Thực hành đo lường và điều khiển bằng máy tính

Thực hành đo lường và điều khiển bằng máy tính

MỤC LỤC

BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA DIODE 7

A MỤC ĐÍCH CHUNG 7

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thực hành 7

1.1 Chất bán dẫn loại N 7

1.2 Chất bán dẫn loại P 7

1.3 Diode bán dẫn 8

1.3.1 Tiếp giáp P - N và cấu tạo của Diode bán dẫn 8

1.3.2 Phân cực thuận cho diode 9

1.3.3 Phân cực ngược cho Diode 9

1.3.4 Một số ứng dụng diode bán dẫn 11

1.4 Diode Zenner 12

1.4.1 Cấu tạo 12

1.4.2 Nguyên tắc hoạt động 12

1.4.3 Đặc tuyến 13

1.4.4 Một số ứng dụng diode zener 14

II Thiết bị sử dụng 15

1 Sơ đồ khối bề mặt V/A BOARD 15

2 Sơ đồ khối MODULE DiCM 17

3 Giao diện hiển thị trên máy tính 20

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 20

I Các bước thực hiện 20

1 Thao tác thực hành khảo sát, vẽ đặc tuyến Diode 20

1.1 Vẽ thủ công 21

1.2 Vẽ bằng máy tính 23

BÀI 2: HỆ THỰC HÀNH GIAO TIẾP MÁY TÍNH 26

A MỤC ĐÍCH CHUNG 26

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26

I Lý thuyết yêu cầu trước khi làm thí nghiệm 26

1 Giao diện tuần tự RS232 26

1.1 Đặc tính phần cứng 26

1.2 Serial pinouts – các chân cổng nối tiếp 27

1.3 Pin Functions – chức năng các chân 28

1.4 Khuôn mẫu khung truyền 28

1.5 Truyền thông giữa 2 nút 33

1.6 Bộ thu phát không đồng bộ đa năng (8250 và các bộ tương thích) 39

1.7 Các thanh ghi cổng nối tiếp 39

2 Giao diện song song LPT 44

2.1 Cấu trúc cổng song song 44

2.2 Giao diện hai hướng 51

2.3 Giao diện một hướng 53

II Thiết bị sử dụng 54

III Cấp nguồn nối dây 60

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 61

1 Thực hành bàn phím 61

2 Thực hành điều khiển LED quang 62

3 Thực hành hiển thị LED 7 thanh 62

4 Khảo sát cổng COM, thực hành truyền thông nối tiếp 63

5 Khảo sát cổng LPT, thực hành truyền thông song song 65

6 Thực hành tạo âm thanh tần số thay đổi 66

7 Thực hành hiển thị bằng LCD 66

8 Thực hành đồng hồ thời gian thực 67

9 Thực hành khảo sát nguyên tắc hoạt động của IC 74LS138 68

BÀI 3: HỆ THỰC HÀNH CỔNG VÀO RA PPI 8255 69

A MỤC ĐÍCH CHUNG 69

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 69

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thí nghiệm 69

1 Mạch phối ghép vào/ra song song lập trình được 8255A 69

1.1 Từ điều khiển định nghĩa cấu hình 73

1.2 Từ điều khiển lập/xóa bit ra PCi 74

2 Các chế độ hoạt động cơ bản của 8255 74

2.1 Chế độ 0: “Vào/ra cơ sở” 76

2.3 Chế độ 2: “Bus 2 chiều” 84

3 Kết hợp các chế độ hoạt động 86

4 Ghép nối với 8088 88

II Thiết bị sử dụng 92

1 Board thực hành vi mạch 8255 và mô phỏng hệ báo động 8 loa (PPB) 92

2 Board thực hành mở rộng và nâng cao (EPB), giao diện PC 96

III Cấp nguồn và nối dây 96

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 97

I Nhiệm vụ 97

II Các bước thực hiện 97

1 Thực hành hệ mô phỏng báo động 8 loa 97

2 Thực hành tìm hiểu nguyên tắc làm việc của vi mạch 8255 97

BÀI 4: ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN BÁN DẪN, CẶP NHIỆT ĐIỆN BÁN DẪN VÀ CẢM BIẾN PT-100 102

A MỤC ĐÍCH CHUNG 102

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 102

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thí nghiệm 102

1 Mở đầu 102

2 Cảm biến nhiệt bán dẫn (Semiconductor Temperature Sensor) 103

3 Cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocoupler) 105

4 Cảm biến nhiệt PT-100 108

II Thiết bị sử dụng 110

III Cấp nguồn nối dây 113

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 113

I Nhiệm vụ 113

II Các bước thực hiện 113

1 Đo nhiệt độ với cảm biến nhiệt bán dẫn (Semiconductor Temperature Sensor) .113

2 Đo nhiệt độ bằng cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocoupler) 116

3 Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt PT-100 119

5 Ghép nối khối SME-403 với máy tính 121

BÀI 5: MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN – SƠ ĐỒ CÂN ĐIỆN TỬ 123

