"Module ghép nối với PC qua cổng RS-232 này sẽ có các thành phần chính sau: 1. Analog Input: Module này sẽ có 5 kênh đơn để nhận dữ liệu từ các thiết bị đầu vào. Nó sẽ có một bộ ADC 12bit để chuyển đổi dữ liệu từ analog sang digital. Điện áp lỗi vào của nó sẽ là 0-8V, 0-4V, 0-2V, 0-1V, 0-0.5V. 2. Bộ DAC: Bộ DAC sẽ được sử dụng để xây dựng bộ khuyếch đại lập trình. Nó sẽ chuyển đổi dữ liệu từ digital sang analog. 3. Cổng RS-232: Cổng RS-232 sẽ được sử dụng để kết nối module với PC. Nó sẽ cung cấp một cách để truyền dữ liệu từ module đến PC. 4. Phần mềm: Phần mềm sẽ"
LỜI NÓI ĐẦU Trong chục năm qua , khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vược bậc ngày có đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất ,kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến nhứng hệ thống máy tính cá nhân , từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Với mong muốn tìm hiểu , ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật đại vào phục vụ sản xuất phục vụ đời sống người Hơn hướng dẫn gíúp đỡ thầy khoa em hồn thành đề tài thiết kế modul ghép nối máy tính sử dụng giao diện RS232 Do trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót mong thầy bảo thêm Sau em xin trình bày thiết kế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS232 1.1.1 Đặt vấn đề Vấn đề giao tiếp PC vi điều khiển quan trọng ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 kỹ thuật sử dụng rộng rãi để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính.Nó chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều thiết bị , chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s tốc độ 115kbit/s với số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa thời điểm có bit gửi dọc theo đường truyền Có hia phiên RS232 lưu hành thời gian tương đối dài RS232B RS232C Nhưng phiên RS232B cũ dùng cịn RS232C dùng tồn thường gọi tên ngẵn gọn chuẩn RS232 Các máy tính thường có cổng nối chuẩn RS232C gọi cổng Com Chúng dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại chân lại 25 chân tùy vào đời máy main máy tính Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 tương đối dễ dàng, đặc biệt chọn chế độ hoạt động không đồng tốc độ truyền liệu thấp 1.1.2 Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232 + Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao + Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện + Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn ni qua cổng nối tiếp 1.1.3 Những đặc điểm cần lưu ý chuẩn RS232 + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) + -12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm + Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ +-3V đến 12V + Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps ( ngày lớn hơn) + Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF + Trở kháng tải phải lớn 3000 ôm phải nhỏ 7000 Ω + Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m không sử model + Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn : 50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400 56600,1152 00 bps 1.1.4 Các mức điện áp đường truyền RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Do từ đời mang vẻ lỗi thời chuẩn TTL, vấn sử dụng mức điện áp tương thích TTL để mơ tả mức logic Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cố định giá trị trở kháng tải đấu vào bus phận trở kháng phát Mức điện áp tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: + Mức logic : +3V , +12V + Mức logic : -12V, -3V Các mức điện áp phạm vi từ -3V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ - 3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao từ cao xuống thấp, tín hiệu phải vượt qua quãng độ thơì gian ngắn hợp lý Điều dẫn đến việc phải hạn chế điện dung thiết bị tham gia đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số hệ thống hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd 1.1.5 Cổng RS232 PC Hầu hết máy tính cá nhân trang bị cổng Com hay cổng nối tiếp RS232 Số lượng cổng Com lên tới tùy loại main máy tính.Khi cổng Com đánh dấu Com 1, Com 2, Com Trên có loại đầu nối sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại chân (DB9) 25 chân (DB25) Tuy hai loại đầu nối có song song hai loại đầu nối phân biệt cổng đực (DB9) cổng (DB25) Ta xét sơ đồ chân cổng Com chân: Trên kí hiệu chân hình dạng cổng DB9 Chức chân sau: + chân : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang liệu + chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận liệu + chân : Transmit Data (TxD) : Truyền liệu + chân : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối liệu sẵn sàng kích hoạt phận muốn truyền liệu + chân : Singal Ground ( SG) : Mass tín hiệu + chân : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, kích hoạt truyền sẵn sàng nhận liệu + chân : Request to Send : yêu cầu gửi,bô truyền đặt đường lên mức hoạt động sẵn sàng truyền liệu + chân : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bơ nhận đặt đường lên mức kích hoạt động để thơng báo cho truyền sẵn sàng nhận tín hiệu + chân : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết nhận nhận tín hiệu rung chng Cịn DB28 hầu hết main cổng Nên tơi khơng đề cập đến 1.1.6 Quá trình liệu a) Quá trình truyền liệu Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit tiếp theo.Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII( 5,6,7 hay bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1,5 hay bit dừng b) Tốc độ Baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho q trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền thời gian giây hay số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ ( Tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit cịn tham số để mơ tả tốc độ truyền tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit truyền cịn tơc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà bit truyền.Vì phần tử báo hiệu mã hóa bit nên hai tốc độ bit tốc độ baud phải đồng Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 yêu cầu sử dụng chuẩn thời gian chuyển mức logic không vượt 4% thời gian truyền bit Do vậy, tốc độ bit cao thời gian truyền bit nhỏ thời gian chuyển mức logic phải nhỏ Điều làm giới hạn tốc Baud khoảng cách truyền c) Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây bit kiểm tra lỗi đường truyền Thực chất trình kiểm tra lỗi truyền liệu bổ xung thêm liệu truyền để tìm sửa số lỗi q trình truyền Do chuẩn RS232 sử dụng kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ bổ sung vào liệu truyền để ch thấy số lượng bit "1" gửi khung truyền chẵn hay lẻ Một Parity bit tìm số lẻ lỗi chả hạn 1,3,,5,7,9 Nếu bit chẵn mắc lỗi Parity bit trùng giá trị với trường hợp khơng mắc lỗi khơng phát lỗi Do kỹ thuật mã hóa lỗi khơng sử dụng trường hợp có khả vài bit bị mắc lỗi Cịn cách thức truyền dẫn Phần tơi khơng đề cập bạn vui lịng xem giáo trình 1.2 Giới thiệu linh kiện sử dụng 1.2.1 Vi mạch UART CDP 6402 U 2 2 3 3 20 17 40 3 3 8 36 16 23 TB TB TB TB TB TB TB TB R R R R R R R R R R R R R R R R B B B B B B B B R R R R R R R R R R I TR O R R