THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN

Ngày nay tin học đã thâm nhập vào tất cả mọi hoạt động trong xã hội và máy vi tính đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc hỗ trợ con người.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỘC LẬP _ TỰ DO _ HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH TUẤN NGUYỄN LÂM VŨ Lớp: 95KĐĐ Khóa: 1995 – 2000 1. TÊN LUẬN VĂN: THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN 2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 3. NỘI DUNG CÁC PHẦN LÝ THUYẾT & TÍNH TOÁN: 4. CÁC BẢN VẼ & ĐỒ THỊ: SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 1 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 5. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ VIẾT PHÚ 6. NGÀY NHẬN NHIỆM VỤ: 30 – 11 – 1999 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26 – 2 – 2000 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THÔNG QUA BỘ MÔN Ngày tháng năm 2000 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 2 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp LỜI CÁM ƠN Chúng em xin cảm ơn Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập và nghiên cứu trong suốt các năm qua. Chúng em xin chân thành cám ơn Quý Thầy Cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em, nhất là Quý Thầy Cô trong Khoa Điện đã giảng dạy trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp. Xin trân trọng cảm ơn Thầy Lê Viết Phú đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ. Xin cám ơn các bạn đã quan tâm và giúp đỡ. Xin cám ơn các bậc phụ huynh đã tạo mọi điều kiện về mặt tinh thần cũng như vật chất trong những năm học vừa qua Nguyễn Minh Tuấn Nguyễn Lâm Vũ SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 3 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 4 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 5 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay tin học đã thâm nhập vào tất cả mọi hoạt động trong xã hội và máy vi tính đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc hỗ trợ con người. Nó không chỉ làm giảm nhẹ lao động (kể cả lao động trí tuệ) mà còn giúp cho con người có những năng lực mới mà trước đây chúng ta khó hình dung được. Máy vi tính ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ quan, trường học, trong các ngành kinh tế và ngay cả trong gia đình. Theo đà phát triển hiện nay của nước ta thì quá trình hiện đại hoá, công nghiệp hoá là hai mục tiêu đứng đầu. Nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hóa thì không thể không nói đến quá trình tự động hóa, đó là một quá trình mà sự can thiệp của con người là tối thiểu. Mà để có tự động hoá trong các khâu, các nghành thì nhất thiết phải có sự hổ trợ của tin học mà cụ thể là các máy tính. Việc sử dụng máy vi tính trong lĩnh vực đo lường và điều khiển ngày càng phổ biến đòi hỏi phải ghép nối máy tính với các thiết bị bên ngoài trong đó tải hay các yếu tố chấp hành phải điều khiển được, còn các phần tử nhập liệu và các đầu đo thì được liên tục kiểm tra để cập nhật dữ liệu bằng một phần mềm được thiết kế riêng. Thông thường cách giải quyết vấn đề này một cách tốt nhất là thiết kế một khối ghép nối với bên ngoài máy tính để trao đổi thông tin với máy tính, khối đó chính là card giao tiếp. Trong thực tiễn sản xuất, việc đo lường và xử lý các đại lượng của thế giới thực như nhiệt độ, tốc độ, nguồn điện áp… là một yêu cầu cấp bách và thường xuyên. Để phần nào đáp ứng được yêu cầu đó, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN Từ những vấn đề đó, nhóm em đã được Thầy LÊ VIẾT PHÚ hướng dẫn thực hiện đề tài theo hướng tự động hóa bằng máy tính cá nhân (Personal Computer) và đơn giản phần cứng bằng kỹ thuật lập trình. Tuy nhiên vì thời gian có hạn, nên trong quá trình thiết kế tập luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong sự giúp đỡ của Quý Thầy Cô và các bạn để cuốn Luận Văn Tốt Nghiệp này được hoàn thiện hơn. Ngày 20 tháng 02 năm 2000 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện NGUYỄN MINH TUẤN – NGUYỄN LÂM VŨ SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 6 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU 1. MỤC ĐÍCH 2. YÊU CẦU II. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỌ MÁT TÍNH IBM I. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM II. BỘ NHỚ 1. BỘ NHỚ ROM 2. BỘ NHỚ RAM III. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT NGOẠI VI 1. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT CƠ BẢN 2. XUẤT NHẬP TRAO ĐỔI THÔNG TIN QUA KHE CẮM (SLOT) IV. SỰ PHÂN BỐ ĐỊA CHỈ TRONG MÁY TÍNH V. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KỸ THUẬT GIAO TIẾP 1. KỸ THUẬT GIAO TIẾP 2. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN KỸ THUẬT GIAO TIẾP PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP I. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MODULE GIAO TIẾP II. THIẾT KẾ & THI CÔNG CÁC MODULE CON 1. MODULE GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ VÀ ĐỆM DỮ LIỆU (MODULE 1) 2. MODULE NHẬN TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 2) 3. MODULE XUẤT TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 3) 4. MODULE NHẬN TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 4) 5. MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5) PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 7 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN E: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN KẾT LUẬN SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 8 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp PHẦN A: GIỚI THIỆU I. Mục đích – Yêu cầu của đề tài: 1. Mục đích: Nhằm đáp ứng được phần nào yêu cầu đo lường, khống chế và điều khiển các thiết bị máy móc trong sản xuất cũng như phục vụ cho nhu cầu học tập, thí nghiệm của sinh viên. Bên cạnh đó đề tài cũng để minh họa một trong nhiều ứng dụng của các IC chốt, giải mã thông dụng trên thị trường với giá thành rẻ và độ tin cậy cao. Ta có thể dùng các IC này trong mạch để thay thế các IC chuyên dùng như 8255… giúp ta tiết kiệm được kinh phí, khả năng mở rộng cao mà độ tin cậy như nhau trong các ứng dụng vừa và nhỏ. 2. Yêu cầu: Card giao tiếp phải thỏa mãn được các yêu cầu sau: + Dễ mở rộng, dễ phát triển. + Có thể điều khiển được nhiều đối tượng khác nhau (Bộ nguồn chỉ là một đối tượng. + Dễ thay đổi. + Ghép nối được với nhiều chủng loại máy tính khác nhau của họ máy vi tính IBM PC. + Sử dụng các linh kiện sẵn có, dễ tìm kiếm, giá thành phù hợp. + Khi thay đổi đối tượng điều khiển thì không cần thay đổi thiết kế phần cứng mà chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển. + Có khả năng quản lý được nhiều kênh khác nhau. + Có độ tin cậy và chính xác cao khi làm việc. II. Ý tưởng thiết kế: Trong đề tài này em chọn máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý và điều khiển vì nó có một số ưu điểm sau:  Về phương diện đo lường : - Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm. - Tự động xử lý bằng phần mềm. SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 9 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp - Đáp ứng được yêu cầu đa dạng của các quá trình sản xuất.  Về phương diện xử lý : - Ưu điểm của máy tính là khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của nó rất lớn và linh động (có thể lưu trên Memory, các loại ổ đĩa mềm và cứng) do xử lý số liệu bằng phần mềm. - Các phương pháp khác không có khả năng lưu trữ thông tin, kém linh động, chỉ có khả năng chỉ thị hoặc chỉ điều khiển mà không xử lý số liệu.  Về phương diện điều khiển : - Thực hiện được các phương pháp điều khiển khác nhau nhờ phần mềm.  Về phương diện kinh tế : - Giá thành thi công phải phù hợp, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao. Do đối tượng điều khiển trong đề tài này sử dụng dữ liệu số 8 bit nên ta sẽ thiết kế một card giao tiếp với máy tính theo dạng một board cắm vào khe slot theo chuẩn ISA 8 bit mà mọi máy vi tính PC IBM đều có để truy xuất dữ liệu từ D0 đến D7 trên Data Bus của máy tính để điều khiển đối tượng mà cụ thể trong đề tài này là bộ nguồn ổn áp có điện áp ra có thể thay đổi được trong khoảng từ 0V đến 25,5V. Ngoài ra, dựa trên các mục đích và yêu cầu đã nêu ở trên, hệ thống sẽ được thiết kế theo dạng module có thể tháo lắp độc lập nhau. Các module sẽ được gắn trên một đế cắm có nhiều slot cắm song song nhau và đế cắm này sẽ kết nối với card giao tiếp gắn trong trong máy tính bằng cáp để trao đổi dữ liệu. III. Các bước thiết kế: Để thuận tiện trong quá trình thiết kế cũng như phân bố địa chỉ cho các card kết nối theo dạng module nhóm chúng em thiết kế theo trình tự: - Thiết kế card giao tiếp gắn bên trong máy tính trước, có nhiệm vụ đệm dữ liệu và giải mã địa chỉ. - Chọn trước địa chỉ cho các card còn lại sẽ gắn vào module bao gồm card xuất tín hiệu Digital, card nhận tín hiệu Digital, card xuất tín hiệu Analog, card nhận tín hiệu Analog. - Dựa trên địa chỉ chọn trước (nằm trong vùng địa chỉ dành cho card cắm thêm trong máy tính) thiết kế từng module đã kể trên. Các module này có thể thiết kế theo thứ tự tùy ý do đã chọn trước địa chỉ truy xuất không trùng nhau. - Thiết kế module nguồn ổn áp để minh họa dựa trên cách xuất dữ liệu ra thông qua card đệm và giải mã. SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 10 [...]