Nối tiếp nội dung của phần 1 cuốn giáo trình Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi, phần 2 trình bày các nội dung: Ghép nối điều khiển ngắt, ghép nối vào ra điều khiển bằng DMA, ghép nối tương tự-số và số-tương tự, ứng dụng máy vi tính trong đo lường và điều khiển.
Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi CHƯƠNG 4: GHÉP NỐI ðIỀU KHIỂN NGẮT 4.1 Khái niệm phân loại ngắt 4.1.1 Khái niệm Mỗi thiết bị phần cứng hay chương trình cần đến giúp đỡ CPU, gửi ñi tín hiệu lệnh gọi ngắt (Interrupt Request – IRQ) ñến vi xử lý ñịnh cơng việc cụ thể mà cần CPU thực Khi vi xử lý nhận ñược tín hiệu ngắt, thường tạm ngưng tất hoạt động khác kích hoạt chương trình có nhớ gọi chương trình xử lý ngắt (Interrupt Service Routine _ ISR) tương ứng với số liệu ngắt cụ thể Sau chương trình xử lý ngắt làm xong nhiệm vụ, hoạt ñộng máy tính tiếp tục lại từ nơi bị tạm dừng lúc xảy ngắt 4.1.2 Phân loại ngắt Có ba loại ngắt chính, ngắt tạo mạch điện máy tính nhằm đáp lại kiện nhấn phím bàn phím Các ngắt ñiều khiển ngắt 8259A quản lý 8259A ấn ñịnh mức ñộ ưu tiên cho ngắt gửi ñến CPU Thứ hai ngắt CPU tạo gặp phải kết bất thường thực chương trình chia cho chẳng hạn … Cuối ngắt chương trình tạo nhằm gọi chương trình xa ñang nằm ROM RAM, ngắt gọi ngắt mềm chúng thường phận chương trình phục vụ ROM-BIOS DOS Ngồi ba loại ngắt có loại ngắt đặc biệt ngắt khơng bị che NMI đòi hỏi CPU phục vụ có yêu cầu Loại ngắt thường ñược dùng ñể báo hiệu cố sụt ñiệp áp hay lỗi nhớ Như NMI mức ngắt có độ ưu tiên cao Các ngắt PC chia thành nhóm sau : - Các ngắt vi xử lý : Thường gọi ngắt logic ñược thiết kế sẵn VXL Bốn số ngắt (0,1,3,4 ) VXL tạo ra, ngắt (NMI ) kích hoạt có tín hiệu tạo thiết bị Các ngắt cứng Ðược thiết kế sẵn phần cứng của PC, tám ngắt số ngắt (2,8,9,từ Bh ñến Fh) ñược gắn chết vào VXL vào bảng mạch hệ thống Tất ngắt cứng ñều 8259A ñiều khiển Các ngắt mềm Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 55 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Những ngắt phần chương trình ROM -BIOS, số hiệu dành cho ngắt ROM- BIOS từ 10h ñến 1C h 48h Ngồi có ngắt DOS ngắt BASIC phục vụ hệ ñiều hành DOS chương trình BASIC Các ngắt địa Bảng 4.1 : Bảng chức ngắt máy vi tính INT (Hex) IRQ Common Uses 00 Exception Handlers Chia số cho 01 Exception Handlers Thực bước 02 Non-Maskable IRQ Non-Maskable IRQ (Các lỗi chẵn lẻ) 03 Exception Handlers 04 Exception Handlers Vượt nội dung ghi hay nhớ ðiểm dừng chương trình người sử dụng ñặt 05 - 07 Exception Handlers 08 Hardware IRQ0 Bộ thời gian hệ thống 09 Hardware IRQ1 Bàn phím 0A Hardware IRQ2 Redirected 0B Hardware IRQ3 Cổng nối tiếp COM2/COM4 0C Hardware IRQ4 Cổng nối tiếp COM1/COM3 0D Hardware IRQ5 Reserved/Sound Card 0E Hardware IRQ6 ðiểu khiển ñĩa mềm 0F Hardware IRQ7 Cổng song song 10 - 6F - Software Interrupts Ngắt ROM-BIOS hay DOS 70 Hardware IRQ8 ðồng hồ thời gian thực 71 Hardware IRQ9 Redirected IRQ2 72 Hardware IRQ10 Reserved 73 Hardware IRQ11 Reserved 74 Hardware IRQ12 PS/2 Mouse 75 Hardware IRQ13 Math's Co-Processor 76 Hardware IRQ14 Hard Disk Drive 77 Hardware IRQ15 Reserved 78 - FF Software Interrupts - Ba số ngắt trỏ đến ba bảng quan trọng, bảng khởi tạo hình, bảng sở đĩa bảng ký tự ñồ thị Các bảng chứa tham số ñược ROM Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 56 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi BIOS dùng khởi ñộng hệ thống tạo ký tự ñồ thị Các số hiệu dành cho ngắt từ 1D hex ñến 1F hex 4.2 Xử lý ngắt nhiều thiết bị ngoại vi Thông thường MVT cần xử lý ngắt nhiều TBNV, cần giải vấn ñề sau: - Cho phép cấm