A MỤC ĐÍCH CHUNG 123

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 123

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thí nghiệm 123

1 Rơ le từ (Reed Relay) 123

2 Công tắc giới hạn hành trình (Limit Switch) 125

3 Công tắc nhiệt (Thermoswitch) 126

4 Microphone 127

5 Điện trở nhiệt (Thermistor) 129

6 Cảm biến nhiệt bán dẫn (Temperature Semiconductor Sensor) 130

7 Bộ đóng ngắt quang 132

8 Quang trở (Photo-Ressistor) 133

9 Cảm ứng từ kiểu hiệu ứng Hall (Hall-Effect Sensor) 135

10.Transistor quang 135

II Thiết bị sử dụng 137

III Cấp nguồn nối dây 137

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 138

I Nhiệm vụ 138

II Các bước thực hiện: 138

1 Rơ le từ (Reed Relay) 138

2 Công tắc hành trình (Limit Switch) 138

3 Công tắc nhiệt (Thermoswitch) 139

4 Condenser Microphone 139

5 Dynamic Microphone 141

6 Điện trở nhiệt (Thermistor) 141

7 Cảm biến bán dẫn (Temperature Semiconductor Sensor) 142

8 Bộ đóng ngắt quang 143

9 Quang trở (Photo – Ressistor) 143

10 Cảm biến từ kiểu hiệu ứng Hall 144

11 Photo Transistor (Transistor quang) 145

BÀI 6: SƠ ĐỒ CÂN ĐIỆN TỬ - BỘ ĐO VÀ CẢNH BÁO ÁP SUẤT 146

A MỤC ĐÍCH CHUNG 146

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 146

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thí nghiệm 146

III Cấp nguồn và nối dây: 150

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 151

I Nhiệm vụ 151

II Các bước thực hiện 151

1 Sơ đồ cân điện tử 151

2 Ghép nối với máy tính 153

3 Bộ đo và cảnh báo áp suất 154

BÀI 7: LẮP ĐẶT VÀ QUẢN TRỊ MẠNG LAN 156

A MỤC ĐÍCH CHUNG 156

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT 156

I Lý thuyết yêu cầu trước khi thí nghiệm 156

1 Cơ sở lý thuyết cho thiết kế mạng 156

1.1 Mô hình cơ bản mạng Lan 156

1.2 Các bước thiết kế 159

2 Giới thiệu về phần mềm thiết kế mạng MICROSOFT OFFICE VISIO 163

2.1 Giới thiệu 163

2.2 Một số thao tác cơ bản 164

3 Giới thiệu một số thiết bị phần cứng dùng cho mạng Lan 165

3.1 Kiến thức cơ bản về mạng Lan 165

3.2 Hệ thống cáp mạng dùng cho LAN 166

3.3 Một số thiết bị dùng để kết nối LAN điển hình 172

4 Lắp đặt phần cứng cho mạng Lan 178

5 Cài đặt và cấu hình mạng LAN 183

6 Quản lý mạng với Windowns 2003 Server 187

6.1 Giới thiệu Windows Sever 2003 187

6.2 Active Directory 188

6.3 Những kiến thức cơ bản về các công cụ quản trị mạng trong Windows 2003 Server 191

II Thiết bị sử dụng 203

1 Các thiết bị yêu cầu cho bài thực hành lắp đặt phần cứng cho mạng 203

2 Các thiết bị cần thiết cho bài thực hành cài đặt và cấu hình mạng LAN, quản trị mạng với Windowns 2003 server 204

C CÁC BÀI THỰC HÀNH 204

I Thực hành lắp đặt phần cứng cho mạng 204

II Phần cài đặt và cấu hình mạng 209

III Thực hành quản trị mạng với windowns2003 server 211

1 Cài đặt và cấu hình tài khoản người dùng và nhóm người dùng cục bộ 211

2 Đối với người dùng và nhóm người dùng Active Directory 212

3 Cài đặt và cấu hình các dịch vụ mạng 217

Tài liệu tham khảo 236

BÀI 1: KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA DIODE

do Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử (mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N(Negative: âm)

Hình 1.1 Chất bán dẫn N

1.2 Chất bán dẫn loại P

Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như indium (In) vàochất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộnghoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử trở thành lỗ trống (mang điện dương) và được gọi

là chất bán dẫn P

Hình 1.2 Chất bán dẫn P

1.3 Diode bán dẫn

1.3.1 Tiếp giáp P - N và cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo mộttiếp giáp P - N ta được một diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm Tại bề mặt tiếp xúc, cácđiện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trốngtạo thành một lớp Ion trung hoà về điện, lớp ion này tạo thành miền cách điện giữa haichất bán dẫn

Hình 1.3 Mối tiếp xúc P - N

Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của diode bán dẫn

1.3.2 Phân cực thuận cho diode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vàokatôt (vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thuhẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,7V (với diode loại Si) hoặc 0,3V (vớidiode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không làm cho diode bắt đầu dẫnđiện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua diode tăng nhanh nhưng chênh lệchđiện áp giữa hai cực của diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,7V)

Hình 1.5 Diode (Si) phân cực thuận

Hình 1.6 Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua diode

Kết luận: Khi diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,7V thìchưa có dòng đi qua diode, nếu áp phân cực thuận đạt = 0,7V thì có dòng đi qua diodesau đó dòng điện qua diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,7V

1.3.3 Phân cực ngược cho Diode

Khi phân cực ngược cho diode tức là cấp nguồn (+) vào katôt (bán dẫn N), nguồn(-) vào anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng

ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp

Hình 1.7 Phân cực ngược cho diode

Đặc tuyến V-A của diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua diode theođiện áp UAK đặt vào nó Có thể chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn:

 Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi diode phân cựcthuận

 Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V< 0 mô tả quan hệ dòng áp khi diode phân cựcnghịch

(U AK lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các diodet Si, với diode Ge thông số này khác).

Khi diode được phân cực thuận và dẫn điện thì dòng điện chủ yếu phụ thuộcvào điện trở của mạch ngoài (được mắc nối tiếp với diode) Dòng điện phụ thuộc rất ítvào điện trở thuận của diode vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điệntrở của mạch điện

Hình 1.8 Đặc tuyến V-A của diode.

