TÀI LIỆU TỔNG QUAN VỀ DAQ (DATA ACQUISITION AND CONTROL)

TÀI LIỆU, TỔNG QUAN VỀ DAQ,DATA ACQUISITION AND CONTROL

Trang 1

Tài liệu:

TỔNG QUAN VỀ DAQ (DATA

ACQUISITION AND

CONTROL)

Trang 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ DAQ (DATA ACQUISITION AND

CONTROL)

1 Định nghĩa và khái niệm

Thu thập dữ liệu (data acquisition) là quá trình chuyển tín hiệu vật lý từ thế giới thực thành tín hiệu điện để đo lường và chuyển sang tín hiệu số cho quá trình xử lý, phân tích và lưu trữ bằng máy tính

Trong hầu hết các ứng dụng, hệ thu thập dữ liệu (Data Acquisition (DAQ) System) được thiết kế không những chỉ để thu thập dữ liệu mà còn cả chức năng điều khiển Vì vậy khi nói hệ DAQ thường hàm ý cả chức năng điều khiển (Data Acquisition and Control)

Hình 1.1 – Các thành phần cơ bản của hệ DAQ

Trang 3

Tài liệu DAQ Chương 1

1.1 Bộ chuyển đổi (transducer) và cảm biến (sensor)

Bộ chuyển đổi và cảm biến thực hiện thay đổi các tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện để phần cứng có thể xử lý

Bộ chuyển đổi có thể chuyển hầu hết các đại lượng cần đo sang tín hiệu điện như: cặp nhiệt điện, nhiệt kế điện trở (RTD – Resistive Temperature Detector), nhiệt trở, …

1.2 Dây nối và cáp truyền thông

Dây nối: liên kết ngõ ra của chuyển đổi/cảm biến đến phần cứng khối xử lý tín hiệu hoặc từ khối xử lý tín hiệu đến PC nếu khối xử lý tín hiệu cách xa PC

Trường hợp phần cứng khối xử lý tín hiệu cách xa PC và chuẩn truyền tín hiệu

là RS-232 hoặc RS-485 : cáp truyền thông

Đây thường là thành phần cồng kềnh nhất của hệ thống và dễ chịu tác động của nhiễu bên ngoài, đặc biệt trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt Vì vậy cần quan tâm đặc biệt đến vấn đề chống nhiễu cho dây nối và cáp truyền thông để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu

1.3 Xử lý tín hiệu (Data conditioning)

Tín hiệu điện đầu ra của cảm biến cần được chuyển sang dạng thích hợp, tương thích với phần cứng khối thu thập dữ liệu, đặc biệt là bộ chuyển đổi A/D

Các nhiệm vụ của thành phần này có thể là:

- Lọc: thường là bộ lọc thông thấp để loại các thành phần tần số nhiễu

- Khuếch đại: dùng để tăng độ phân giải cho hệ thống

- Tuyến tính hóa: dùng để hiệu chỉnh cho các bộ chuyển đổi phi tuyến như cặp nhiệt điện

- Cách ly: dùng để cách ly với máy tính nhằm bảo vệ máy tính trước các thành phần điện áp cao

- Kích thích: dùng cho các bộ chuyển đổi cần dòng hay áp kích thích ngoài như cảm biến điện trở, nhiệt trở, …

1.4 Phần cứng thu thập dữ liệu

Thực hiện các chức năng sau:

- Chuyển tín hiệu dạng tương tự sang dạng số để hiển thị, lưu trữ và phân tích

- Đọc vào tín hiệu số chứa đựng thông tin về quá trình của một hệ thống

- Chuyển tín hiệu số từ PC sang tín hiệu điều khiển để điều khiển một hệ thống hay quá trình

- Xuất ra tín hiệu điều khiển dạng số

Phần cứng thu thập dữ liệu tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau từ nhiều nhà sản xuất, có thể là: card giao tiếp mở rộng (plug-in expansion bus boards), intelligent stand-alone loggers and controllers (loại này có thể được định cấu hình, quan sát và điều khiển từ máy tính qua RS-232 hoặc có thể hoạt động độc lập), hoặc