... Slot của máy tính) + 8 chân Data (D0 D7) + 10 chân địa chỉ (A0 A9) + 5 chân điều khiển : AEN, IOR, IOW, OSC, RESET Ngoài ra, trên Card Đệm và Giải mã này còn có thêm các đường nguồn + 5V và đường Mass Đường Mass này phải được nối giữa máy tính – Bộ nguồn – Các Card giao tiếp, do đó mọi biến động nhiễu của bộ nguồn hay các Card giao tiếp điều có ảnh hưởng đến máy tính và làm máy tính bị treo máy Để giảm... năng Bộ điều khiển DMA 1 (8232) Bộ điều khiển ngắt (8259) Bộ phát thời gian (8254) Bộ kiểm tra bàn phím (8242) Đồng hồ thời gian thực (MC 146818) Thanh ghi trang DMA (LS 670) Bộ điều khiển ngắt 2 (8259) Bộ điều khiển DMA 2 (8237) Dự trữ cho mảng mạch chính Bộ đồng xử lý 80x87 Bộ điều khiển đĩa cứng Cổng dùng cho trò chơi (Game) Cổng song song 2 (LPT 2) Card EGA 2 Cổng nối tiếp 4 (COM 4) Cổng nối tiếp. .. Clock Analog input Comparato r input OUTPUT 2.2 Giao tiếp ADC 0809 với máy tính: ADC khi nhận vào máy tính cần phải qua mạch giao tiếp với máy tính (để đảm bảo tín hiệu nhận vào được tương thích với máy tính) Hiện nay có rất nhiều phương pháp giao tiếp giữa ADC với máy tính, tuy nhiên để việc giao tiếp này có tính khả thi cao thì phần lớn các Card giao tiếp loại này đều có chung một sơ đồ khối sau:... III Các thiết bị xuất nhập ngoại vi : (I/O DEVICES) Thiết bị ngoại vi là những thiết bị thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu Các thiết bị ngoại vi thông dụng được gắn với máy tính gồm bàn phím, màn hình, các ổ đĩa, máy in … Chúng được gắn vào máy tính nhờ các Card giao tiếp và thông qua các Slot gắn trên Mainboard của máy tính (trên Mainboard của máy tính bao gồm CPU, ROM, RAM, Slot và các bộ phận... cấu trúc phần cứng hỗ trợ tùy theo từng loại CPU mà sẽ dùng những IC khác nhau như: - Bộ đồng xử lý toán học (8087/80287) - Điều khiển ngắt Interrupt (8259A) - Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp) (8237A) - Bộ tạo nhịp (8284) - Các cổng giao tiếp song song, nối tiếp (8255) - Điều khiển CRT (6845) Ngoài ra, còn sử dụng các logic đệm, chốt và giải mã địa chỉ II Bộ nhớ : (Memory)... và lựa chọn các kỹ thuật giao tiếp: 1 Kỹ thuật giao tiếp: Ở phần trên, nhóm em đã trình bày sơ lược về các I/O và chọn vùng địa chỉ cho Card giao tiếp Tuy nhiên, khi giao tiếp giữa các Card I/O với máy vi tính thì có rất nhiều phương pháp khác nhau nhưng có thể chia làm 3 nhóm chính như sau: - Vào / Ra điều khiển bằng chương trình (Program – Controlled I/O) - Vào / Ra điều khiển bằng ngắt (Interrupt... cho card mở rộng Bộ điều khiển đĩa cứng SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 18 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp 360 – 36F 378 – 37F Cổng nối mạng (LAN) Cổng song song 1 (LPT1) 380 – 38F Cổng nối tiếp đồng bộ 2 3A0 – 3AF Cổng nối tiếp đồng bộ 1 3B0 – 3B7 Màn hình đơn sắc 3C0 – 3CF Card EGA 3D0 – 3DF Card CGA 3E8 – 3EF Cổng nối tiếp 3 (COM 3) 3F0 – 3F7 Bộ điều khiển. .. rộng khả năng đáp ứng của máy SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú 14 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp tính Bên trong máy, ngoài các rãnh cắm dùng cho card vào/ra (I/O card) , card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống Các rãnh cắm này được tiếp tục dùng để ghép nối các bản mạch cắm thêm vào với máy tính PC Ở máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có một... nhiên thông dụng nhất ở thị trường Việt Nam (TP.HCM) thì ADC 0809 được nhiều người sử dụng nhất vì nó thông dụng và giá thành tương đối thấp ADC0809 là một thiết bị đơn loại CMOS với bộ chuyển đổi 8 bit, có bộ dồn 8 kênh và bộ vi xử lý điều khiển tương hợp điều khiển Logic Bộ chuyển đổi 8 bit A/D dùng những phép tính gần đúng làm kỹ thuật biến đổi Mô hình ADC 0809 đã được ưa thích hơn nhờ kết hợp những... song Nội dung cụ thể xin xem phần kế tiếp PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP 1 Sơ đồ khối của module giao tiếp: Hệ thống được thiết kế theo dạng các Module con để dễ dàng cho nhu cầu mở rộng về sau, các Module con này có các nhiệm vụ riêng biệt và có thể liên kết với nhau được dể dàng thành một hệ thống module lớn dùng kết nối trao đổi thông tin với máy tính MODUN 5 SVTH : Nguyễn Minh Tuấn . đ n gi n ph n c ng b ng k thu t l p tr nh. Tuy nhi n vì th i gian có h n, n n trong quá tr nh thi t k t p lu n v n n y kh ng thể tr nh kh i nh ng. độ tin c y cao. Do đ i t ng i u khi n trong đề t i n y sử d ng d li u số 8 bit n n ta sẽ thi t k m t card giao ti p v i m y t nh theo d ng m t board