MA TRẬN LED – GIAO DIỆN RS232 CỔNG NHẬP XUẤT (INUOT PORT)

Nội dung:Chuẩn RS-232 được chế tạo năm 1969 để kết nối đường điều khiển và dữ liệu nối tiếp giữa một modem và một thiết bị đầu cuối hoặc máy tính.. Modem rỗng của RS-232: chuẩn RS-232 đư

MA TRẬN LED – GIAO DIỆN RS232- CỔNG

NHẬP XUẤT (INUOT PORT)

1, MA TRẬN LED

A Mục đích yêu cầu:

Cách điều khiển cổng nhập/xuất để điều khiển trạng thái của LED Phương pháp tạo thành khung sáng, tạo chữ

* Đồ dùng thiết bị:

- Máy tính

- Board thực tập về VXL

- Board ma trận LED

B Nội dung:

- Phân biệt các cổng nhập/xuất để đọc trạng thái công tắc, cổng xuất điều khiển trạng thái ma trận LED

- Phương pháp tạo ảnh từ những LED riêng biệt

* Tổ chức học tập:

- Ba học sinh/máy tính

- Viết các chương trình điều khiển cổng để vẽ chữ trên ma trận LED

PA0

PA1

PA2

PA3

PA4

PA5

PA6

- Ma trận LED được tổ chức theo 7 hàng và 5 cột, trong đó hàng được điều khiển bằng PA0 4 PA6, cột được điều khiển bởi PB04 PB4

- Để hiển thị trên ma trận LED, các cột lần lượt được chọn đồng thời dữ liệu bên hàng cũng được đưa ra Tốc độ quét phải đủ nhanh để mắt cảm nhận được là tất cả các LED đều sáng đồng thời

Ví dụ, để hiện chữ C:

- Các cột sẽ lần lượt được chọn bằng cách đưa dữ liệu ra cổng B Tương ứng cho từng dữ liệu chọn cột là dữ liệu hàng được đưa ra cổng B như sau:

+ PA = &H3E, PB = &H01 + PA = &H41, PB = &H02 + PA = &H41, PB = &H04 + PA = &H41, PB = &H08 + PA = &H22, PB = &H10

- Chương trình được viết bằng QBASIC sẽ như sau:

CLS

OUT &H30B, &H80

DO

OUT &H308, &H3E: OUT &H309, &H01 OUT &H308, &H41: OUT &H309, &H02 OUT &H308, &H41: OUT &H309, &H04 OUT &H308, &H41: OUT &H309, &H08

OUT &H308, &H22: OUT &H309, &H10 LOOP WHILE INKEY$=””

END

Ví dụ, để hiện số 9:

+ PA = &H26, PB = &H01 + PA = &H49, PB = &H02 + PA = &H49, PB = &H04 + PA = &H49, PB = &H08 + PA = &H3E, PB = &H10

2, GIAO DIỆN RS-232

A Mục đích yêu cầu:

Khảo sát nguyên tắc truyền số liệu kiểu RS-232

* Đồ dùng thiết bị:

- Máy tính

- Board thực tập về VXL

B Nội dung:

Chuẩn RS-232 được chế tạo năm 1969 để kết nối đường điều khiển và dữ liệu nối tiếp giữa một modem và một thiết bị đầu cuối hoặc máy tính Chuẩn RS-232 dùng với tốc độ truyền dữ liệu là 20Kbps với khoảng cách truyền lớn nhất là 15m

1 Đặc điểm kỹ thuật về điện của RS232:

- Mức điện áp logic của RS-232 là hai khoảng điện áp giữa +15V và – 15V Các đường dữ liệu sử dụng mức logic âm: logic [1] có điện thế giữa – 5V và –15V; logic [0] có điện thế giữa +5V và +15V Tuy nhiên, các đường điều khiển (ngoại trừ đường TDATA và RDATA) sử dụng logic dương: giá trị TRUE = +5V đến +15V, và FALSE = -5V đến -15V

- RL (điện trở tải) được nhìn từ bộ kích phát phải có giá trị giữa 7kΩ

và 3kΩ

- CL (điện dung tải) được nhìn từ bộ kích phát không được lớn hơn 2500pF

- Để ngăn cản sự dao động quá mức, tốc độ thay đổi của điện áp không được vượt quá 30V/us

- Đối với các đường điều khiển, thời gian chuyển của tín hiệu (từ TRUE sang FALSE hoặc ngược lại) không được vượt quá 1ms Đối với các đường dữ liệu, thời gian chuyển (từ [1] sang [0] hoặc ngược lại) phải không vượt quá 4% thời gian của một bit hoặc 1ms

2 Các đường dữ liệu và điều khiển của RS-232:

Các đường dữ liệu:

- TDATA (Transmitter Data): dữ liệu được truyền đi từ modem trên đường truyền

- RDATA (Receiver Data): dữ liệu được thu bởi modem trên đường truyền

Các đường báo thiết bị sẵn sàng:

- DSR (Data Set Ready): để báo rằng modem đã sẵn sàng

- DTR (Data Terminal Ready): để báo rằng thiết bị đầu cuối đã sẵn sàng

Các đường bắt tay bán song công:

- RTS (Request To Send): để báo rằng thiết bị đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu

- CTS (Clear To Send): modem đáp ứng nhu cầu gửi dữ liệu của thiết

bị đầu cuối cho biết rằng thiết bị đầu cuối có thể sử dụng kênh để truyền dữ liệu

Các đường trạng thái sóng mang và tín hiệu thoại:

- CD (Carrier Detect): modem báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng đã nhận được một sóng mang hợp lệ từ đường truyền

- RI (Ring Indicate): các modem tự động trả lời – báo rằng đã phát hiện tín hiệu chuông từ đường truyền

3 Bộ kết nối RS-232:

Ký hiệu Số chân ra

(9)

Số chân ra (25)

Chức năng

DCE

DTE

đến DCE

đến DTE

SIG

GND

CHAS

GND

1 Đất bảo vệ

Ở trạng thái tĩnh trên đường dẫn có điện áp –12V Một bit khởi động sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu Tiếp đó các bit dữ liệu riêng lẻ sẽ đến, trong đó những bit giá trị thấp sẽ được gửi trước tiên Con số của các bit dữ liệu thay đổi giữa năm và tám Ở cuối của dòng dữ liệu còn có một bit dừng đặt đặt trở lại trạng thái lối ra (-12V)

Bằng tốc độ baud, ta thiết lập tốc độ truyền dữ liệu Các giá trị thông thường là 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 và 19200 baud Ký hiệu baud tương ứng với số bit được truyền đi trong một giây Một vấn đề là khuôn mẫu truyền dữ liệu cần phải được thiết lập như nhau cả ở bên gửi lẫn bên nhận dữ liệu

Modem rỗng của RS-232: chuẩn RS-232 được dành riêng để áp dụng

kết nối giữa modem và thiết bị đầu cuối nhưng một thuê bao của RS-232 cũng thường được sử dụng khi hai thiết bị đầu cuối được nối với nhau, hoặc một máy tính và một máy in mà không sử dụng các modem Trong trường hợp như vậy, các đường TDATA và RDATA phải được đặt chéo nhau và các đường điều khiển cần thiết phải được đặt ở TRUE hoặc phải được tráo đổi thích hợp bên trong cáp nối Sự nối lắp cáp của RS-232 mà có sự tráo đổi đường dây được gọi là modem rỗng

2 3 20 6 4 5 8 7

2 3 20 6 4 5 8 7

TDATA RDATA DTR DSR RTS CTS CD SIGNAL GND

TDATA RDATA DTR DSR RTS CTS CD

TDATA RDATA DTR DSR RTS CTS CD SIGNAL GND

TDATA RDATA DTR DSR RTS CTS CD

2 3 20 6 4 5 8 7

2 3 20 6 4 5 8 7

3, CỔNG NHẬP XUẤT (IN/OUT PORT)

A Mục đích yêu cầu:

Giới thiệu một vi mạch mang tính tổng quát giúp học sinh có được một số ý niệm về sự giao tiếp giữa các thiết bị với nhau Cho một số ứng dụng điển hình

Yêu cầu học sinh nắm được nguyên lý hoạt động, chức năng của từng chân và chức năng của các thanh ghi trong 8255 Học sinh hiểu được cách thức hoạt động trong chế độ 0 của 8255 Từ đó có thể lập được từ điều khiển cho một số kiểu vào ra

B Nội dung:

I Nhiệm vụ cổng I/O:

Trong hệ thống Vi xử lý hay máy vi tính nếu chỉ giao tiếp với bộ nhớ trong ROM, RAM thì chưa đủ, máy tính còn phải giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như bàn phím, màn hình, máy in, để con người có thể đối thoại được máy tính cũng như dùng máy tính để điều khiển các thiết bị khác Để giao tiếp với nhiều thiết bị như vậy, máy tính có thể giao tiếp qua nhiều đường và giao tiếp với nhiều hình thức khác nhau như giao tiếp nối tiếp, giao tiếp song song

Do do vai trò của các cổng nhập xuất để giao tiếp giữa máy tính với thiết

bị ngoài là một điều cần thiết giúp máy có thể mở rộng khả năng làm việc

II Cổng I/O dùng 8255:

1 Sơ đồ chân

Vi mạch 8255A là vi mạch giao tiếp ngoại vi lập trình được (PPI) Nó được dùng để kết nối giao tiếp song song giữa Vi xử lý và thiết bị điều khiển bên ngoài

Sơ đồ chân và sơ đồ logic

2 Nguyên lý hoạt động:

Tính linh hoạt của vi mạch thể hiện ở khả năng lập trình Qua một thanh ghi điều khiển, người sử dụng xác định chế độ hoạt động và cổng nào cần được sử dụng như là lối vào hoặc lối ra Các chân ra D0 4 D7 tạo nên bus dữ liệu hai chiều có độ rộng là 8 bit 8255 được chọn bởi tín hiệu mức thấp ở ngõ vào chọn chíp CS\ Khi 8255 không được chọn, bộ đệm bus dữ liệu nối 8255 với hệ thống được thả nổi Khi được chọn, các ngõ vào A0,

A1 được dùng để chọn thanh ghi điều khiển hoặc một trong các cổng vào/ra để trao đổi dữ liệu Các hoạt động cơ bản của 8255 được tóm tắt trong bảng:

8255A

D0-D7

RD\

WR\

RESET

A0

A1 CS\

PA0-PA7

PB0-PB7

PC0-PC3

PC4-PC7

PA3

PA2

PA1

PA0

RD\

CS\

GND

A

1

A0

PC7

PC6

PC5

PC4

PC0

PC1

PC2

PC3

PB0

PB1

PB2

PA4 PA

5

PA6

PA7 WR\

RESET

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

Vcc

PB7

PB6

PB5

PB4

PB3

8255A

A 1 A 0 RD\ WR\ CS\ Hoạt động

L L L H L Port A  Bus dữ liệu

L H L H L Port B Bus dữ liệu

H L L H L Port C Bus dữ liệu

L L H L L Bus dữ liệu  Port A

L H H L L Bus dữ liệu  Port B

H L H L L Bus dữ liệu  Port C

H H H L L Bus dữ liệu  Từ điều khiển

x x x x H Bus dữ liệu ở trạng thái Hi-Z

x x H H L Bus dữ liệu ở trạng thái Hi-Z

Bảng trạng thái

3 Các trạng thái làm việc của 8255:

Qua bảng trạng thái của 8255, ta thấy thanh ghi điều khiển đặt dưới địa chỉ bên trong là A1 = [1], A0 = [1] Trong một chu kỳ ghi lên thanh ghi điều khiển, xác định cổng vào/ra cũng như chế độ hoạt động Khi chân RESET ở mức [H], thanh ghi điều khiển sẽ được đặt lại và định nghĩa toàn bộ 24 đường dẫn như là các ngõ vào.Trạng thái này kéo dài tới khi chương trình ứng dụng viết từ điều khiển vào thanh ghi điều khiển để xác định chế độ làm việc của 8255

Cấu trúc từ điều khiển của 8255A:

D7D6D5D4D3D2D1D0

Nhóm BPort C

(thấp)1 = nhập0 = xuấtPort B1 = nhập0 = xuấtChọn chế độ0 = chế độ

01 = chế độ 1

Nhóm APort C

(cao)1 = nhập0

= xuấtPort A1

= nhập0 = xuấtChọn chế độ00 = chế độ

001 = chế độ 11x = chế độ 2

Cờ lập chế độ1

= tích cực

Các cổng A, B, C được phân thành hai nhóm Nhóm A gồm cổng A và nửa cao của cổng C, nhóm B gồm cổng B và nửa thấp còn lại của cổng C Có 3 chế độ hoạt động khác nhau:

- Chế độ 0: vào/ra thông thường

- Chế độ 1: chốt vào/ra

- Chế độ 2: bus hai chiều

Chế độ 0:

Từ điều khiển:

Chế độ 0 xác lập hai cổng 8 bit (A và B) và hai cổng 4 bit (nửa cao và nửa thấp của C) Bất kỳ cổng nào cũng có thể nhập hoặc xuất dữ liệu một cách độc lập tùy theo các bit D4, D3, D1 và D0 Có 24 = 16 khả năng vào/ra trong chế độ này

III Ứng dụng:

1 Ghép nối 8255 với Vi xử lý:

1 0 0 D 4 D 3 0 D 1 D 0

Giải mã địa chỉ

A0A15

D0D7

MEMRQ\

IORQ\

WR\

RD\

RESET

VXL

8255

CS\

WR\

RD\

RESET

A0A1 D0D7

Bus địa chỉ Bus dữ liệu

PA0PA7

PB0PB7

PC0PC7

- Các đường dữ liệu D0 4 D7 của 8255 được kết nối với các đường dữ liệu D0 4 D7 của VXL

- Hai đường địa chỉ A0 4 A1 của 8255 được kết nối với hai đường địa chỉ A0 4 A1 của VXL

- Các đường WR\, RD\, RESET được kết nối tương ứng giữa 8255 và VXL

- Bộ giải mã địa chỉ dùng để định địa chỉ làm việc cho 8255 Có thể chọn cách truy xuất cho 8255: hoặc truy xuất theo kiểu I/O hoặc ánh xạ theo kiểu Memory

- Địa chỉ làm việc cho 8255 được gọi là địa chỉ cơ bản tương ứng với địa chỉ cổng A của 8255 Các địa chỉ kế tiếp lần lượt sẽ là của cổng B, cổng C và thanh ghi điều khiển

2 Ứng dụng vi mạch 8255:

a Mạch giao tiếp bàn phím:

PC7

PC6

PC5

PC4

PC0

PC1

PC2

PC3

Vcc

8255

- PC4 4 PC7: xuất dữ liệu quét hàng.

- PC0 4 PC3: đọc dữ liệu từ cột

Để xác định một phím được nhấn và nhận ra phím đó, ma trận bàn phím phải được quét bằng cách đưa tất cả các hàng xuống mức [0] rồi đọc giá trị logic của các cột, nếu có 1 hay nhiều cột xuống mức [0] thì có nghĩa là có 1 hay nhiều phím được nhấn Để xác định phím nhấn, mỗi hàng lần lượt được đặt xuống mức [0], các hàng khác ở mức [1] Trong khi một hàng xuống mức [0], từng cột được kiểm tra xem có mưc ở mức [0] hay không Nếu một cột có mức [0] thì số của hàng xuống mức [0] đó được ghi nhận Kết hợp mã hàng và mã cột ta sẽ xác định được vị trí của phím được nhấn Trong hình trên ta có một ma trận bàn phím là 4 x 4, giả sử có phím ở cột i, hàng j được nhấn Ta có mã quét (scancode) của phím đó là:

scancode = cột + 4*hàng = i + 4*j

b Mạch giao tiếp hiển thị LED 7 đoạn:

- Cấu hình cho 8255: cổng A và cổng B đều là xuất Trong đó cổng A là cổng ra dữ liệu, cổng B là cổng ra chọn đèn

Đệm

Đệm Đệm Đệm

8

PA04PA7

PB0

PB1

PB7

8255

- Để hiển thị dữ liệu, VXL sẽ tác động tới từng chữ số Đầu tiên VXL xuất dữ liệu cần hiển thị cho LED1 ra cổng A, tiếp theo VXL xuất dữ liệu cho cổng B một giá trị cho phép LED1 hoạt động, Sau đó, VXL sẽ tiếp tục gởi dữ liệu ra để hiển thị trên LED2, và tiếp tục cho tới LED cuối cùng thì quá trình lại bắt đầu lại từ đầu từ LED1

c Điều khiển thiết bị đơn giản:

- Trong thực tế, tùy theo yêu cầu chúng ta có thể dùng máy tính để điều khiển động cơ, đèn giao thông, đèn quảng cáo một cách tự động Sau đây là một ứng dụng mô hình điều khiển tín hiệu đèn giao thông ở một ngã

tư Mô hình được điều khiển tự động bằng chương trình của VXL hay máy tính giao tiếp với thiết bị ngoài qua 8255

PA0

PA1

PA2

PA4

PA5

PA6

8255

d Ghép nối 8255 với ADC và DAC:

Đỏ1

Xanh1

Vàng1

Đỏ2

Xanh2

Vàng2

0 10 20 30 40 50 60 t(s)

Vout

Khởi tạo 8255

PA = &H21

Trễ 20s

PA = &H41

Trễ 10s

Trễ 10s

PA = &H41 Trễ 20s

PA = &H21

Giản đồ thời gian tín hiệu đèn giao thông

Lưu đồ giải thuật điều khiển đèn giao thông

Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại những kết quả đầy tính ưu việt Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển được ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn Việc xử lý dữ liệu được thực hiện một cách tự động

Các tín hiệu để máy tính xử lý không phải lúc nào cũng là tín hiệu số,

do đó cần phải có mạch biến đổi ADC và DAC Sau đây là mạch ghép nối ADC và DAC với máy tính thông qua 8255

D0

D1

D2

D3

D5

D6

D7

D0

D1

D2

D3

D5

D6

D7

PB0

PB1

PB2

PB3

PB5

PB6

PB7

PA0

PA1

PA2

PA3

PA5

PA6

PA7

PC0

PC7

START EOC

Vout

Vin

DAC

ADC 8255

Khởi tạo 8255

PC0 = 0

PC0 = 1

PC0 = 0 Đọc PC7

Đọc PB

PC7 =

1 ?