Trang 4

các thiết bi độc lập từ xa có thể điều khiển và định cấu hình từ máy tính qua chuẩn giao tiếp IEEE-488

- Dùng gói phần mềm ứng dụng cung cấp kèm với phần cứng thu thập dữ liệu

để thực hiện tất cả các nhiệm vụ yêu cầu cho một ứng dụng cụ thể

1.6 Máy chủ

Dùng thực thi các chương trình phần mềm và lưu trữ dữ liệu, có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của hệ thống

2 Cấu hình hệ DAQ

Việc lựa chọn cấu hình cho hệ DAQ phụ thuộc vào:

- Môi trường làm việc (phòng thí nghiệm, thu thập dữ liệu trong cùng khu vực sản xuất hay từ xa),

- Số lượng cảm biến và cơ cấu chấp hành yêu cầu, vị trí của chúng với máy chủ, hình thức xử lý tín hiệu yêu cầu, độ khắc nghiệt của môi trường làm việc là các yếu tố quan trọng

Các cấu hình thông dụng của hệ DAQ:

- Vào/ra tại chỗ (tập trung) với PC

- Vào/ra phân tán

- Các bộ thu thập dữ liệu và điều khiển độc lập hoặc phân tán

- Các thiết bị theo chuẩn IEEE-488

2.1 Vào / ra tập trung (Plug-in I/O)

- Các mạch vào/ra tập trung được cắm trực tiếp vào máy tính qua các bus mở rộng

- Đặc điểm: nhỏ gọn, tốc độ thu thập dữ liệu và điều khiển nhanh nhất, chi phí thấp vì vậy thường được dùng

- Được sử dụng trong các ứng dụng mà máy chủ ở gần cảm biến và cơ cấu chấp hành

Trang 5

Hình 1.2 – Một số ví dụ của Plug-in I/O board

2.2 Vào / ra phân tán (Distributed I/O)

Trong môi trường sản xuất công nghiệp, cảm biến và cơ cấu chấp hành thường

ở xa máy chủ, ở trong môi trường khắc nghiệt và bao phủ trong một diện tích rộng,

cách xa máy chủ hàng trăm mét Do đó, khó có thể nhận được tín hiệu nhỏ từ các cảm

biến như cặp nhiệt, cảm biến điện trở (strain gauge) qua đường truyền dài đồng thời

dây nối từ cảm biến về máy chủ dài và tốn kém

Giải pháp:

- Module xử lý tín hiệu được đặt gần mỗi cảm biến tương ứng cũng như mỗi

cảm biến cần có một module xử lý tín hiệu: vào/ra phân tán

- Giải pháp này có thể tốn kém nếu có nhiều cảm biến nhưng chất lượng tín

hiệu và độ chính xác cao

- Dạng thường gặp của vào/ra phân tán là bộ phát số Bộ phát số này thực

hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu cần thiết, có bộ vi điều khiển và

chuyển đổi tương tự - số (ADC) để chuyển tín hiệu cần đo sang dạng số Tín

hiệu dạng số này được truyền về máy chủ bằng chuẩn RS-232 hoặc RS-485

- RS-232: khoảng cách truyền gần

- RS-485: (multi-drop): giảm số lượng cáp truyền, có thể kết nối đến 32

modules, khoảng cách truyền có thể lên đến 10km nếu dùng multi-drop

network (RS-232: tối đa 15m)

Trang 6

- Cần bộ chuyển đổi từ RS-232 sang RS-485 do hầu hết các máy chủ không

hỗ trợ chuẩn RS-485

Hình 1.3 – Vào / ra phân bố - module phát số

2.3 Bộ thu thập dữ liệu độc lập hay phân tán

Ưu điểm: giống ưu điểm của I/O phân tán với các bộ xử lý tín hiệu thông minh, đồng thời khả năng tự quyết định từ xa làm tăng độ tin cậy của hệ thống, có thể điều khiển và định cấu hình từ máy tính dùng giao tiếp nối tiếp hoặc card PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) và có thể hoạt động độc lập mà không cần máy chủ (đây là mục tiêu chính) Vì vậy rất hữu ích khi phải đặt các

bộ thu thập dữ liệu ở xa hoặc trong môi trường khắc nghiệt hoặc các ứng dụng không cho phép sự kết nối liên tục tới máy tính (ví dụ: điều khiển nhiệt độ trong các xe tải đông lạnh)

Trang 7

Hình 1.4 - Sử dụng card PCMCIA để nhập dữ liệu từ bộ điều khiển / đăng nhập độc lập

Hình 1.5 - Sơ đồ bộ thu thập dữ liệu độc lập qua giao tiếp nối tiếp RS-232

Trang 8

Hình 1.6 - Kết nối bộ thu thập dữ liệu độc lập qua mạng điện thoại hay radio

Hình 1.7 - Hệ thu thập dữ liệu phân tán

Trang 9

2.4 Các thiết bị lập trình được IEEE-488

- Chuẩn truyền thông này còn được gọi là GPIB (General Purpose Interface Bus), được thành lập năm 1965 bởi Hewlett-Packard để kết nối và điều khiển các thiết bị đo thử lập trình được của hãng Chuẩn này nhanh chóng được thế giới chấp nhận và trở thành chuẩn IEEE-488 nhờ tốc độ, tính linh hoạt và hữu ích trong việc kết nối các thiết bị trong phòng thí nghiệm

- GPIB là chuẩn giao tiếp truyền thông song song tốc độ cao cho phép kết nối đồng thời 15 thiết bị trên bus truyền dữ liệu song song Thường yêu cầu có

bộ điều khiển GPIB để định địa chỉ cho từng thiết bị và khởi tạo các thiết bị

sẽ truyền thông với nhau

- Tốc độ truyền thông tối đa, chiều dài cáp truyền tối đa, khoảng cách tối đa giữa các thiết bị phụ thuộc vào tốc độ và khả năng xử lý của bộ điều khiển GPIB và loại cáp truyền

- Phù hợp cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu hoặc đo thử trong công nghiệp

- Có hàng ngàn sản phẩm trên thị trường hỗ trợ chuẩn giao tiếp này

Hình 1.8 - Cấu trúc hệ GPIB thông dụng

Trang 10

Hầu hết các hệ DAQ đều bao gồm khâu xử lý tín hiệu dưới một hình thức nào

2.1 Khuếch đại

Là nhiệm vụ chính yếu của khâu xử lý tín hiệu nhằm:

- Tăng độ phân giải cho phép đo (nhiệm vụ chính)

- Tăng tỷ số tín hiệu/nhiễu (SNR)

Tăng độ phân giải:

Ví dụ: Xét tín hiệu ngõ ra cảm biến 0-10mV nếu đưa trực tiếp vào ADC 12bit với full-scale 10V

ADC 12 bit  có tất cả 212 = 4096 mức điện áp khác nhau

Điện áp ngõ vào ADC từ 0V – 12V  độ phân giải 10V/4096 = 2,44 mV

Ngõ ra cảm biến từ 0 – 10 mV  chỉ phân biệt 5 mức điện áp: 0V; 2,44 mV; 4,88 mV; 7,32 mV và 9,76 mV

Nếu thực hiện khuếch đại tín hiệu tại ngõ ra cảm biến 10 lần: điện áp đưa vào ADC sẽ nằm trong khoảng 0 – 100 mV  phân biệt được 41 mức điện áp khác nhau

Tăng SNR:

Tín hiệu nhỏ ở ngõ ra của cảm biến cách xa phần cứng DAQ nếu được truyền trong môi trường nhiễu sẽ bị ảnh hưởng lớn của nhiễu Nếu tín hiệu nhỏ (bị nhiễu) này được khuếch đại tại phần cứng DAQ sau khi được truyền qua môi trường nhiễu thì