1.3.4 Một số ứng dụng diode bán dẫn

Ứng dụng cơ bản nhất của diode bán dẫn đó là chỉnh lưu tín hiệu Chỉnh lưu (haynắn) là quá trình chuyển tín hiệu xoay chiều (AC) thành một chiều (DC) Chỉnh lưu thì cóthể là chỉnh lưu nửa chu kỳ hoặc chỉnh lưu cả chu kì

Hình 1.9 Chỉnh lưu nửa chu kỳ dùng diode

Hình 1.10 Chỉnh lưu cả chu kỳ dùng diode

Ngoài ra diode bán dẫn còn được dùng để điều chế biên độ tín hiệu, hạn biên,chống dòng ngược bảo vệ các thiết bị trong mạch điện…

1.4.2 Nguyên tắc hoạt động

Diode zener là cấu kiện bán dẫn được thực hiện pha tạp để tạo thành đặc tuyếnđiện áp đánh thủng hay điện áp thác lũ rất dốc Nếu điện áp ngược vượt quá điện áp đánhthủng, thường diode không bị phá hủy với điều kiện dòng chảy qua diode khôngđược vượt quá giá trị lớn nhất đã được quy định trước và diode không bị quá nhiệt Khi

giáp và nhận năng lượng do điện thế ngoài đặt vào, hạt tải điện sẽ va chạm với các iontrong mạng tinh thể và truyền mức năng lượng đáng kể để phá vỡ mối liên kết đồng hóatrị Ngoài hạt tải điện ban đầu, các cặp hạt tải điện điện tử - lỗ trống cũng được tạo ra.Cặp hạt tải mới có thể nhận mức năng lượng lớn từ điện trường đặt vào để va chạm vớiion tinh thể khác và tạo ra ngay cặp điện tử - lỗ trống khác Tác động liên tục như vậy sẽ

bẻ gãy các mối liên kết đồng hóa trị, nên gọi là quá trình đánh thủng thác lũ

Có hai cơ chế phá vỡ các mối liên kết đồng hóa trị Sử dụng điện trường mạnh tạitiếp giáp có thể trực tiếp làm cho mối liên kết bị gãy Nếu điện trường đặt vào một lựclớn vào điện trường trong mối liên kết thì điện tử có thể bị bức khỏi liên kết đồng hóa trịnên tạo ra một số lượng cặp điện tử - lỗ trống hợp thành theo cấp số nhân Cơ chế đánhthủng như vậy là đánh thủng zener Trị số điện áp đánh thủng zener được điều chỉnh bằnglượng pha tạp của diode Diode được pha tạp đậm đặc sẽ có điện áp đánh thủng zenerthấp, ngược lại diode pha tạp loãng có điện áp đánh thủng cao

Khi được phân cực thuận diode zener hoạt động giống diode bình thường Khiđược phân cực ngược, lúc đầu chỉ có dòng điện thật nhỏ qua diode Nhưng nếu điện ápnghịch tăng đến một giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp zener) thì dòng quadiode tăng mạnh, nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như không thay đổi, gọi làhiệu thế Zener

1.4.3 Đặc tuyến

Diode zener có đặc tuyến V-A giống diode thường nhưng có thêm vùng làm việc

ở vùng đặc tuyến ngược với hiệu ứng đánh thủng zener

Hình 1.12 Đặc tuyến V-A của diode zener.

Mức dòng ngược lớn nhất IZmax mà diode zener có thể chịu được tùy thuộc vàocách chế tạo và cấu trúc của diode Giả sử rằng mức dòng zener nhỏ nhất mà tại đó đặctuyến vẫn giữ tại VZ là 0,1IZmax Mức công suất của diode zener có thể chịu được(VZ.IZmax) là yếu tố giới hạn trong việc thiết kế nguồn cung cấp

1.4.4 Một số ứng dụng diode zener

Diode zener được sử dụng chủ yếu để bộ ổn định điện áp cho tải

Hình 1.13 Mạch ổn định điện áp bằng zener.

II Thiết bị sử dụng

1 Sơ đồ khối bề mặt V/A BOARD

Hình 1.14 Sơ đồ khối bề mặt V/A BOARD

 Cổng ISP: Cổng nạp mã nguồn từ máy tính.

 Cổng RS232: Cổng truyền thông nối tiếp

 Cổng LPT: Cổng truyền thông song song.

 STEP VOLT: Dăm lựa chọn cấp nguồn lập trình nhảy bước (STEP) cho Diode(thay đổi điện áp rơi trên Diode bằng phím bấm hoặc từ PC), Us nhảy bước

 CON.VOLT: Dăm lựa chọn cấp nguồn điện áp liên tục (CONTINUEOUS) choDiode (thay đổi điện áp rơi trên Diode bằng biến trở), Us liên tục

 UP: Phím bấm tăng điện Us từ 0 ÷ 5 V DC, STEP  0.1V

 MAX: Phím bấm thiết lập điện áp Us lớn nhất  5V DC

 DOWN: Phím bấm giảm điện áp Us từ 5 ÷ 0 V DC, STEP  0.1 V

 MIN: Phím bấm thiết lập điện áp Us nhỏ nhất  0V DC

 SEL/OK: Dự phòng tính năng CHỌN MODE / CHẤP NHẬN

 SW/QUIT: Dự phòng tính năng CHUYỂN ĐỔI / THOÁT

 A: Cấp điện áp thuận, dây màu đỏ; K: Cấp điện áp ngược, dây màu đen

Hình 1.15 Module hiển thị đặc tuyến V-A của diode

2 Sơ đồ khối MODULE DiCM

Hình 1.16 Sơ đồ khối MODULE DiCM

 OP1, OP2, OP3: Khuếch đại thuật toán

 Usd: Nguồn DC lập trình

 ADC: Biến đổi Analog – Digital

 DAC: Biến đổi Digital – Analog

 CPU: Khối xử lý trung tâm, vi điều khiển họ 8051

 DISP: Khối hiển thị LED 7 đoạn

 KEYB: Khối bàn phím

 ISP: cổng nạp mã nguồn từ PC

 RS232: cổng truyền thông nối tiếp

 LPT: cổng truyền thông song song

Bảng 1.1 Bảng liệt kê sơ đồ nối chân Board DiCM

Chân linh kiện Chức năng,

Có nối phím

Có nối switch

P1.0P1.1P1.2

MOSI/SCL P1.5MISO/SDA P1.6SCK

3 Giao diện hiển thị trên máy tính

Hình 1.17 Giao diện hiển thị trên máy tính.