ngắt cho yêu cầu ngắt TBNV Ghi nhận xếp nhiều yêu cầu ngắt theo thứ tụ ưu tiên Xác ñịnh nguồn ngắt TBNV gây Tạo vector ngắt, tức địa nhớ lệnh chương trình phục vụ ngắt 4.2.1 Cho phép cấm ngắt Cho phép cấm ngắt lệnh - Lệnh cấm ngắt DI (Disable interrupt) cho phép ngắt EI (Enable Interrupt) 8085 - Ghi vào ghi cờ nội dung bit IF (Interrupt Flag) giá trị: IF =1 : cho phép ngắt IF=0 : cấm ngắt Cho phép cấm ngắt mạch phần cứng Với lối vào NMI yêu cầu ngắt TBNV, ta dùng mạch lật ñể ñiều khiển cho phép cấm ngắt 4.2.2 Sắp xếp ưu tiên ngắt Theo ba phương pháp sau: Phương pháp hỏi vòng (polling): Dùng chương trình, đọc theo thứ tự ưu tiên bit trạng thái TBNV kiểm tra chúng Nếu bit xác lập lên 1, tức TBNV tương ứng có yêu cầu ngắt, VXL chuyển sang chương trình ngắt phục vụ TBNV Sau lại ñọc kiểm tra bit trạng thái TBNV có mức ưu tiên thấp Phương pháp ñơn giản thiết bị thời gian hỏi vòng Phương pháp ngắt cứng ðể tránh thời gian hỏi vòng, người ta nối bit trạng thái TBNV với mạch OR, lối cổng OR nối vào chân INTR VXL Khi TBNV có yêu cầu ngắt, VXL nhận biết qua INTR tiến hành hỏi vòng Phương pháp giảm thời gian kiểm tra trạng thái chưa có yêu cầu ngắt nào, khơng thay đổi thứ tự ưu tiên Phương pháp xử lý ưu tiên mạch cứng Có hai loại ưu tiên theo vị trí ưu tiên tuỳ theo mạch so sánh Ưu tiên theo vị trí đặt gần VXL Sơ đồ mạch ví dụ hình 4.1, với hoạt động sau: - Tín hiệu trả lời ngắt INTA (Interrupt Acknowledge) từ VXL ñi nối tiếp qua BGN, qua mạch xử lý ngắt trở lại VXL theo mắt xích kín (daisy chain) BGN đặt gần VXL có mức ưu tiên cao Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 57 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi - Nếu BGN ghi nhận ngắt, tín hiệu INTA bị chặn không truyền tới BGN sau Do đó, VXL khơng nhận tín hiệu INTA, nghĩa có u cầu ngắt xảy DI0÷DIn INTR VXL INTA BGN1 BGN2 BGN3 DI0÷DIn INTA INTA (b) (a) Hình 4.1: Sơ đồ ưu tiên ngắt theo vị trí vector ngắt Phương pháp ñơn giản thứ tự ưu tiên không thay ñổi ñược có BGN bị hỏng, mạch ln báo có u cầu ngắt Ưu tiên ngắt dùng mạch so sánh Dùng vi mạch Intel 8214, 8259 thay đổi ưu tiên ngắt chương trình 4.2.3 Xác định nguồn gây ngắt Có phương pháp xác ñịnh TBNV gây ngắt ñể chuyển sang chương trình phục vụ ngắt tưng ứng cho TBNV đó: - Phương pháp hỏi vòng: VXL đọc kiểm tra trạng thái TBNV Nếu kết 1, trạng thái TBNV sẵn sàng nguồn ngắt TBNV Phương pháp đọc vector ngắt tạo tín hiệu ngắt INTA ưu tiên ngắt theo vị trí Phương pháp đọc vào ghi ưu tiên PR sơ ñồ dùng mạch so sánh 4.2.4 Tạo vector ngắt Vector ngắt chứa ñịa ñầu chương trình phục vụ ngắt Các vector ngắt MVT – PC trình bày bảng 4.1 Ta tạo vector ngắt cổng AND colector hở hình 4.1 (b) Phương pháp thay đổi mức ưu tiên cách tìm nguồn ngắt, mạch phức tạp đắt tiền Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 58 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi CHƯƠNG 5: GHÉP NỐI VÀO RA ðIỀU KHIỂN BẰNG DMA 5.1 Khái niệm DMA 5.1.1 Khái niệm DMA Phương pháp trao ñổi liệu theo chương trình chậm do: - VXL phải giải mã thực lệnh Trao ñổi liệu byte thông qua chứa AX VXL Kỹ thuật vào DMA (direct memory access) phương pháp truy cập trực tiếp tới nhớ I/O mà tham gia CPU Phương pháp trao ñổi liệu nhớ thiết bị ngoại vi với tốc ñộ cao bị hạn chế tốc ñộ nhớ ñiều khiển DMA Tốc độ truyền DMA đạt tới 10 ÷ 12 Kbyte/s với nhớ RAM có tốc ñộ cao DMA ñược ứng dụng nhiều mục đích thơng thường dùng q trình "refresh" DRAM, xuất hình, đọc ghi đĩa, truyền liệu vùng nhớ với tốc ñộ cao 5.1.2 Hoạt động DMAC (DMA Controller) Hai tín hiệu ñể yêu cầu xác nhận hệ thống VXL HOLD ñược sử dụng ñể yêu cầu DMA HLDA đầu xác nhận DMA Khi tín hiệu HOLD hoạt ñộng (HOLD = 1), DMA ñược yêu cầu Bộ VXL trả lời cách kích hoạt tín hiệu HLDA, xác nhận yêu cầu, ñồng thời thả công việc thời bus liệu ñịa chỉ, ñiều khiển ñược ñặt trạng thái trở kháng cao Trạng thái cho phép thiết bị I/O bên VXL khác nắm quyền ñiều khiển bus hệ thống ñể truy cập trực tiếp nhớ Tín hiệu HOLD có mức ưu tiên cao INTR đầu vào NMI (ngắt khơng che được) sau RESET Tín hiệu HOLD ln có hiệu lực thời điểm suốt trình thực lệnh khác VXL Chú ý từ lúc tín hiệu HOLD thay đổi tín hiệu HLDA thay đổi trải qua số chu kỳ clock DMA thường ñược thực thiết bị I/O nhớ Quá trình đọc DMA q trình đưa liệu từ nhớ thiết bị I/O, ngược lại trình ghi DMA q trình đưa liệu từ I/O tới nhớ Trong hai chu trình thiết bị I/O nhớ ñược ñiều khiển ñồng thời dẫn đến cần có tín hiệu điều khiển khác Ðể điều khiển q trình đọc DMA ta cần hai tín hiệu hoạt động MEMR (đọc nhớ ) IOW (ghi I/O) Ðể điều khiển q trình ghi ta có hai tín hiệu MEMW (ghi bộ nhớ) IOR (ñọc I/O) Bộ ñiều khiển DMA cung cấp địa nhớ tín hiệu chọn thiết bị I/O cho 8088 suốt trình DMA Do tốc ñộ truyền DMA phụ thuộc vào tốc ñộ nhớ tốc ñộ ñiều khiển DMA nên trường hợp tốc ñộ ñiều khiển DMA nhỏ so với nhớ điều khiển DMA làm giảm tốc ñộ chung hệ thống Hình vẽ sau minh hoạ trình hoạt ñộng DMA ñồ thị thời gian ñọc / ghi DMA : Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 59 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Ðồ thị thời gian ñọc / ghi DMA Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 60 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi 5.1.3 Các chế ñộ trao ñổi liệu DMA + Trao ñổi liệu theo khối: trao ñổi nhiều lời liệu, ñếm từ giá trị n ñến + Trao ñổi lấy chu kỳ phần: DMA phát data bus rỗi, thực trao đổi liệu DMA DMAC phải có: - Thiết bị phát ñường dây rỗi Thiết bị bảo ñảm VXL bị treo DMAC không sử dụng ñường dây, khiến VXL chờ thời gian Tw tới DMAC thực trao ñổi xong phần trao ñổi liệu tiếp tục nốt phần lấy chu kỳ sau kết thúc trao ñổi từ liệu DMA + Trao ñổi lấy chu kỳ suốt: giống chế ñộ trên, DMA bắt VXL chờ tới trao ñổi xong từ liệu trọn vẹn Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 61 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi 5.2 Bộ ñiều khiển DMA – 8237A Vi mạch 8237A ñiều khiển DMA cung cấp ñịa nhớ tín hiệu điều khiển suốt q trình DMA truyền số liệu với tốc ñộ cao nhớ thiết bị vào 8237 vi mạch có kênh tương thích với VXL 8088, kênh mở rộng thêm nhiều kênh khác hệ thống nhỏ kênh qúa đủ 8237 có khả thực truyền DMA lên tới 1.6Mbyte/s Mỗi kênh có khả đánh ñịa tới 64 Kbyte nhớ truyền 64 Kbyte theo chương trình 5.2.1 Sơ đồ khối chức khối vi mạch 8237A Sơ đồ khối Hình 5.1: Vi mạch 8237A -5 Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 62 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Hình 5.2: Sơ ñồ khối chi tiết 8237 - CLK : Ðược nối với tín hiệu đồng hồ hệ thống - CS :Tín hiệu chọn mạch, thơng thường nối với ñầu giải mã ñịa - RESET : Xoá ghi tạm, ghi trạng thái , ghi lệnh,thanh ghi yêu cầu - READY : tạo trạng thái chờ cho 8237A-5 ñối với nhớ I/O có tốc độ thấp - HLDA (hold Acknowledge): tín hiệu thơng báo CPU thả bus địa chỉ, liệu, điều khiển - DREQ0 - DREQ3 (DMA request) : Ðầu vào yêu cầu truyền DMA cho kênh 8237A-5, cực tính tín hiệu vào lập trình ñược - DB0 - DB7 (data bus ): Chân nối với bus liệu VXL 8088 ñược sử dụng q trình trao đổi liệu - IOR IOW : ñiều khiển ñọc ghi I/O - EOP (end of process ) : tín hiệu hai chiều báo kết thúc DMA cuối chu kỳ DMA - A0- A3 : Chọn ghi nội cần lập trình phần địa truyền DMA trình DMA - A7 - A4 : Cung cấp phần địa lại DMA Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 63 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi - HRQ (hold request ) : nối với HOLD VXL tạo yêu cầu DMA - DACK0- DACK3 : (DMA channel acknowledge ) Ðầu chấp nhận DMA ( lập trình được) Thường dùng để chọn thiết bị cần ñiều khiển DMA - AEN : Cho phép chốt ñịa nối với DB0 - DB7 ñồng thời khơng cho phép đệm hệ thống ñược nối với VXL - ADSTB : (address strobe ) : hoạt ñộng ALE sử dụng ñiều khiển DMA chốt ñịa A8- A15 suốt q trình truyền DMA -MEMW ,MEMR: Ðầu điều khiển nhớ ñọc, ghi liệu chu kỳ DMA tương ứng Chức khối ghi * Các khối chức vi mạch : - Khối ñệm bus liệu Ðây ñệm bit ghép nối 8237 với bus hệ thống (D0- D7) : Các ñường bus liệu ba trạng thái, hai chiều Khi 8237 ñang ñược lập trình điều khiển 8088 CPU, bit liệu ghi ñịa DMA, ghi chế ñộ (Mode set Register ) ñược gửi ñến từ bus liệu Khi 8088 CPU ñọc ghi ñịa DMA, ghi ñếm (terminal count Register), ghi trạng thái liệu truyền đến 8088 thơng qua bus liệu Trong suốt chu kỳ DMA (khi 8237 ñang nắm quyền ñiều khiển bus liệu), 8237 gửi bit quan trọng ñịa nhớ (từ số ghi ñịa DMA) tới ñiều khiển bus Các bit ñịa ñược truyền bắt ñầu chu kỳ DMA, sau bus liệu giải phóng ñể thực trình trao ñổi liệu với nhớ suốt trình DMA * Các kênh DMA (DMA channel ): Mỗi kênh (CH0 - CH3) bao gồm hai ghi 16 bit : Thanh ghi ñịa DMA ghi ñếm (Terminal Count Register ) Hai ghi phải ñược khởi tạo trước kênh ñược phép hoạt ñộng Thanh ghi ñịa DMA đọc với địa nhớ ñầu tiên ñược truy cập Giá trị ñược ghi vào ghi ñếm (termianal count register) xác ñịnh số chu kỳ DMA trước ñầu ñếm kết thúc TC (Terminal Count ) hoạt ñộng Nói chung muốn có N chu kỳ DMA giá trị N-1 phải ñược ñưa tới 14 bit thấp ghi ñếm cổng vào (Terminal Count Register) Hai bit cao ghi xác ñịnh loại hoạt ñộng DMA cho kênh Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 64 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi Chân Tín hiệu USBDP Loại I/O 27 USBDM 3.3VOUT XTIN I/O OUT IN 28 31 XTOUT RCCLK OUT I/O 32 RESET EECS EESK EEDATA TEST IN I/O I/O I/O IN 25 24 23 22 21 20 19 18 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí Chức Tín hiệu liệu USB phụ thuộc váo trở 1.5k ñể giảm ñiện áp ngõ 3.3V Kết nối chân liệu âm USB Chân tạo ñiện áp 3.3V ngõ Lấy tín hiệu từ dao động 6Mhz từ dao ñộng thạnh anh ðưa tín hiệu 6Mhz chân dao ñộng thạch anh RC-Timer ñẩm bảo xung clock mode Sleep tác động mức Low suốt qua trình chọn mode Reset hay Sleep Reset toàn thiết bị sử dụng network RC Tùy chọn EEPROM-chip chọn Tùy chọn EEPROM-xung ñồng hồ Tùy chọn EEPROM-I/O liệu ðặt thiết bị vào mode Text- thiết bị phải ñược nối ñất Bus liệu truyền trực tiếp Bit0 Bus liệu truyền trực tiếp Bit1 Bus liệu truyền trực tiếp Bit2 Bus liệu truyền trực tiếp Bit3 Bus liệu truyền trực tiếp Bit4 Bus liệu truyền trực tiếp Bit5 Bus liệu truyền trực tiếp Bit6 Bus liệu truyền trực tiếp Bit7 114 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi 16 RD# IN 15 WR IN 14 TXE# OUT 12 RXF# OUT 11 EEREQ# IN 10 EEGN# OUT 3,13,26 VCC 9,17 GND 30 AVCC PWR PWR PWR Byte liệu D0….D7ñược tác ñộng mức thấp liệu truyền từ FIFO Ghi byte liệu D0… D7 vào FIFO truyền WR ñược tác ñộng cao → thấp Khi tác động high, khơng liệu vào FIFO Khi low liệu ghi vào FIFO Khi mức cao, khơng đọc liệu từ FIFO Khi mức thấp đọc RD# sau ñó chuyển từ thấp sang mức cao Yêu cầu EEPROM kết nối ñể xử lý qua bus liệu Ở mức thấp, cho phép EEPROM nối ñể xử lý qua bus liệu Thiết bị chuyển ñiện áp từ 4.4V – 5.25V Thiết bị nguồn xung clock PHẦN IV: NGUYÊN LÝ HOẠT ðỘNG CỦA MẠCH Nguồn ñược cấp nguồn DC bên hay nguồn DC P1 ðiện áp dao động từ → 30V, phụ thuộc vào tốc ñộ ñộng bước ðộng bước sử dụng hầu hết dong mạch, cấp nguồn thơng qua trở R1,R2 ðây trở giới hạn dòng đến động cho phép ñộng hoạt ñộng với nguồn ñiện áp cung cấp lớn ñiện áp giới hạn cho phép ñộng làm việc ðiện áp ổn định trạng thái (khơng tải) mạch thu ñược cách ñiều chỉnh ñiện áp ngõ 5V với chip ñiều chỉnh ñiện áp LM78L05 ðây IC ñiều chỉnh ñiện áp, với C7, C1, C5 cung cấp thêm vào ñiện áp lọc U1-UCN5804BM có chức cung cấp dòng 100mA, ñây trung tâm ñiều khiển ñộng bước làm việc theo phương pháp điều khiển Nó gồm CMOS xắp xếp lưu giữ mức logic phần ñiện áp lưỡng cức ngõ ñể trực tiếp ñiều khiển động UNC5804BM phát tín hiệu điều khiển với mode khác nhau: FULL-STEP, HALF-STEP, FULL-STEP WAVE D1-4 tổ hợp Diod ñể ngăn cản nguy hiểm đến chip UNC5804BM cơng tắc ngõ mức thấp ñộng ñang hoạt ñộng với tải lớn Mỗi LED1-4 sáng tương ứng với ngõ làm việc mức thấp vật có ích để nhận xét trạng thái làm việc ngõ Trở R3 cung cấp dòng điện giới hạn đến LED PIN 9,10,14 15 chip UCN5804BM ñể ñiều khiển ngõ theo phương pháp điều khiển tùy chọn Cơng tắc DIP1-4 cho phép ñiều khiển tay hướng làm việc ñộng bước theo bảng trạng thái sau: Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 115 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Ở ñây ta dùng mạch ghép nối ñể diều khiển động bước hoạt động máy tính, UCN5804BM phụ thuộc vào chân 11 có tác động hay khơng để thúc đẩy động làm việc Tín hiệu cấp từ chip FT245-USB Chip FT245_USB chuyển tín hiệu lấy từ cổng USB sang dạng tín hiệu truyền song song bit liệu tác ñộng ñến chip UCN5804BM ñể ñiều khiển ñộng bước làm việc theo mode ñịnh sẵn tốc ñộ quy ñịnh Ta cần truyền liệu vào chân ñiều khiển chip UCN5804BM theo sơ ñồ kết nối ñể ñiều khiển ñộng làm việc theo phương pháp Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 116 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi ðề tài 4: Thiết kế mạch cổng nối tiếp RS232 mạch làm nhiệm vụ ño ánh sáng ñiều khiển ñèn Chương I: Giới thiệu chung truyền thông nối tiếp Hiện tiêu chuẩn truyền thông theo hai hướng phân biệt dựa vào cách truyền : song song hay nối tiếp Cách truyền song song dễ bị nhiễu tác ñộng nên khơng thể truyền xa được, ñược sử dụng Truyền nối tiếp có loại : đồng hay khơng đồng Trong cách truyền ñồng bộ, dãy ký tự ñược truyền kèm theo ký tự ñồng SYN (mã ASCII 22) Phương thức cho tốc ñộ truyền cao mạch xử lý truyền nhận (bao gồm mạch thêm ký tự ñồng bộ, phát báo sai…) phức tạp nên dùng ứng dụng có u cầu cao tốc độ truyền Còn ứng dụng thông thường, ứng dụng lĩnh vực điều khiển tự động, khơng có yêu cầu tốc ñộ mà yêu cầu ñộ tin cậy mạch thực ñơn giản, rẻ tiền Khi đó, cách truyền khơng đồng phù hợp Theo cách truyền ký tự truyền riêng rẽ, phân làm frame có bit bắt đầu, bit liệu ký tự cần truyền, bit chẵn lẻ (ñể kiểm tra lỗi ñường truyền), bit kết thúc.Trong khuôn khổ Luận Văn ,ta sử dụng chuẩn truyền thông RS-232C (RS :Recommended Standard) ,là chuẩn truyền nối tiếp bất ñồng phổ biến Chuẩn lần ñầu tiên ñược giới thiệu vào năm 1962 hiệp hội kỹ thuật ñiện tử EIA (Electronics Industries Association) ñưa chuẩn giao tiếp truyền thơng máy tính thiết bị ngoại vi :modem, máy vẽ, mouse, máy tính khác …… Cấu tạo cổng nối tiếp: Bảng 1.1 Sắp xếp chân cổng nối tiếp máy tính: chân 25 chân 20 22 Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí Chức DCD _ Data Carrier Detect (Lối vào) RxD _ Receive Data (Lối vào) TxD _ Transmit Data (Lối ra) DTR _ Data Terminal Ready (Lối ra) GND _ Ground (Nối ñất) DSR _ Data Set Ready (Lối vào) RTS _ Request to Send (Lối ra) CTS _ Clear to Send (Lối vào) RI _ Ring Indicator (Lối ra) 117 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Các Chuẩn Truyền Nối Tiếp : Ở dạng nối tiếp ta có nhiều chuẩn truyền như: RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485 … khơng sâu vào chuẩn truyền nên ta khảo sát sơ chuẩn truyền RS-232 RS-485 : Bảng 1.2 So sánh tiêu chuẩn truyền EIA: Thông số Cable length(max ) Baud Rate (tốc ñộ baud) RS_232 15m (50FT) RS_422 RS_423 RS_485 1.2km(4000FT 1.2km(4000FT 1.2km(4000FT ) ) ) 20Kps/15m 10Mbps/12m 10Mbps/120m 100Kbps/1.2k m Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 100Kbs/9m 10Kbps/90m 1Kbps/1.2km 10Mbps/12m 1Mbps/120m 100Kbps/1.2k m 118 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Mode Unbalanced Driver No Receiver No Logic 1 Logic Community (truyền thông) Cable/Signa l (Cáp / tín hiệu) Methode (Phương thức) Balanced Differental 10 Unbalnced Differental 10 Balanced Differental 32 32 +5V ÷ +15 V -5V ÷ -15V +2v ÷ +5V +3.6V ÷ +6V +1.5V ÷ +5V -2V ÷ -5V -3.6V ÷ -6V -1.5V ÷ -5V 2V 1.8V 3.4V 1.3V 2 Simplex Half_duplex Full_duplex Simplex Half_duplex Full_duplex Simplex Half_duplex Full_duplex 150mA 150mA 150mA Simplex Half_duple x Full_duplex Short circuit 500mA current Phương thức truyền liệu RS-232 : Dữ liệu trao ñổi diễn hai ñường dẫn TxD RxD Qua chân cắm TxD, máy tính gởi liệu đến thiết bị khác Trong liệu mà máy tính nhận được, lại ñược dẫn ñến chân nối RxD Các tín hiệu khác đóng vai trò tín hiệu hỗ trợ trao đổi thơng tin khơng phải ứng dụng ñều dùng ñến Các bit liệu ñược gởi ñi theo kiểu ñảo ngược, nghĩa bit có giá trị “1” có mức điện áp LOW, bit có giá trị “0” có mức ñiện áp HIGH Mức tín hiệu nhận truyền qua chân RxD TxD thông thường nằm khoảng – 12V ñến +12V Mức ñiện áp ñối với mức HIGH nằm +3V ñến +12V Một chuỗi liệu truyền ñi theo dạng nối tiếp ñường dẫn: bắt ñầu bit khởi ñầu (Start bit), bit liệu (data bit), bit thấp ñi trước Số bit liệu nằm khoảng đến bit, tiếp bit kiểm tra chẳn lẻ (Parity) cuối bit kết thúc (stop bit) Hình thức truyền có khả dùng cho khoảng cách lớn , khả gây nhiễu nhỏ dùng cổng song song Tốc ñộ truyền ñược thiết lập tham số Baudrate, số bit truyền giây, thơng thường 300, 600, 1500, 2400, 4800, 9600 19200 Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 119 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi Một nhược điểm khơng nhỏ cổng nối tiếp tốc độ truyền liệu bị hạn chế Ví dụ với tốc ñộ 9600 baud cho phép truyền nhiều 960 byte giây Khuôn dạng liệu (Frame) cần phải ñược thiết lập hai bên gởi nhận Start bit Stop bit +12V -12V D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 T= 1/fbaud 1.04 ms Dòng liệu cổng RS_232 với tốc ñộ baud 9600baud Một yêu cầu quan trọng RS-232 thời gian chuyển ñổi từ mức logic tới mức logic khác không vượt qúa 4% thời gian bit Vì tốc độ 19200 thời gian chuyển mức logic phải nhỏ Vấn ñề làm giới hạn chiều dài ñường truyền Với tốc độ truyền 19200 baud truyền xa 50ft (1ft = 30.48cm, 15.24cm) Một vấn ñề quan trọng cần ý sử dụng RS-232 mạch thu phát khơng cân ( đơn cực ) ðiều có nghĩa tín hiệu vào ñược so với ñất Vì vậy, ñiện hai điểm đất hai mạch thu phát khơng có dòng điện chạy đất Kết có áp rơi dây đất ( V= I.R ) làm suy yếu tín hiệu logic Nếu truyền tín hiệu xa , R tăng dẫn ñến áp rơi ñất lớn dần ñến lúc tín hiệu logic rơi vào vùng khơng xác định mạch thu khơng nhận liệu truyền từ mạch phát Chính khơng cân mạch thu phát nguyên nhân giới hạn đường truyền Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 120 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Chương II : Giới thiệu linh kiện dùng mạch I Chip ADC804: Chíp ADC804 chuyển ñổi tương tư số thuộc họ ADC804 hãng national semiconductor Chíp nhiều hãng khác sản xuất ðiện áp ni +5v độ phân giải bit Thời gian chuyển ñổi ñược ñịnh nghĩa thời gian mà ADC cần đề chuyển mơt ñầu vào tương tự thành số nhị phân ðối với ADC 804 thời gian chuyển ñổi phụ thuộc vào tần số ñồng hộ ñược cấp tới chân CLK va CLKIN khơng bé 110µs CS chọn chip Là chân chọn chíp, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kich hoạt chíp ADC804 ðể tri cập ADC804 chân mức thấp RD - ðọc ðây tín hiệu vào tích cực mức thấp ADC chuyển ñổi ñầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi RD sử dụng để có liệu ñã chuyển ñổi tới ñầu ADC 804 CS=0 có xung cao xng thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit ñược ñưa tới chân liệu D0-D7 WR - Ghi ðây chân vào tích cực mức thấp dung để báo cho ADC 804 bắt đầu q trình chuyển ñổi Nếu CS=0 WR tạo xung cao xuống thấp ADC 804 bắt đầu tiến hành chuyển ñổi giá thị ñầu tương tự Vin số nhị phân bit CLK IN CLK R CLK IN chân vào nối tới đồng hồ ngồi ñộng hồ ñược sử dụng ñể tạo thời gian Tuy nhiên 804 có mộ tạo xung đồng hồ chíp để dùng đồng hồ chíp 804 chân CLK IN CLK – R nối tới tụ ñiện ñiện trở với tần số f = Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 1.1RC 121 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Ngắt INTR Ngắt hay gọi kết thúc việc chuyển ñổi ñây chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi hồn tất xuống thấp để báo cho CPU biết liệu ñược chuyển ñổi ñã sẵn sàng ñể lấy ñi Sau INTR xuống thấp, cần ñặt CS=0 gửi xung cao xuống thấp tới chân RD ñể ñưa liệu Vin (+) Vin(-) ðây la hai đầu vào tương tự vi sai, Trong Vin = Vin (+) - Vin (-) Vin (-) ñược nối xuống thấp Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 122 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi Vin (+) ñược dùng làm dầu vào tương tự ñược chuyển ñổi dạng số Vcc Là chân nguồn ni Vref/2 Chân điện áp đầu vàoñược dùng ñiện áp tham chiếu D0- D7 D0-D7 chân liệu Các chân ñược ñệm ba trang thái liệu ñã ñược chuyển ñổi ñược truy cập chân CS = chân RD đưa xng mức thấp Dout= Vin kichthuocbuoc Chân ñất tương tự chân ñất số ðây chân đầu vào cấp đất cho tính hiệu tương tự số, Tương tự nối toi Vin chân ñất số nối tới Vcc II Cảm biến nhiệt ñộ (họ LM35): Bộ cảm biến ( Transducer ) chuyển ñổi ñại lượng vật lý, ví dụ nhiệt ñộ, cường ñộ ánh sáng, lưu tốc tốc ñộ thành tín hiệu điện Phụ thuộc vào cảm biến mà đầu tín hiệu dạng ñiện áp,dòng, trở kháng hay dung kháng Bộ cảm biến nhiệt ñáp ứng thay ñổi nhiệt ñộ cách thay đổi trở kháng, song đáp ứng khơng tuyến tính Bộ cảm biến nhiệt độ LM35 hãng National Semiconductor Corp cảm biến nhệt tuyến tính đơn giản dễ ñược sử dụng rộng rãi LM35 họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao có điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt ñộ theo thang ñộ Celsius Nhiệt ñộ (00 ) 25 50 75 100 Trở kháng cảm biến (K Ω ) 29.49 10 3.893 1.7 0.817 Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt ñộ Họ cảm biến khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn cân chỉnh Họ cho ñiện áp 10mV ứng với thay ñổi nhiệt ñộ 10C Bảng sau giới thiệu số thông số kỹ thuật họ LM35 Mã sản phẩm LM35A Dải nhiệt ñộ -550C tới +1500C Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí ðộ xác + 10C ðầu 10mV/F 123 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi LM35 -550C tới +1500C + 1,50C LM35CA -400C tới +1100C + 10C LM35C -400C tới +1100C + 1,50C LM35D 00C tới +1000C + 120C Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt họLM35 10mV/F 10mV/F 10mV/F 10mV/F III Chip 74LS151: 74LS151 chip có ñầu vào số ña chức tốc ñộ cao.Nó cung cấp gói, khả chọn bit từ bit nguồn 74LS151 sử dụng chức máy phát ñể phát mức logic chức với giá trị S0 ÷ S2 : I0 ÷ I7 : E : Z : Z : : Vcc GND : Chọn ñầu vào Ngõ vào ña chức Chân vào tác ñộng ( tác ñộng mức thấp) Ngõ ña chức Ngõ bổ sung ña chức Chân nguồn Chân nối ñất Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 124 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 125 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi IV Chip 74LS373: Intel giới thiệu 74LS373 74LS373 cài ñặt mức flip-flops tác ñộng nhanh Nhiệm vụ 74LS373 ñược hiển thị “ Hi-Z” có nghĩa ngõ trạng thái trở kháng cao Ngõ mạch ñược biết ngõ trạng thái Ngõ trạng thái ñược sử dụng ñể ñiều khiển bus nơi mà thiết bị khác tác động đủ để đóng trạng thái ñể ñiều khiển bus Hi-Z : Ngõ trở kháng cao Qo : Mức ngõ trước cấu hình ngõ vào thiết lập OE ( Output Enable): Mở cổng ñệm Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 126 Tài liệu mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi Chương III : Mạch thiết kế ghép nối I Sơ ñồ nguyên lý mạch thiết kế mạch: II Nguyên lý hoạt ñộng mạch: Mạch ño ánh sáng ñiều khiển ñèn thông qua cổng nối tiếp RS-232 Mạch sử dụng quang trở ñể ño ánh sáng ñiều khiển ñèn, với ñiện áp chuẩn 2.5V lấy từ Diod Zener REF25Z, sau qua mạch khuếch ñại ñưa LM358 ñưa vào ñiện áp chuẩn 2.5V vào AD0804 AD0804 chuyển đổi tín hiệu tương tự từ quang trở thành tín hiệu số từ D0 → D7 ðầu vào quang trở dùng trở 330 Ω ñể giảm dòng vào, diod 4148 tạo ngưỡng dẫn Khi chân WR kích mức logic từ chân RTS cổng nối tiếp RS-232 AD0804 bắt ñầu làm việc Sau kết thúc chu kỳ INTR báo kết thúc Tín hiệu tương tự qua AD0804 chuyển thành tín hiệu số, thơng qua ðảo 7414 ñưa bit vào chân LE (chip ñệm) OE nối mass cho thông liệu ðầu kích ba trạng thái thơng liệu từ ñầu vào D0 → D7 ñầu ñầu vào, mạch lại chuyển tín hiệu truyền từ song song qua nối tiếp Thơng qua mạch dao động (7414, 10K, 10nF ) tạo xung ñưa vào IC74161 ñếm từ 000 → 111, sau quay trở lại đếm QD kích mức logic kích mở 74151(A), sau lần đếm ñưa liệu ñầu Y ñến chân RxD cổng RS-232 thơng qua máy tính điều khiển, ñiện áp ñược ñưa chân DTR +12V, dòng qua Diod 20mA làm Diod sáng lên kích mở Tranzitor, mở C828 H106 Lúc Role ñiện từ ñóng nối nguồn AC ñèn sáng lên QAQBQC tác ñộng bảng trạng thái sau: QA QB QC Y 0 D0 0 D1 D2 0 D3 Khi kết thúc 111 chuyển qua 011 D7 tắt Qua ñầu ñảo ñiều khiển tương tự 74151(B) có bit liệu D4 → D7 Sau bit stop qua bit Break Vậy cuối cung thu ñược bit data,0 parity, stop, 9600 Baud, bit Break Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 127 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi III Lưu đồ thuật tốn: Khởi phát chế độ Tạo tín hiệu Start Chờ thời gian Tch ðọc liệu RBR Tắt ñèn DTR= -12 Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí ðỏ đèn DTR=12 128 ... chương trình phụ Giảng viên: Nguyễn Văn Minh Trí 72 Tài liệu mơn học: Ghép nối điều khiển thiết bị ngoại vi CHƯƠNG 6: GHÉP NỐI TƯƠNG TỰ-SỐ VÀ SỐ-TƯƠNG TỰ Ðể điều khiển máy móc nhà máy, thiết bị y... mơn học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi 5 .2. 2 Ghép nối với 823 7A-5 hệ vi xử lý 8088 Vi mạch 823 7 sử dụng máy vi tính IBM PC để thực q trình DMA trao đổi liệu trực tiếp thiết bị máy vi... học: Ghép nối ñiều khiển thiết bị ngoại vi 5 .2 Bộ ñiều khiển DMA – 823 7A Vi mạch 823 7A ñiều khiển DMA cung cấp ñịa nhớ tín hiệu điều khiển suốt q trình DMA truyền số liệu với tốc ñộ cao nhớ thiết