Trang 11

nhiễu trong tín hiệu này cũng được khuếch đại như tín hiệu cần đo Nếu nhiễu so sánh được với tín hiệu cần đo (SNR thấp) sẽ dẫn đến sai số lớn cho phép đo và phép đo là

ra cặp nhiệt lên 500 lần thì độ nhạy lúc này là 25mV/0C, sai số đo nhiễu lúc này (hàng uV) là rất nhỏ

2.2 Cách ly

 Cách ly dùng Opto : thường dùng cho tín hiệu số

 Cách ly bằng phương pháp từ trường/điện trường: dùng cho tín hiệu tương

tự, thực hiện bằng cách điều chế tín hiệu điện áp thành tần số, sau đó truyền tín hiệu tần số và biến đổi tần số thành điện áp ở đầu ra

Trang 12

2.3 Mạch lọc

Mạch lọc thực hiện nhiệm vụ loại bỏ nhiễu ra khỏi tín hiệu cần đo trước khi tín hiệu này được khuếch đại và đưa vào ADC Quá trình lọc có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm

Lọc bằng phần mềm: đọc tín hiệu đo nhiều lần hơn cần thiết và lấy trung bình Phương pháp này loại bỏ được nhiễu tuần hoàn hoàn toàn nếu các mẫu được trung bình hóa trong một chu kỳ của nhiễu

Lọc bằng phần cứng: các mạch lọc tương tự là rẻ nhất, bao gồm các mạch lọc thụ động (dùng các phần tử thụ động như RLC) và tích cực (dùng khuếch đại thuật toán – OpAmp)

Các thông số thông dụng của mạch lọc:

3.1 Các mạch xử lý tín hiệu cắm vào PC

- Mạch xử lý tín hiệu nằm trên phần cứng DAQ cắm vào máy chủ như hình

- Mỗi mạch xử lý tín hiệu cho một loại cảm biến

- Sử dụng cho ứng dụng nhỏ với số lượng cảm biến ít và nằm gần máy chủ

3.2 Các bộ phát 2 dây nối trực tiếp

Bộ phát 2 dây là module xử lý tín hiệu 2 cửa: nhận tín hiệu cần xử lý ở đầu vào

và xuất tín hiệu đã xử lý ở đầu ra Mỗi module cần một loại cảm biến Các bộ phát này không phải là thiết bị thông minh và không có ADC trên mạch

Trang 13

Tín hiệu đã được xử lý được truyền về phần cứng hệ DAQ tại máy chủ bằng 2 dây, tín hiệu truyền có thể là điện áp hoặc mạch vòng dòng điện (4-20 mA)

 Tín hiệu truyền điện áp (± 10V hoặc 0-10V) tương thích với hầu hết với đầu vào các mạch DAQ cho phép giao tiếp dễ dàng với các board DAQ hiện đại Tuy nhiên hạn chế của tín hiệu này là sụt áp trên dây truyền ở khoảng cách xa nên chỉ dùng phương pháp truyền điện áp khi đường truyền ngắn

 Tín hiệu dòng điện có khả năng miễn nhiễm với nhiễu cao và có thể truyền với khoảng cách hàng trăm m (lên đến 1000m) Bộ thu chuyển dòng sang áp để đưa vào ADC Bộ thu thường là một điện trở khoảng 500  / 10V (dòng 20 mA)

 Mỗi cặp cáp truyền cho một cảm biến riêng lẻ nhiều cáp kết nối đến máy chủ

 Nguồn cung cấp (15-40V) cần đủ công suất cung cấp dòng cho các modules theo yêu cầu

 Sơ đồ khối của một bộ phát 2 dây trực tiếp như hình

Trang 14

3.3 Vào/ra phân tán - bộ phát số

Mạch xử lý tín hiệu vào/ra phân tán sử dụng bộ phát số

Mạch xử lý tín hiệu vào/ra phân tán sử dụng bộ phát số riêng biệt

Trang 15

4.1 Khái niệm

Nhiễu: tín hiệu điện không mong muốn trong mạch

Không thể triệt nhiễu hoàn toàn mà chỉ có thể giảm biên độ nhiễu cho đến khi biên độ của nó không gây ảnh hưởng lên tín hiệu đo