C TR C D R FE O E PE TB R E C LS1 C LS2 C R L D R R EPE M R PI R R D SBS SFD TB R L TR E 12 11 10 25 19 14 15 13 22 24 VC C C D P6402 Bố trí chân UART CDP6402 Những tính chất sau đặc trưng cho CDP6402 • Cơng suất tiêu thụ khơng đáng kể • Tốc độ baud: Đến 200kbaud điện áp nguồn nuôi +5V Đến 400kbaud điện áp nguồn ni +10V • Điện áp nguồn ni từ 4V đến 10,5 V • Đặt khn mẫu truyền liệu phần cứng • Sử dụng đơn giản • Giá thành gần 10USD (năm 1996) Như mục trước đề cập đến, để chuyển liệu qua giao diện nối tiếp có chip tích hợp mức độ cao Một linh kiên loại UART CDP 6402 HARIS Bộ UART chứa chip gửi nhận nối tiếp hoạt động toàn độc lập với Bộ gửi nối tiếp truyền sau xung khởi động liệu xếp kề sát qua đường dẫn tới nhận gửi kèm theo cách tự động bit khởi động bit dừng Bên ộ nhận lại có liệu nối tiếp đến để sử dụng song song Điểm đáng lưu ý vi mạch khn mẫu truyền liệu thiết lập trước phần cứng qua mức logic chân Nhờ mà vi mạch sử dụng cách vạn Bảng mô tả chức chân riêng biệt Chân Ký hiệu VDD NC GND RRD Mô tả Cực dương nguồn nuôi Không dùng Mass đất, 0V Receive Register Disable Khi tín hiệu dẫn đến mức high đường dẫn lối 10 11 12 13 D7 OUT D6 OUT D5 OUT D4 OUT D3 OUT D2 OUT D1OUT D0 OUT PE D0OUT đến D7OUT chuyển sang trạng thái điện trở cao Các bi liệu đến theo cách nối tiếp chân 20 xuất Hiện theo cách song song lối ba trạng thái D7OUT đến D0OUT Parity Error: sai số chẵn lẻ Một mức logic chân báo hiệu bit chẵn lẻ lập trình khơng đồng với bit nhận Nếu bit 14 FE chẵn lẻ khơng kích hoạt chân nằm mức low Sai số Framming Mức High chân báo hiệu bit dừng khơng có giá trị FE giữ ngun High nhận 15 OE bit dừng có giá trị Sai số Overrun OE sau trở nên High, byte nhận 16 SFD Trước byte cũ đọc từ ghi nhận Status Flag Disable Một mức cao chân có nghĩa lối PE, FE, OE, DE, 17 RRC TBRL trở nên có điện trở cao Receiver Register Clock RRC, tín hiệu giữ nhịp nhận nối tiếp dẫn đến Tần số cần phải thiết lập giá trị 16 lần lớn 18 19 DRR tốc độ Data Receiver Reset DR Một xung low chân đặt DR trở lại low Data Receiver DR=1 báo hiệu liệu nhận cách đầy đủ có mặt lối D7OUT đến D0OUT Trước byte liệu có giá trị báo hiệu, tín hiệu DR 20 21 RRI cần phải đặt lại xung âm DRR Receiver Register Input MR Ở chân tín hiệu nối tiếp dẫn đến Master Rest Với mức Higt, việc Reset linh kiện thực PE, FE, OE DR đặt lại, TRE, TBRE TRO 22 TBRE đặt lên mức cao Tranmitter Bufer Register Empty Một mức cao chân báo hiệu ghi gửi 23 TBRL trống sẵn sang tiếp nhận liệu Tranmitter Control Register Load Một xung low xóa để gửi bit liệu Bằng sườn dương liệu xếp kề sát, song song D7IN đến D0IN truyền vào ghi gửi sau gửi đến 24 25 TRE bên nhận theo cách nối tiếp với bit khởi động bit dừng Tranmitter Register Empty TRO Một mức cao báo hiệu linh kiện làm xong việc gửi Tranmitter Register Output Các bit liệu xếp kề sát song song D0IN đến D7IN dược gửi bao gồm bit khởi động bit dừng qua đường dẫn TRO 26 D0IN tới bên nhận Các bit liệu lối vào giửi trực tiếp đến nơi nhận 27 D1IN 28 29 30 31 32 33 34 35 D2IN D3IN D4IN D5IN D6IN D7IN CLR PI * D0IN LSB * D7IN MSB Control Register Load: nạp ghi điều khiển Một mức High nạp bit điều khiển vào ghi điều khiển CLS CLS PI EP SB DATA PARITY STOP E S 36 37 38 SBS CLS2 CLS1 BITS BITS BITS 0 0 Lẻ (old) 0 0 Lẻ 1,5 0 Chẵn 0 1 Chẵn 1,5 0 X disabled 0 X 0 Disable 1 0 0 Lẻ 1,5 0 0 Lẻ 1 0 Chẵn 1,5 0 1 1 X 0 0 Chẵn Disable 1 1 X 0 Disable 1,5 0 0 Lẻ 1 0 0 Lẻ 1,5 0 0 Chẵn 1 0 X 0 Chẵn Disable 1 1 X Disable 1,5 1 0 Lẻ 1 0 Lẻ 1,5 39 40 EPE TRC 1 1 0 1 8 Chẵn Chẵn 1 X Disable Disable 1 x