C CÁC BÀI THỰC HÀNH

I Các bước thực hiện

1 Thao tác thực hành khảo sát, vẽ đặc tuyến Diode

Mặc định lựa chọn nguồn rơi trên Diode là nguồn STEP, dùng phím bấm tay và

giao diện PC để điều chỉnh.

Chuẩn bị:

 Nối cáp nạp ISP với máy tính từ cổng ISP trên module DiCM với cổng LPT của

PC (nếu có nhu cầu thực hành lập trình hay thay đổi mã nguồn)

 Nối cáp truyền thông nối tiếp từ cổng RS232 trên module DiCM tới cổng COMcủa PC

 Cấp điện cho module, quan sát quá trình khởi động để kiểm tra phát hiện những bấtthường có thể xảy ra Nếu bảng hiển thị LED 7 thanh hiển thị các thông số mộtcách bình thường là module làm việc tốt Ngừng cấp điện ngay nếu phát hiện điều

gì bất thường và kiểm tra kỹ các đầu nối trước khi cấp điện trở lại

 Cấp điện áp rơi trên Diode cần khảo sát bằng cách kẹp hai đầu kẹp vào hai cực củaDiode Chú ý chiều phân cực, dây đỏ cấp điện áp dương (+), dây đen cấp điện áp

âm (-), do vậy:

 Diode phân cực ngược nếu kẹp dây đỏ vào cực Ka-tốt (K), dây đen vào cực A-nốt(A)

 Diode phân cực thuận nếu kẹp dây đỏ vào cực A, dây đen vào cực K

Sau khi đã cấp điện áp rơi và xác định chiều phân cực của Diode, tiến hành lấy sốliệu và vẽ đặc tuyến V/A của Diode như sau:

 Phân cực ngược cho Diode:

- Nhấn phím MIN thiết lập mức điện áp Us STEP ra thấp nhất  0V, quan sát,ghi lại các thông số điện áp rơi trên Diode và dòng điện chảy qua Diode tươngứng

- Nhấn phím MAX thiết lập mức điện áp Us STEP ra cao nhất  5V, quan sát,ghi lại các thông số điện áp rơi trên Diode và dòng điện chảy qua Diode tươngứng

- Vẽ đường đặc tuyến V/A phía phân cực ngược của Diode theo bảng số liệu ghiđược

Bảng 1.2 Bảng số liệu phân cực ngược của diode

Bảng số liệu phân cực ngược của Diode

MIN MA X

Chú ý: Nên nhấn phím MIN sau khi kết thúc quá trình lấy số liệu

 Phân cực thuận cho Diode:

- Nhấn phím MIN, quan sát, ghi lại giá trị điện áp, dòng điện tương ứngchảy qua Diode

- Nhấn phím UP, lần lượt tăng điện áp Us từng bước 0.1V từ 0 ÷ 5V, ghilại các giá trị dòng, áp tương ứng của Diode Xác định khoảng 20 điểm từ lúcDiode chưa dẫn dòng tới lúc Diode bắt đầu dẫn dòng và thông hoàn toàn.

- Nhấn phím MAX và ghi lại giá trị dòng, áp tương ứng

- Vẽ đường đặc tuyến V/A phía phân cực thuận của Diode theo bảng sốliệu ghi được:

Bảng 1.3 Bảng số liệu phân cực thuận của Diode

Bảng số liệu phân cực thuận của Diode

Chú ý: Nên nhấn phím MIN sau khi kết thúc quá trình lấy số liệu.

Sau khi hoàn tất việc vẽ đường đặc tuyến V/A của Diode cần xác định ngưỡngđiện áp mở của Diode, so sánh với lý thuyết và kết luận bài thực hành

1.2 Vẽ bằng máy tính

Quy trình tương tự như cách thức vẽ bằng tay, nhưng ở chế độ này người sử dụnghoàn toàn thao tác trên giao diện PC Sau khi xác định đủ những số liệu cần thiết, máytính sẽ vẽ ra đặc tuyến của Diode một cách tự động

Mô tả các thành phần của giao diện PC: (Chi tiết xem mục help của phần mềm PC).Sau khi khởi động thành công chương trình EduSoft, giao diện chờ mặc định là giaodiện thực hành đo vẽ đặc tuyến của Diode gồm có các công cụ chính như dưới đây:

 TEST CONNECTION: Kiểm tra hoạt động của đường truyền thông nối tiếp,kết quả hiển thị OK nếu đường truyền làm việc tốt

 Chọn loại Diode: Silic, Germani, Schottky

 Chọn chiều phân cực của Diode:

Forward – phân cực thuận; Reverse – phân cực ngược.

 UP: Tăng điện áp Us, bước tăng  0.1V

 MAX: Đặt điện áp Us đạt lớn nhất  5V

 DOWN: Giảm điện áp Us, bước giảm  0.1V

 MIN: Đặt điện áp Us đạt giá nhỏ nhất  0V

 ADD POINT: Lấy thêm điểm (quan hệ V/A) để vẽ đặc tuyến Diode

 DRAW: Vẽ đặc tuyến Diode sau khi đã lấy đủ số điểm cần thiết (cần tối thiểu

là 12 điểm, cần lấy nhiều điểm tại thời điểm Diode bắt đầu dẫn dòng càng nhiềucàng tốt)

Để vẽ đặc tuyến của Diode một cách đầy đủ, cần chọn vẽ lần lượt 2 chế độ phân cựcthuận và ngược tương ứng với sự thay đổi chiều phân cực của Diode bằng phần cứng (sửdụng các đầu kẹp để thiết lập chiều phân cực cho Diode cần khảo sát)

Quy trình thao tác vẽ đặc tuyến của Diode bằng máy tính:

 Vẽ đặc tuyến phân cực ngược:

- Thiết lập chế độ phân cực ngược cho Diode

- Chọn chế độ Reverse trên phần mềm PC

- Đặt điện áp Us nhỏ nhất bằng cách nhấn chuột vào nút bấm MIN ( tại boardhoặc trên giao diện PC như nhau ), quan sát dữ liệu ổn định và nhấn nút bấm ADDPOINT trên giao diện PC để lấy điểm MIN

- Đặt điên áp Us lớn nhất bằng cách nhấn chuột vào nút bấm MAX tại boardhoặc trên giao diện PC, quan sát dữ liệu ổn định và nhấn nút bấm ADD POINTtrên giao diện PC để lấy điểm MAX

Đến đây ta đã có 2 điểm MIN, MAX trong đặc tuyến phân cực ngược của Diode.Tiếp tục chuyển sang lấy số liệu khảo sát đặc tuyến phân cực thuận của Diode

 Vẽ đặc tuyến phân cực thuận:

- Tháo đầu kẹp, chuyển Diode sang chế độ phân cực thuận

- Chọn chế độ Forward trên phần mềm PC

- Nhấn MIN và lấy số liệu bằng cách nhấn nút ADD POINT trên giao diện

- Nhấn UP để tăng dần điện áp thuận rơi trên Diode cho tới khi nào Diodechuẩn bị dẫn dòng thì nhấn ADD POINT để lấy thêm điểm cận dẫn dòng củaDiode.

- Khi Diode đã bắt đầu dẫn dòng, cần lấy thật nhiều điểm quan hệ dòng/áp tạithời điểm này để có thể xác định chính xác điểm uốn của đặc tuyến, bằng cách liêntục nhấn UP để tăng điện áp thuận rơi trên Diode và tại mỗi giá trị thiết lập ổnđịnh đều nhấn ADD POINT để thêm điểm vào bảng dữ liệu vẽ đặc tuyến

- Sau khi đã xác định được tối thiểu 12 điểm, phần mềm sẽ tự động kích hoạtnút DRAW để người sử dụng có thể ra lệnh vẽ đặc tuyến theo bảng số liệu đã có,tuy nhiên trước khi vẽ đặc tuyến nên nhấn MAX để xác định điểm quan hệ dòng

áp lớn nhất trong khuôn khổ bài thực hành

Hình 1.15 Dạng đặc tuyến V/A của Diode Chú ý: Nên nhấn MIN sau khi kết thúc mỗi quá trình lấy số liệu.

Khi đã xác định được đặc tuyến của Diode, cần xác định điểm điện áp thuận củaDiode tại đó Diode bắt đầu dẫn dòng, từ đó rút ra kết luận so sánh giữa lý thuyết và thựchành

Tham khảo các tính năng quản lý khác của phần mềm PC trong phần HELP củaphần mềm

BÀI 2: HỆ THỰC HÀNH GIAO TIẾP MÁY TÍNH

A MỤC ĐÍCH CHUNG

Tìm hiểu về các cổng giao tiếp máy tính: cổng nối tiếp và cổng song song

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I Lý thuyết yêu cầu trước khi làm thí nghiệm

1 Giao diện tuần tự RS232

1.1 Đặc tính phần cứng

Các đặc tính điện của cổng nối tiếp được ghi trong EIA RS232C standanrd

 A "Space" (logic 0) will be between +3 and +25 Volts

 A "Mark" (Logic 1) will be between -3 and -25 Volts

 Trong khoảng -3 đến +3V không được định nghĩa

 Điện áp hở mạch không vượt quá 25V so với đất

 Dòng điện ngắn mạch không vượt quá 500mA

Hình 2.1 Các mức điện áp của chuẩn RS-232

Danh sách trên chưa phải là đầy đủ, còn thiếu điện dung đường truyền, tốc độBaud tối đa, …

Có hai loại Serial port, 25 chân và 9 chân

Hình 2.2 Sắp xếp chân ở cổng nối tiếp của máy tính PC

1.2 Serial pinouts – các chân cổng nối tiếp

Bảng 2.1 Serial Pinouts (D25 and D9 Connectors)

D-Type-25 Pin No D-Type-9 Pin No Abbreviation Full Name

Ready

1.3 Pin Functions – chức năng các chân

Bảng 2.2 Chức năng các chân

Abbreviation Full Name Function

TD Transmit Data Serial Data Output (TXD)

RD Receive Data Serial Data Input (RXD)

DSR Data Set Ready This tells the UART that the modem is ready

to establish a link – Máy tính báo sẵn sàngnhận

Ready

This is the opposite to DSR This tells the Modem that the UART is ready to link – Modem muốn phát

CTS Clear to Send This line indicates that the Modem is ready to

exchange data – Modem báo sẵn sàngnhận

Send

This line informs the Modem that the UART

is ready to exchange data – Máy tính báo muốnphát

Detect

When the modem detects a "Carrier" from themodem at the other end of the phone line, thisLine becomes active – Modem báo có sóng mang

RI Ring Indicator Goes active when modem detects a ringing

signal from the PSTN – Modem báo có cuộc gọi (chuông)

1.4 Khuôn mẫu khung truyền

Việc truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực hiện theo kiểu không đồng bộ,khuôn mẫu dữ liệu với các bước bắt đầu và dừng, như chỉ ra trên hình vẽ dưới Ta có thểthấy rõ là tại một thời điểm chỉ có một ký tự được truyền và có một khoảng thời gianphân cách giữa chúng Khoảng thời gian trì hoãn này thực chất là khoảng thời gian hoạtđộng không hiệu quả và được đặt ở mức logic cao (-12V) như đã chỉ ra trên hình vẽ Bộtruyền gửi một bit bắt đầu để thông báo cho bộ nhận biết một ký tự sẽ được gửi đến tronglần truyền bit tiếp sau Bit bắt đầu này luôn luôn ở mức 0, tiếp theo là 5, 6 hoặc 7 ký tự sẽ

dừng Khoảng thời gian phân cách một bit đơn quy định tốc độ truyển Cả bộ truyền lẫn

bộ nhận đều phải đặt cùng một tốc độ truyền Tín hiệu giữ nhịp của cả hai bên quy địnhtôc độ này Việc thiết lập đồng bộ chỉ mang tính tương đối để bộ truyền và bộ nhận có tốc

độ xấp xỉ nhau, lí do là tín hiệu mang dữ liệu chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian tươngđối ngắn

Hình 2.3 Truyền thông theo kiểu không đồng bộ.

Thí dụ hình dưới đây mô tả giản đồ mức logic thể hiện một khung truyền dữ liệunối tiếp RS232 sử dụng: 1 bit bắt đầu, 7 bit dữ liệu, một bit chẵn lẽ, 2 bit dừng, sự mã hoáASCII và tính chẵn lẻ Đây là một đoạn của thông báo gửi trên luồng dữ liệu sau đây:

Bit đầu dòng gửi đi trước:

1111101000001011110000011111111000001110111100011001111

Giải thích:

Khoảng trống -11111, bít bắt đầu -0, chữ A-1000001, bít chẵn lẻ -0, các bít dừng

11, khoảng trống -11, bit bắt đầu -0, chữ p-0000111, bit chẵn lẻ -1, hai bit dừng -11,khoảng trống -11, bit bắt đầu -0, chữ p-0000111, bit chẵn lẻ -0, bit dừng -11, khoảngtrống -11, bit bắt đầu -0, chữ L-0011001, bít chẵn lẻ -1, các bit dừng -11

Như vậy thông điệp đã gửi là AppL

Hình 2.4 Mức logic và khuôn mẫu khung truyền RS-232.

Bit chẵn lẻ:

Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ sung thêm dữ liệu vàodòng dữ liệu được truyền, để tìm ra hoặc sửa chữa một một lỗi trong qua trình truyền.Chuẩn RS232 dùng một kỹ thuật đơn giản gọi là chẵn lẻ để phát hiện lỗi truyền

Một bit chẵn lẻ bổ sung vào dữ liệu được truyền để cho thấy số các số một là chẵn(nếu kiểm tra chẵn) hoặc là lẻ (nếu kiểm tra lẻ) Đây là một phương pháp đơn giản để mãhoá lỗi và chỉ cần đến một cổng XOR để mã hoá lỗi, tạo ra bít chẵn lẻ Bít chẵn lẻ bổsung vào dữ liệu được truyền bằng cách các chèn nó vào một vị trí chính xác của bittrong một thanh ghi dịch sau khi đã đếm xem có bao nhiêu bit một được gửi

1.4.1 Tốc độ Baul

Một trong các tham số chính đặc trưng cho quá trình truyền qua cổng RS232 là tốc

độ truyền và nhận dữ liệu Điều đáng chú ý là bộ truyền và bộ nhận đều phải làm việc ởcùng sấp xỉ tốc độ đó

Trong khuôn mẫu của khung truyền dị bộ (không đồng bộ), các bit bắt đầu, dừng,bít chẵn lẻ được bổ sung vào 7 bít dữ liệu dành cho ký tự mã ASCII Như vậy phải cầnđến tổng cộng là 10 bit để truyền đến một ký tự đơn Với hai bit dừng thì phải cần đến 11bit cho một ký tự đơn Nếu giả thiết là có 10 ký tự đã gửi mỗi giây và nếu như 11 bit đã

sử dụng cho mỗi ký tự thì tốc độ truyền thông tin là 110 bit mỗi giây (bps) Như vậytrong tổng số 10 bit có thể chia ra như sau:

Bảng 2.3 Bảng các bit trong một khung truyền

Ngoài tốc độ bit còn có một thuật ngữ nữa để mô tả tốc độ truyền là tốc độ BAUD.Tốc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền, trong khi tốc độ baud liênquan đến tốc độ mà các phân tử mã hoá dữ liệu được sử dụng để diễn tả các bit đượctruyền Bởi vì một phần tử báo hiệu sự mã một bit nên khi đó hai tôc độ là đồng nhất Chỉtrong các modem trong đó có sự biến đổi nên khi đó tốc độ baud khác với tốc độ bit

Bảng 2.4 Bảng tốc độ bps liên quan với số các ký tự đượctruyền trong mỗi giây

19200 1920

1.4.2 Phân khoảng thời gian trên luồng bít

Truyền thông dị bộ là kiểu truyền thông với các bit bắt đầu/dừng và cả bộ truyềnlẫn bộ nhận phải được thiết lập cùng một khoảng thời gian truyền một bit hay còn gọi làthời gian bit Một bi bắt đầu xác định vị trí bắt đầu cuộc truyền và luôn luôn là mức logicthấp Tiếp theo bit có ý nghĩa nhỏ nhất được gửi đi, rồi đến phần còn lại của các bit ký tựASCII 7 bit Sau đấy bit chẵn lẽ gửi đi và kế tiếp là bit dừng Khoảng thời gian thực tế đểtruyền mỗi bit liên quan đến tốc độ baud và có thể được quy định bằng cách sử dụngcông thức sau:

Khoảng thời gian của mỗi bit = 1/tốc độ baud [s]