4.2 Nguồn nhiễu và phân loại nhiễu

Có 3 thành phần tham gia quá trình sinh nhiễu:

Trang 16

Các hình thức gây nhiễu thường gặp trong hệ DAQ

- Ghép nối hỗ cảm (inductive coupling)

- Ghép nối điện dung (capacitive coupling)

- Ghép nối điện trở (conductive coupling)

Ghép nối điện trở:

Ghép nối điện dung:

Trang 17

Ghép nối hỗ cảm:

Trang 19

Dùng cáp có vỏ bọc và xoắn đôi

Dùng cáp xoắn đôi

Dùng cáp đồng trục

Trang 20

Chương 3 GIAO TIẾP GIỮA HỆ DAQ VỚI MÁY TÍNH

1.1 Nguyên lý

Chuyển đổi AD là qua trình chuyển từ tín hiệu tương tự từ các nguồn bên ngoài thành dạng tín hiệu số để máy tính có thể xử lý được

Quá trình chuyển đổi AD bao gồm:

- Lấy mẫu tín hiệu (Sampling)

- Lượng tử hóa (Quantizing)

- Mã hóa (Coding)

1.1.1 Lấy mẫu

Là quá trình thay tín hiệu tương tự bằng biên độ của nó ở những thời điểm cách

đều nhau, gọi là chu kỳ lấy mẫu Các giá trị này sẽ được chuyển thành số nhị phân để

có thể xử lý được Vấn đề ở đây là phải lấy mẫu như thế nào để có thể khôi phục lại tín hiệu gốc Tín hiệu lấy mẫu của tín hiệu gốc s(t) biểu diễn là s(nT) với T là chu kỳ lấy mẫu

nfST

Trang 21

Quá trình lấy mẫu mô tả ở trên là quá trình lấy mẫu lý tưởng Trong thực tế, do tín hiệu u(t) là các xung lấy mẫu với chu kỳ T, độ rộng  và biên độ a nên phổ tín hiệu thực tế sẽ không chỉ là hàm S(f) mà là:

2 / nT

dt)t(

xử lý số lượng dữ liệu lớn Từ đó, ta cần xác định tần số lấy mẫu sao cho có thể khôi phục lại gần đúng dạng tín hiệu với yêu cầu tốc độ xử lý giới hạn trong mức cho phép

Định lý lấy mẫu

Định lý lấy mẫu xác định điều kiện để một tập mẫu có thể cho phép khôi phục lại chính xác tín hiệu trước khi lấy mẫu Như khảo sát ở trên (hình 3.1), phổ của tín hiệu lấy mẫu là tín hiệu có chu kỳ trên miền tần số Để khôi phục lại dạng của tín hiệu,

ta chỉ cần giới hạn phổ tần của tín hiệu Quá trình này có thể thực hiện bằng một mạch lọc thông thấp với hàm truyền:

Hình 3.2 – Lấy mẫu tín hiệu với các tần số khác nhau

Trang 22

ff0f1

)T/sin(



(3.6) Phổ của tín hiệu sau khi khôi phục là:

)T/)'tt(sin(

)nT't()'t(sn

Như vậy, ta có thể khôi phục lại tín hiệu trước khi lấy mẫu khi phổ tín hiệu sau khi qua mạch lọc phải giống hệt với phổ tín hiệu gốc Theo hình 3.3, điều kiện này thoả mãn khi phổ tín hiệu gốc không chứa thành phần tần số lớn hơn fs/2

Trang 23

Trong trường hợp ngược lại, phổ của tín hiệu lấy mẫu sẽ bị méo dạng nên khi

sử dụng mạch lọc để khôi phục tín hiệu thì tín hiệu này sẽ khác với tín hiệu gốc, hiện

tượng này gọi lài chồng phổ (aliasing)

Từ đó định lý lấy mẫu phát biểu như sau:

"Một tín hiệu không chứa bất kỳ thành phần tần số nào lớn hơn hay bằng

Như vậy, tần số lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện fs ≥ 2fm trong đó fm là thành phần tần số lớn nhất có trong tín hiệu Tần số giới hạn này được gọi là tần số Nyquist

và khoảng (-fs/2,fs/2) gọi là khoảng Nyquist Trong thực tế , tín hiệu trước khi lấy mẫu

sẽ bị giới hạn bằng một mạch lọc để tần số tín hiệu nằm trong khoảng Nyquist

Ví dụ như tín hiệu âm thanh thường nằm trong khoảng (300,3400) Hz nên người ta sẽ đưa tí hiệu qua mạch lọc thông thấp để loại các thành phần tần số bậc cao

và thực hiện lấy mẫu ở tần số tối thiểu là 6,8 KHz

1.1.2 Lượng tử hóa

Lượng tử hoá là quá trình xấp xỉ các giá trị của tín hiệu lấy mẫu s(nT) bằng bội

số của một giá trị q (q gọi là bước lượng tử) Nếu q không thay đổi thì quá trình lượng

tử gọi là đồng nhất Quá trình này thực hiện bằng hàm bậc thang mô tả như sau:

Quá trình lượng tử có thể thực hiện bằng cách định nghĩa giá trị trung tâm của hàm lượng tử Ví dụ như trong hình 3.5, các giá trị trong khoảng từ (n – ½)q đến (n +

½)q sẽ được làm tròn là n Phương pháp này sẽ cực tiểu hóa công suất của tín hiệu lỗi

s(n)

Trang 24

Một phương pháp khác có thể sử dụng là dùng hàm cắt, nghĩa là các giá trị trong khoảng [nq,(n+1)q) sẽ làm tròn thành n

Như vậy, quá trình lượng tử hóa sẽ làm méo dạng tín hiệu và xem như tồn tại một tín hiệu nhiễu Sự méo dạng này gọi là méo lượng tử hay còn gọi là nhiễu lượng

tử

Biên độ của tín hiệu nhiễu lượng tử sẽ nằm trong khoảng (-q/2,q/2) Do sai số lượng tử không biết trước nên việc mô tả sai số lượng tử mang tính thống kê Tổng quát, ta có thể xem e(n) là chuỗi các biến ngẫu nhiên trong đó:

- Thống kê của e(n) không thay đổi theo thời gian (nhiễu lượng tử hóa là

quá trình ngẫu nhiên dừng)

- Nhiễu lượng tử e(n) không tương quan với tín hiệu ngõ vào s(n)

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Trang 25



= 6.02(N-1) + 10.79 - 20

s mAlog

Trang 26

 Phạm vi ngõ vào

Phạm vi ngõ vào là khoảng giá trị nhỏ nhất và lớn nhất mã ADC có thể chuyển đổi chính xác sang dạng số Phạm vi này có thể ở dạng đơn cực (chỉ có điện áp dương) hay lưỡng cực (bao gồm cả điện áp dương và âm) Trong các board ADC, thông thường phạm vi ngõ vào có thể thay đổi

 Phương pháp mã hóa dữ liệu

Dùng để xác định dữ liệu số ở ngõ ra theo tín hiệu tương tự ngõ vào Phương pháp mã hóa đơn giản nhất là offset: dữ liệu số thay đổi tuyến tính theo các mức lượng

tử

 Thời gian chuyển đổi

Là thời gian từ lúc bắt đầu quá trình chuyển đổi cho tới khi có dữ liệu số hợp lệ tại ngõ ra Ví dụ như ADC0804 và 0809 có thời gian chuyển đổi 100 µs