Transmitter Register Clock Ở TRC có tín hiệu giữ nhịp gửi nối tiếp Tần số cần phải thiết lập lớn tốc độ baud 16 lần 1.2.2 Vi mạch MAX232 Max232 IC chuyên dùng cho giao tiếp RS232 thiết bị ngoại vi Max232 IC hãng Maxim Đây IC chay ổn định sử dụng phổ biến mạch giao tiếp chuẩn RS232 Giá thành Max232 phù hợp (12K hay 10K) tích hợp hai kênh truyền cho chuẩn RS232 Dịng tín hiệu thiết kế cho chuẩn RS232 Mỗi đầu truyền cổng nhận tín hiệu bảo vệ chống lại phóng tĩnh điện ( 15KV) Ngồi Max232 thiết kế với nguồn +5V cung cấp nguồn công suất nhỏ Mạch giao tiếp sau : Đây mạch giao tiếp kênh dùng Max232 Còn giao tiếp kênh tương tự Mạch sử dụng nhiều chuẩn giao tiếp RS232 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG GHÉP NỐI 2.1 Thiết kế tính toán phần chuẩn điện áp (0 to +5V) 2.1.1 Sử dụng mạch phân áp Dùng để chuyển đổi kênh t0 +8V dải to +4V Nguyên lý U v ao R U R Ura = R2 Uvao R1 + R Ura = 5V Uvao=8V ⇒ R2=500 kΩ , R1=200 kΩ 2.1.2 Sử dụng mạch khuyếch đại thuật tốn để chuyển kênh có điện áp MAX bé +5V dải to +5V 11 Nguyên lý mạch R V in Vout + U 12B R Vout = R1 + R Vin R1 Các thông số tính tốn trình bày • Kênh to +4V R1 = k Ω R2 = k Ω • Kênh to +2V R1 = k Ω R2 = k Ω • Kênh to +1V R1 = k Ω R2 = k Ω • Kênh to 0.5V R1 = k Ω R2 = k Ω • Kênh to +0.25V R1 = k Ω R2 = 19 k Ω 2.2 Mạch ghép nối MAX232 với cổng nối tiếp 2.3 Mạch ghép nối hoàn chỉnh CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Giao diện chương trình 3.2 Phần mềm thực Dim A(1 To 6) As Integer Dim b(1 To 6) As Integer Dim m1(1 To 6) As Integer Dim m2(1 To 6) As Integer Dim i, j As Integer Private Sub Command1_Click() MsgBox "giao dien dieu khien ket noi RS232 kenh dien ap don cuc" End Sub Private Sub Command2_Click() For j = To A(1) = MSComm1.Input 'nhan bit cao nhat d7 tu lan chuyen doi truoc For i = To m2(i) = m1(i) + MSComm1.Output = Chr(m2(i)) 'dat chan RTS len muc high MSComm1.Output = Chr(m2(i)) 'high to low A(i) = MSComm1.Input 'nhan cac bit du lieu lai Next i MSComm1.Output = Chr(m1(i)) 'gui du lieu chon kenh thu i b(j) = A(0) * ^ + A(1) * ^ + A(2) * ^ + A(3) * ^ + A(4) * ^ + A(5) * ^ + A(6) * ^ + A(7) ' phuc hoi du lieu bit Next j b(1) = b(1) / 32 'phuc hoi gia tri thang b(2) = b(2) / 64 'phuc hoi gia tri thang b(3) = b(3) / 128 'phuc hoi gia tri thang b(4) = b(4) / 256 'phuc hoi gia tri thang b(5) = b(5) / 512 'phuc hoi gia tri thang b(6) = b(6) / 1.28 'phuc hoi gia tri thang Text1.Text = Str(b(1)) & vol Text2.Text = Str(b(2)) & vol Text3.Text = Str(b(3)) & vol Text4.Text = Str(b(4)) & vol Text5.Text = Str(b(5)) & vol Text6.Text = Str(b(6)) & milivol End Sub Private Sub Command3_Click() End End Sub Private Sub Form_Load() MSComm1.Settings = "9600,N,8,1" MSComm1.CommPort = MSComm1.PortOpen = True m1(1) = 'dl m1(2) = 'dl m1(3) = 'dl m1(4) = 'dl m1(5) = 'dl m1(6) = 'dl End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) MSComm1.PortOpen = False MsgBox "CAM ON BAN DA SU DUNG CHUONG TRINH" End Sub ... RS232 có mức giới hạn (logic 1) + -1 2V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm + Mức logic có điện áp nằm khoảng -3 V đến -1 2V, mức logic từ +-3 V đến 12V + Tốc độ truyền nhận liệu... giờ) mô tả sau: + Mức logic : +3V , +12V + Mức logic : -1 2V, -3 V Các mức điện áp phạm vi từ -3 V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ - 3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi... dạng mã ASCII( 5,6,7 hay bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1,5 hay bit dừng b) Tốc độ Baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho