe cắm ISA.

Câu 4.3: Trình bày về cấu trúc phần cứng, các tín hiệu của khe cắm PCI.

Câu 4.4: Nêu những ưu điểm của việc sử dụng khe cắm ISA để ghép nối modul mở

rộng với máy tính trong các hệ thống đo lường - điều khiển công nghiệp

Câu 4.5: Trình bày các đặc trưng của khe cắm ISA và cho biết tại sao khe cắm ISA

được sử dụng nhiều trong môi trường công nghiệp?

Câu 4.6: So sánh sự khác biệt giữa khe cắm ISA và khe cắm PCI.

Câu 4.7: Trình bày các ưu điểm của khe cắm PCI.

4.3 Các dạng bài tập

Câu 4.8: Vẽ một sơ đồ ghép nối để thu số liệu song song 8 bit tại cổng (port) có địa

chỉ 300h với khe cắm ISA (chi tiết mạch giải mã và các tín hiệu điều khiển cầnthiết tương ứng phương pháp vào/ra đã chọn)

Câu 4.9: Vẽ một sơ đồ ghép nối để xuất số liệu song song 8 bit tại cổng (port) có địa

chỉ 303h với khe cắm ISA (chi tiết mạch giải mã và các tín hiệu điều khiển cầnthiết tương ứng phương pháp vào/ra đã chọn)

Câu 4.10: Vẽ một sơ đồ ghép nối thu dữ liệu 8 bit, có tín hiệu móc nối tại địa chỉ bất

kỳ (300h – 31fh) Xây dựng đoạn chương trình tương ứng để đọc dữ liệu mỗi khicổng có dữ liệu

Câu 4.11: Vẽ một sơ đồ ghép nối để đưa ra dữ liệu 8 bit, có tín hiệu móc nối tại địa

chỉ bất kỳ (300h – 31fh) Xây dựng đoạn chương trình tương ứng để đọc dữ liệumỗi khi cổng sẵn sàng nhận dữ liệu

11

4.4. Các vấn đề về thảo luận:

- Thảo luận về các câu hỏi trong phần 4.2, 4.3

CHƯƠNG 5: GHÉP NỐI SONG SONG 5.1 Tóm tắt lý thuyết

Giới thiệu về các cổng song song vào/ra đơn giản, các vi mạch đệm, chốt dùng

đề thiết kế cổng song song Vi mạch cổng song song lập trình được PPI8255, cấu trúccổng song song LPT Ứng dụng của chúng trong việc thiết kế, kết nối với modul ghépnối mở rộng

5.2 Các câu hỏi củng cố bài học

Câu 5.1: Vi mạch PPI 8255 thường được sử dụng chính trong giao tiếp nào của máy

PC, giải thích tại sao?

Câu 5.2: Từ điều khiển trong 8255 có chức năng gì? Trình bày cấu trúc của từ điều

khiển chế độ

Câu 5.3: So sánh chế độ 0 và chế độ 1 của 8255 Cho biết ứng dụng của từng chế độ Câu 5.4: Trình bày hoạt động của cổng PA của 8255 trong chế độ 1, chiều vào Khi

ghép nối sử dụng vi mạch 8255 trong chế độ 1 cần chú ý điều gì?

Câu 5.5: Trình bày hoạt động của cổng PA của 8255 trong chế độ 1, chiều ra Khi

ghép nối sử dụng vi mạch 8255 trong chế độ 1 cần chú ý điều gì?

Câu 5.6: Nếu sử dụng 8255 làm mạch cổng, ta chỉ có thể đọc được 1 byte trong 1

lệnh, hãy cho ý tưởng ghép nối để vẫn sử dụng 8255 (số lượng tuỳ ý) mà có thể tậndụng được khả năng vận chuyển 16 bit của bus ISA cho phép đọc 2 byte trong 1lệnh

Câu 5.7: Nêu những đặc điểm của giao tiếp song song Khi nào ta chọn giải pháp ghép

nối modul mở rộng với máy tính thông qua khe cắm hoặc cổng song song (LPT)

Câu 5.8: So sánh những đặc điểm khi sử dụng khe cắm ISA hoặc cổng LPT để ghép

nối một modul mở rộng với máy tính trong đo lường - điều khiển

Câu 5.9: Khi sử dụng giao diện cổng máy in (LPT) để ghép nối với thiết bị ngoài, ta

có thể sử dụng các đường tín hiệu nào Khi không ghép nối với máy in thì cácđường đó có thể được sử dụng như thế nào?

Câu 5.10: So sánh chế độ cơ sở (SPP) và chế độ nâng cao (EPP) của cổng LPT Trình

bày cách thiết lập chế độ hoạt động cho cổng máy in

5.3 Các dạng bài tập

Câu 5.11: Xây dựng mạch giải mã địa chỉ cho vi mạch PPI 8255 có địa chỉ cơ sở là

300h bằng các vi mạch AND, OR, 74138 , … Xác định giá trị từ điều khiển thiết

13

lập chế độ cho vi mạch PPI 8255 làm việc ở như sau: PA: mode 0, vào; PB: mode

0, ra; PC thấp: ra, PC cao: vào

Câu 5.12: Xây dựng mạch giải mã địa chỉ cho vi mạch PPI 8255 có địa chỉ cơ sở là

304h bằng các vi mạch AND, OR, 74138 , … Xác định giá trị từ điều khiển thiếtlập chế độ cho vi mạch PPI 8255 làm việc ở như sau: PA: mode 0, ra; PB: mode 0,vào; PC thấp: ra, PC cao: vào

Câu 5.13: Xây dựng mạch giải mã địa chỉ cho vi mạch PPI 8255 có địa chỉ cơ sở là

310h bằng các vi mạch AND, OR, 74138 , … Xác định giá trị từ điều khiển thiếtlập chế độ cho vi mạch PPI 8255 làm việc ở như sau: PA: mode 0, ra; PB: mode 1,vào; PC thấp: vào, PC cao: ra

Câu 5.14: Cho sơ đồ ghép nối một vi mạch ADC với cổng máy in (LPT1) của máy

tính PC như sau:

Yêu cầu:

Viết chương trình điều khiển hoạt động của vi mạch ADC

theo lưu đồ như hình bên Biết rằng xung điều khiển tín hiệu

Start là một xung dương Các tín hiệu điều khiển được nối vào các chân củacổng LPT1 (Địa chỉ cơ sở = 378h) có số chân như hình vẽ

Câu 5.15: Cho sơ đồ ghép nối một vi mạch ADC với cổng máy in (LPT1) của máy

Kết thúc

S Đ

Khởi tạo cổng máy in Tạo xung Start Finish = 1 Đọc dữ liệu

Bắt đầu

S Đ

Yêu cầu:

Viết chương trình điều khiển hoạt động của vi mạch ADC theo lưu đồ như hìnhbên Biết rằng xung đưa vào tín hiệu Start là một xung dương Các tín hiệu điềukhiển được nối vào các chân của cổng LPT1 (Địa chỉ cơ sở = 378h) có số chânnhư hình vẽ

Câu 5.16: Cho sơ đồ ghép nối một máy in với cổng máy in (LPT1) của máy tính PC

như sau:

Yêu cầu:

Viết chương trình điều khiển hoạt động của máy in liên tục in

ra ký tự ‘A’ (có mã ASCII là 41h) theo lưu đồ như hình bên

Biết rằng xung đưa vào tín hiệu Data strobe là một xung âm Các tín hiệu điềukhiển được nối vào các chân của cổng LPT1 (Địa chỉ cơ sở = 378h) có số chânnhư hình vẽ

Câu 5.17: Cho sơ đồ ghép nối một máy in với cổng máy in (LPT1) của máy tính PC

như sau:

Yêu cầu:

Viết chương trình điều khiển hoạt động của máy in liên

tục in ra ký tự ‘A’ (có mã ASCII là 41h) theo lưu đồ

như hình bên Biết rằng xung đưa vào tín hiệu Data

/ACK = 0

Tạo xung Strobe Bắt đầu

Kết thúc

S Đ

Khởi tạo cổng máy in

Gửi ký tự ‘A’

Busy = 0

Tạo xung Strobe Bắt đầu

Kết thúc

S

Đ Đ