1.3 Một số vi mạch ADC

Hình 3.7 – Vi mạch ADC

 Mạch ứng dụng

+IN 6 -IN 7 VREF/2 9

VCC/VREF 20

CLKIN 4

CS 1 RD 2 WR 3

U4

ADC0804

CLK 10

OE 9

VCC 11

REF+

12 REF- 16

IN0 26 IN1 27 IN2 28 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5

A0 25 A1 24 A2 23

U4

ADC0809

Trang 27

Hình 3.9 – Sơ đồ mạch ứng dụng ADC0804

R3 1.13K

11 12 13 14 15 16 17 18

19 4

5

1 2 3

+IN -IN VREF/2

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

CLKR CLKIN

INTR

CS RD WR +5V

Trang 28

2 Chuyển đổi DA (Digital to Analog)

 Chuyển mạch bằng dòng điện

Hình 3.10 – DAC chuyển mạch dòng điện Phương pháp này tạo dòng điện ở ngõ ra bằng cách cộng tất cả các dòng điện thành phần Các dòng điện thành phần được điều khiển bằng các transistor, nếu giá trị ngõ vào tương ứng là logic 0 thì dòng điện qua R  diode  transistor tắt, ngược lại thì dòng điện qua R  transistor  OpAmp

Giả sử dòng điện tại ngõ vào OpAmp là IT  Vout = -ITR/2

Trang 29

Trang 30

A7 11

A6 10

A5 9

A4 8

A3 7

A2 6

A1 5

VR+

14

15

Trang 31

- Chế độ EPP (Enhanced Parallel Port)

- Chế độ ECP (Extended Capabilities Port)

3 chế độ đầu tiên sử dụng port song song chuẩn (SPP – Standard Parallel Port) trong khi đó chế độ 4, 5 cần thêm phần cứng để cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn

Sơ đồ chân của máy in như sau:

Thanh ghi

dữ liệu

Trang 32

Chân Tín hiệu Mô tả

khởi động máy in; máy in ở trạng thái off-line

dòng tự động

3.2 Các thanh ghi

Cổng song song có ba thanh ghi có thể truyền dữ liệu và điều khiển máy in Địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả cổng LPT (line printer) từ LPT1 đến LPT4 được lưu trữ trong vùng dữ liệu của BIOS Thanh ghi dữ liệu được định vị ở offset 00h, thanh ghi trang thái ở 01h, và thanh ghi điều khiển ở 02h Thông thường, địa chỉ

cơ sở của LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, do đó địa chỉ của thanh ghi trạng thái là 379h hoặc 279h và địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah hoặc 27Ah Tuy nhiên trong một số trường hợp, địa chỉ của cổng song song có thể khác do quá trình khởi động của BIOS BIOS sẽ lưu trữ các địa chỉ này như sau:

0000h:0408h Địa chỉ cơ sở của LPT1 0000h:040Ah Địa chỉ cơ sở của LPT2 0000h:040Ch Địa chỉ cơ sở của LPT3

Định dạng các thanh ghi như sau:

Thanh ghi dữ liệu (hai chiều):

Tín hiệu máy in D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Trang 33

IRQ Enable: yêu cầu ngắt cứng; 1 = cho phép; 0 = không cho phép

Chú ý rằng chân BUSY được nối với cổng đảo trước khi đưa vào thanh ghi trạng thái, các bit SELECTIN , AUTOFEED và STROBE được đưa qua cổng đảo trước khi đưa ra các chân của cổng máy in

Thông thường tốc độ xử lý dữ liệu của các thiết bị ngoại vi như máy in chậm hơn PC nhiều

rằng dữ liệu đã ổn định trên bus Khi máy in xử lý xong dữ liệu, nó sẽ trả lại tín hiệu ACK

xuống mức thấp để ghi nhận PC đợi cho đến khi đường BUSY từ máy in xuống thấp (máy in không bận) thì sẽ đưa tiếp dữ liệu lên bus

3.3 Ứng dụng

Quá trình giao tiếp với các thiết bị ngoại vi có thể thực hiện thông qua chế độ chuẩn Để đọc dữ liệu, có thể dùng một IC ghép kênh 21 74LS257 và dùng 4 bit trạng thái của cổng song song còn xuất dữ liệu thì sử dụng 8 đường dữ liệu D0 – D7

Trang 34

Hình 3.14 – Mạch giao tiếp đơn giản thông qua cổng máy in

Giao diện:

Hình 3.15 – Giao diện của chương trình giao tiếp với cổng máy in Chương trình giao tiếp trên VB sử dụng thư viện liên kết động để trao đổi dữ liệu với cổng máy in Thư viện IO.DLL bao gồm các hàm sau:

- Hàm PortOut: xuất 1 byte ra cổng

Private Declare Sub PortOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Data As Byte)

1 2

4 6 8 10K

D0 3 D1 4 D2 7 D3 8 D4 13 D5 14 D6 17 D7 18

OE 1 CLK 11

Q0 2Q1 5Q2 6Q3 9Q4 12Q5 15Q6 16Q7 19

D0 3D1 4D2 7D3 8D4 13D5 14D6 17D7 18

OE 1CLK 11

Q0 2 Q1 5 Q2 6 Q3 9 Q4 12 Q5 15 Q6 16 Q7 19

1Y 4 2Y 7 3Y 9 4Y 12

1A 22A 53A 114A 141B 32B 63B 104B 13

74LS257

1 2

4 6 8 10K1

VCC

1 2

SELECT IN

AUTO FEED

Trang 35

Port: địa chỉ cổng, Data: dữ liệu xuất

- Hàm PortWordOut: xuất 1 word ra cổng

Private Declare Sub PortWordOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Data As Integer)

- Hàm PortDWordOut: xuất 1 double word ra cổng

Private Declare Sub PortDWordOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Data As Long)

- Hàm PortIn: nhập 1 byte từ cổng, trả về giá trị nhập

Private Declare Function PortIn Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Byte

- Hàm PortWordIn: nhập 1 word từ cổng

Private Declare Function PortWordIn Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Integer

- Hàm PortDWordIn: nhập 1 double word từ cổng

"IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Long

Chương trình nguồn:

VERSION 5.00 Begin VB.Form Form1 Caption = "Printer Interface Example"

ClientHeight = 4665 ClientLeft = 60 ClientTop = 345 ClientWidth = 3585 LinkTopic = "Form1"

ScaleHeight = 4665 ScaleWidth = 3585 StartUpPosition = 3 'Windows Default Begin VB.CommandButton cmdReceive

Caption = "Receive"

Height = 495 Left = 1200 TabIndex = 18 Top = 3960 Width = 1095

Trang 36

End Begin VB.CheckBox chkSW Height = 375 Index = 7 Left = 1800 TabIndex = 17 Top = 3480 Width = 1575 End

Begin VB.CheckBox chkSW Height = 375 Index = 6 Left = 1800 TabIndex = 16 Top = 3000 Width = 1575 End

Begin VB.CheckBox chkSW Height = 375

Trang 37

Index = 3 Left = 1800 TabIndex = 13 Top = 1560 Width = 1575 End

Begin VB.CommandButton cmdExit Caption = "Exit"

Height = 495 Left = 2400 TabIndex = 9

Trang 38

Top = 3960 Width = 975 End

Begin VB.CommandButton cmdSend Caption = "Send"

Height = 495 Left = 0 TabIndex = 8 Top = 3960 Width = 1095 End

Begin VB.Label lblLED BackStyle = 0 'Transparent Caption = "LED7"

Height = 375 Index = 7 Left = 240 TabIndex = 7 Top = 3480 Width = 1095 End

Height = 375

Trang 39

Index = 5 Left = 240 TabIndex = 5 Top = 2520 Width = 975 End

Height = 375 Index = 2 Left = 240 TabIndex = 2 Top = 1080 Width = 975

Trang 40

End Begin VB.Label lblLED BackStyle = 0 'Transparent Caption = "LED1"

Begin VB.Shape shpLED BorderColor = &H000000FF&

FillColor = &H000000FF&

FillStyle = 0 'Solid Height = 375

Index = 7 Left = 840 Shape = 3 'Circle Top = 3480

Width = 375 End

Begin VB.Shape shpLED BorderColor = &H000000FF&

FillColor = &H000000FF&

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	2,74 MB

TÀI LIỆU TỔNG QUAN VỀ DAQ (DATA ACQUISITION AND CONTROL)

Quản lý quá trình sản xuất