Chẳng hạn nếu tốc độ baud là 9600 baud (hoặc bps), thì thời gian cho mỗi bit gửi

là 1/9600 [s] = 104us Bảng dưới chỉ ra mối quan hệ giữa một vài khoảng thời gian bitvới tốc độ baud Một ví dụ về các mức điện áp và các khoảng thời gian bit khi truyền ký

tự mã ASCII “V” được mô tả bên dưới:

Bảng 2.5 Bảng khoảng thời gian bit có liên quan với tốc độ baud

Tốc độ baud Thời gian cho mỗi bit (µs)

Hình 2.5 Mã ASCII ‘V’ với các mức điện áp RS-232

1.5 Truyền thông giữa 2 nút

RS232 đã trở thành một chuẩn nhưng không phải tất cả các nhà sản xuất trungthành với nó Một số nhà sản xuất tuân thủ đầy đủ những quy định trong tiêu chuẩn, trongkhi số khác thì chỉ thực hiện một phần Nguyên nhân là không phải tất cả các thiết bị đềucần đến toàn bộ khả năng của cổng nối tiếp RS232, chẳng hạn một modem cần nhiềuđường dẫn vào cổng hơn khi đấu chuột vào cổng ra nối tiếp

Tốc độ mà dữ liệu được truyền và tốc độ có thể của bộ truyền và bộ nhận quyếtđịnh có phải cần đến việc bắt tay hay không

1.5.1 Bắt tay

Việc truyền dữ liệu có thể tiến hành theo ba cách: không có bắt tay, có bắt tayphần cứng, hoặc bắt tay phần mềm Nếu như không sử dụng kỹ thuật bắt tay thì bộ nhậnphải có khả năng đọc các ký tự nhận được trước khi bộ gửi gửi ký tự khác bộ nhận có thểđệm ký tự nhận được và cất nó trong một ô nhớ riêng trước khi nó có thể đọc được Vị trí

ô nhớ này được gọi là bộ đệm nhận Đáng chú ý là bộ đệm này chỉ có thể giữ một kí tựđơn, nếu như nó không được làm rỗng trước khi một ký tự khác được nhận thì bất kỳ ký

tự nào trước đó sẽ bị đè lên Một ví dụ về hiện tượng này được minh họa trong hình dưới

Hình 2.6 Quá trình truyền và nhận các ký tự

Trong trường hợp này bộ nhận đọc song suôi hai ký tự đầu tiên tự bộ đệm nhân,nhưng nó chưa đọc ký tự thứ ba bởi vì ký tự thứ tư được truyền đã ghi đè lên trong bộđệm nhận Nếu như trường hợp này sảy ra thì việc bắt tay phải được sử dụng để làm dừng

bộ truyền gửi các ký tự để bộ nhận có thời gian sử lí các ký tự trong bộ đệm nhận

Khi sử dụng kỹ thuật bắt tay phần cứng, bộ truyền hỏi bộ nhận xem liệu đã sẵnsàng nhận chưa Nếu như bộ đệm nhận đang trống thì nó sẽ thông báo cho bộ truyền là nóđang sẵn sàng nhận dữ liệu Cứ mỗi lần dữ liệu được truyền và nạp vào bộ đệm nhận thì

bộ truyền lại được thông báo là không được truyền thêm bất cứ ký tự nào thêm nữa chođến khi ký tự trong bộ đệm nhận đã được đọc xong Các đường dẫn bắt tay phần cứngchính được sử dụng cho mục đích này là:

CTS clear to send – xoá để gửi

RTS Ready to send - sẵn sàng để gởi

DTR Data Terminal Ready - đầu cuối dữ liệu sẵn sàng

DSR Data Set Ready - bộ dữ liệu đã sẵn sàng

Phần mềm bắt tay kéo theo việc gửi các ký tự điều khiển đặc biệt gồm các ký tựDC1- DC4

Trước khi tiến hành truyền dữ liệu qua cổng RS232 ta phải hoàn thành công việcxác lập các thông số cho cổng Công việc này có thể tiến hành trong môi trường DOScũng như trong Windows Windows 9x của Microsoft cho phép xác lập các thông số chocổng nối tiếp bằng cách lựa chọn Control panel/System/Device Manager/Port (COM vàLPT)/Port setting Việc xác lập các thông số cho cổng truyền thông (IRQ và địa chỉ cổng)

có thể được thay đổi bằng cách lựa chọn Control panel/System/Device Manager/Port(COM và LPT)/Resources for IRQ and Address (các tài nguyên dùng cho IRQ và địachỉ) Hình dưới chỉ ra các tham số và cách thiết lập để làm ví dụ Các giá trị tốc độ baudđiển hình có thể lựa chọn là: 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 và 19200 cho cácthiết bị dựa trên vi mạch 8250 Vi mạch UART loại 16650 tương thích 825 Nhưng có thểđạt đến tốc độ bằng 33400, 56600, 132000, 230400, 460800, và 921600 baud Đáng chúý là việc điều khiển dòng dữ liệu có thể tiến hành bằng cách thiết lập việc bắt tay phầnmềm (X-ON/X-OFF), bắt tay phần cứng hoặc không có gì cả

Hình 2.7 Thay đổi các thông số thiết lập trạng thái cổng

Bit chẵn lẻ có thể được đặt là: không, lẻ, chẵn hoặc dấu trống Một dấu mark trongtuỳ chọn chẵn lẻ đặt bit chẵn lẻ thành 1 và một dấu trống trong đặt bit này thành 0

Trong trường hợp này cổng COM 1 được đặt ở tôc độ 9600 baud, 8 bit dữ liệu,không có chẵn lẻ, một bit dừng và không có sự kiểm tra chẵn lẻ

1.5.3 Truyền thông đơn giản không có bắt tay

Trong cách truyền thông này, người ta giả thiết rằng bộ nhận có thể đọc giữ liệu từ

bộ nhận được trước khi ký tự khác được nhận Dữ liệu được gửi vào từ vị trí kết nối đếnchân TxD của bộ truyền và được nhận ở vị trí nối với chân RxD của bộ nhận Khi DTE(chẳng hạn như máy tính) nối với DTE khác thì đường truyền (TD) trên một được nối vớiđường nhận (RD) của thiết bị kia và ngược lại Hình kia chỉ ra cách kết nối giữa các nútcho hai trường hợp: 9 chân - 9 chân và 9 chân - 25 chân

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối RS-232 không có phần cứng bắt tay

1.5.4 Bắt tay phần mềm

Có hai ký tự ASCII cho phép bắt đầu và làm dừng các cuộc truyền dữ liệu quacổng truyền dữ liệu qua công nối tiếp đó là: X-ON (^S, Ctrl-S hoặc mã ASCII 11) và X-OFF (^Q, Ctrl –Q hoặc mã ASCII 13)

Hình 2.9 Bắt tay phần mềm sử dụng X-ON và X-OFF.

Khi bộ truyền nhận được ký tự X-OFF nó làm ngừng quá trình truyền thông chođến khi ký tự X-ON được gửi Kiểu bắt tay này thương được sử dụng khi bộ truyền và bộnhận có thể xử lí dữ liệu tương đối nhanh chóng Thông thường bộ nhận cũng sẽ có một

bộ đệm dữ liệu lớn dùng cho các ký tự gửi tới khi bộ đệm này đầy, nó truyền mã ký tự OFF, sau khi nó đọc từ bộ đệm mã ký tự X-ON nó sẽ truyền như hình trên đã mô tả

Việc nhận dữ liệu cũng diễn ra tương tự với việc truyền dữ liệu, như các đườngdẫn DSR và DTR được sử dụng chứ không phải là RTS và CTS Khi DCE muốn truyền

dữ liệu đến DTE thì đầu vào DSR của bộ nhận sẽ chuyển sang trạng thái kích hoạt Nếu

bộ nhận không thể nhận ký tự, nó đặt đượng dẫn DTR ở trạng thái hoạt động và lúc đó và

lúc đó nút ở xa sẽ truyền ký tự Đường dẫn DTR sẽ được đặt ở trạng thái không kích hoạtcho đến khi ký tự này đã được xử lý xong.

1.5.6 Trao đổi thông tin hai chiều có bắt tay

Để bắt tay đầy đủ bằng dữ liệu giữa hai nút, các đường dẫn RTS và CTS được bắttay (tương tự như các đường dẫn DTR và DSR) Cách đấu nối này bao gồm cả các trườnghợp các nút ở rất xa nhau

Hình 2.10 Các đường dẫn bắt tay được sử dụng khi truyền dữ liệu

Hình 2.11 Ghép nối để truyền thông có bắt tay qua cổng RS-232

1.6 Bộ thu phát không đồng bộ đa năng (8250 và các bộ tương thích)

Hầu hết các card đều có UART được tích hợp vào trong các chip mà có thể điềukhiển cổng song song, cổng game, ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, và các thiết bị có giao diệnchuyên dùng Dòng 8250 bao gồm các UARTS16450, 16550, 16650, 16750 là loại phổthông nhất trong PC Sau đó chúng ta sẽ xem sét đến các loại khác có thể được sử dụngtrong các thiết bị trong nhà và các dự án.

16550 là chíp tương thích với 8250 và 16450

Hình 2.12 Pin Diagrams for 16550, 16450 & 8350 UARTs

16550 là chip tương thích với 8250 và 16450 Sự khác nhau duy nhất là 2 chân 24

và 29 Trên 8250 chân 24 là chân lựa chọn chip có chức năng duy nhất là chỉ định chip cóđược tích cực hay không Chân 29 không được kết nối trên UARTs 8250/16450 16450giới thiệu 2 chân mới Đây là chân sẵn sàng nhận (Receive Ready) và sẵn sàng truyền(Transmit Ready) có thể được thực hiện khi truy nhập bộ nhớ trực tiếp (DMA) Hai chânnày có hai chế độ làm việc khác nhau Chế độ 0 hỗ trợ bộ truyền đơn cho DMA, chế độ 1

hỗ trợ bộ đa truyền DMA

1.7 Các thanh ghi cổng nối tiếp

1.7.1 Các địa chỉ cổng và IRQ

COM 4 2F8 3Các địa chỉ cổng chuẩn trên đây làm việc với hầu hết các PC’s Nếu bạn có mộtmáy IBM P/S2 có một micro-channel bus thì một tập các địa chỉ và IRQ’s sẽ khác Cũnggiống như các cổng LPT, các địa chỉ cơ sở cho cổng COM có thể được đọc từ vùng dữliệu BIOS.

Bảng 2.7 Địa chỉ của cổng COM trong BIOS

0000 : 0400 COM1’s Base Address

0000 : 0402 COM2’s Base Address

0000 : 0404 COM3’s Base Address

0000 : 0406 COM4’s Base AddressBảng trên đây trình bày địa chỉ vùng dữ liệu BIOS lưu giữ các địa chỉ cổng truyềnthông (COM), mỗi một địa chỉ chiếm 2 Byte Chương trình mẫu bằng ngôn ngữ C dướiđây sẽ cho bạn thấy làm thế nào để bạn có thể đọc các định vị này để lấy được các địa chỉcổng COM

#include <stdio.h>

#include <dos.h>

void main(void)

{

unsigned int far *controdiachi; /*con tro toi vi tri cac dia chi cong*/

unsigned int diachi; /*dia chi cua cong*/

int a;

controdiachi=(unsigned int far *)0x00000400;

/*tro vao o nho 00000400h*/

for (a = 0; a < 4; a++)