(NB) Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính với mục tiêu chính là Sử dụng được các thiết bị đo. Trình bày được nguyên tắc hoạt động của các thiết bị đo. Trình bày được các sai phạm để tránh khi sử dụng các thiết bị đo. Vận dụng thiết bị đo để xác định được các linh kiện điện tử hỏng
1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BÌNH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Đo lường điêu khiển máy tính giáo trình xây dựng sở đào tạo nghề Kỹ thuật lắp ráp sửa chữa máy tính trình độ Cao đẳng nghề Ngày nay, giới diễn q trình đại hóa nhiều lĩnh vực hoạt động xã hội loài người Máy tính nói chung máy vi tính nói riêng xuất khắp nơi Cùng với tham số truyền thống khác điện năng, thép,…, phát triển đất nước xem xét thông qua tham số nữa, số máy tính đầu người dân Cũng giống cách mạng công nghiệp, cách mạng máy tính dẫn đến thay đổi quan trọng cách sống cách suy nghĩ Ngồi tò mò, ham hiểu biết, sớm tốt người phải ý thức khơng có hiểu biết định máy tính nói riêng cơng nghệ thơng tin nói chung khó hòa nhập vào sống đại Trong cơng nghiệp hóa đại hóa, làm để xây dựng việc tự động hóa dây truyền sản xuất, môi trường nguy hiển cho người như: Sản xuất tơ, máy vi tính, đồ điện tử thiết bị đòi hỏi độ xác cao Để giải tốn sử dụng máy tính vào đo lường điều khiển giải pháp tối ưu Đo lường điều khiển máy tính gì, cụ thể sao, hoạt động giáo trình Đo lường điều khiển máy tính giúp phần hiểu vấn đề Hà Nội, 2013 Tham gia biên soạn Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Nghệ Địa Chỉ: Tổ 59 Thị trấn Đông Anh – Hà Nội Tel: 04 38821300 Chủ biên: Trí Đức Tâm Mọi góp ý liên hệ: Phùng Sỹ Tiến – Trưởng Khoa Công Nghệ Thông Tin Mobible: 0983393834 Email: tienphungktcn@gmail.com – tienphungktcn@yahoo.com MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Các khái niệm điều khiển máy tính 1.1 Định nghĩa phân loại giao tiếp 1.2 Các hình thức điều khiển máy tính Giao tiếp qua khe ISA 2.1 Sơ đồ chân rãnh cắm ISA 2.2 Các địa (Address) mặc định số thiết bị thơng dụng máy tính 11 2.3 Các ngắt (IRQ) mặc định số thiết bị thông dụng máy tính 12 Giao tiếp qua khe PCI 12 3.1 Các đặc điểm khe cắm PCI 12 3.2 Sơ đồ chân khe cắm PCI 15 3.3 Giới thiệu thiết kế card giao tiếp PCI 17 CHƯƠNG 2: GIAO TIẾP QUA CỔNG SONG SONG (PARALLEL) 19 Giới thiệu cổng Parallel 19 1.1 Sơ đồ chân 19 1.2 Chức hoạt động 20 Các đặc tính cổng Parallel 21 2.1 Tốc độ 21 2.2 Tính chống nhiễu 22 Giao tiếp cổng SPP 23 3.1 Đặc tính SPP 23 3.2 Sơ đồ chân SPP 23 3.3 Thanh ghi địa giao tiếp 24 3.4 Giao tiếp chiều 25 3.5 Giao tiếp chiều 27 3.6 Minh họa giao tiếp song song với TTL 74LS157 28 Giao tiếp cổng EPP 28 4.1 Đặc tính EPP 28 4.3 Kết nối hai máy tính qua cổng EPP 29 4.3.1 Sơ đồ dây nối EPP 29 4.3.2 Triển khai kết nối máy tính (laplink) 30 Giao tiếp cổng ECP 31 5.1 Đặc tính ECP 31 5.2 Sơ đồ chân ECP 31 5.3 Kết nối máy tính qua cổng ECP 32 5.3.1 Sơ đồ dây nối ECP 32 5.3.2 Triển khai kết nối máy tính 33 CHƯƠNG 3: GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP (SERIAL) 36 Các đặc tính cổng giao tiếp nối tiếp (COM) 36 1.1 Phương thức giao tiếp nối tiếp 36 1.2 Đặc tính tốc độ 37 1.3 Đặc tính chống nhiễu 38 Cấu trúc cổng COM 38 2.1 Sơ đồ chân kiểu cổng DB-9 38 2.2 Sơ đồ chân cổng kiểu DB-25 39 2.3 Sơ đồ kết nối cổng COM 39 Mạch giao tiếp nối tiếp 41 3.1 Mạch chuyển đổi RS-232 41 3.2 Lập trình điều khiển nối tiếp đơn giản 44 3.3 Giới thiệu mạch chuyển AD qua cổng nối tiếp 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 MÔN HỌC: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Mã mơn học: MH40 Vị trí, ý nghĩa, vai trò mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí sau học sinh học xong môn học chung Học song song môn học/ mô đun đào tạo chuyên ngành - Tính chất: Là mơn học chun mơn nghề - Ý nghĩa vai trò mơn học : Là môn học bắt buộc nghề Sửa chữa, lắp ráp máy tính Mục tiêu mơn học: - Sử dụng thiết bị đo - Trình bày nguyên tắc hoạt động thiết bị đo - Trình bày sai phạm để tránh sử dụng thiết bị đo - Vận dụng thiết bị đo để xác định linh kiện điện tử hỏng - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm học tập - Bình tĩnh, tự tin cơng việc liên quan điều khiển máy tính Tên chương mục/bài Mã MH40-01 MH40-02 MH40-03 MH40-04 Mở đầu Các khái niệm đo lường điều khiển máy tính Giao tiếp qua cổng song song (Parallel) Giao tiếp qua cổng nối tiếp (Serial) Tổng số 01 08 Thời lượng Lý Thực thuyết hành 01 06 02 Kiểm tra 19 10 08 01 17 08 08 01 BÀI MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG Mã chương: MH40-01 Mục tiêu: - Biết tổng quan đo lường điều khiển Vai trò Đo lường Điều khiển máy tính Mục tiêu: - Biết vai trò đo lường điều khiển máy tính Ngày nay, giới diễn q trình tin học hóa nhiều lĩnh vực họat động xã hội lồi người Máy tính nói chung Đo lường điều khiển máy tính nói riêng xuất khắp nơi Để thực cơng việc có tích chất nguy hiểm đòi hỏi độ xác cao điêu khiển xe cộ, máy bay tín hiệu giao thơng hay điều khiển thiệt bị nhà máy nhiệt điện…Nếu không sử dụng máy tính để điều khiển máy móc thực cơng việc khó mà giải tốn Chính ngày Đo lường điều khiển máy tính đóng vai trò quan trọng đời sống sản xuất Đo lường giúp giải nhiều tốn khó đòi hỏi độ xác cao nhà máy sản xuất công nghiệp Điều khiển máy tính giúp theo dõi, quan sát hoạt động từ xa điều khiển theo dõi hoạt động dây truyền nhà máy, theo dõi điều khiển tín hiệu đèn giao thông thành phố, thị trấn…hay lĩnh vực khác… Tóm lại Đo lường điêu khiển máy tính có vai trò khơng thể thiếu đời sống hoạt động sản xuất ngáy Những ứng dụng điều khiển máy tính Mục tiêu: - Biết ứng dụng điều khiển máy tính Điều khiển máy tính có ứng dụng lớn nhiều lĩnh vực công nghiệp đại, ngành trọng yếu ngày Các hệ thống máy tính giúp người việc tự động hóa dây chuyển sản xuất, môi trường nguy hiểm cho người ví dụ như: sản xuất ơtơ, máy vi tính, đồ điện tử thiết bị đòi hỏi độ xác cao khác Điều khiển máy tính tự thu thập thông tin giao thông, dựa vào thuật tốn có sẵn phân luồng điều khiển giao thơng tự động Điều khiển máy tính quân tự điều khiển xe cộ, máy bay, tên lửa đạn đạo chiến tranh để tránh tiêu hao sức người, đồng thời độ tin cậy xác lại cao nhiều lần Điều khiển máy tính y tế sử dụng để hỗ trợ bác sĩ ca mổ, đem lại xác cao thao tác đồng thơi an toàn cho bệnh nhân Điều khiển máy tính văn phòng sử dụng để điều khiển máy in giúp cho rễ ràng in ấn văn cách nhanh chóng Điều khiển máy tính giúp quan sát, lưu lại hình ảnh hay hoạt động thông qua hệ thống Camera sử dụng nhà hàng, khách sạn, hệ thống bán hàng Siêu thị… CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Mã chương: MH40-02 Mục tiêu: - Hiểu cấu trấu giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi - Hiểu giao tiếp qua khe ISA PCI - Ý thức học tập, nghiên cứu cao - Chính xác, cẩn thận, tỉ mỉ thiết kế mạch giao tiếp qua khe cắm Các khái niệm điều khiển máy tính Mục tiêu: - Trình bày cấu trúc giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi 1.1 Định nghĩa phân loại giao tiếp Giao tiếp tiếp xúc cổng máy tính với dây cáp thiết bị ngồi, qua chúng nhận dạng trao đổi liệu với Giao tiếp phân loại sau: - Giao tiếp qua khe ISA - Giao tiếp qua khe PCI - Giao tiếp qua cổng song song Giao tiếp qua cổng SPP Giao tiếp qua cổng EPP Giao tiếp qua cổng ECP - Giao tiếp qua cổng nối tiếp (COM) 1.2 Các hình thức điều khiển máy tính Có hai hình thức điều khiển máy tính - Điều khiển trực tiếp Là điều khiển trực tiếp từ máy tính qua thiết bị ngồi cách kết nối trực tiếp thiết bị với may tính - Điều khiển gián tiếp Là điều khiển thiết bị ngồi máy tính khơng kết nối trực tiếp với nhau, thiết bị điều khiển máy tính thơng qua phương tiện gián tiếp Có nghĩa thiết bị ngồi máy tính kết nối với thơng qua hệ thống mạng LAN hay Internet Giao tiếp qua khe ISA Mục tiêu: - Trình bày giao tiếp qua khe ISA PCI - Chính xác, cẩn thận, tỉ mỉ thiết kế mạch giao tiếp qua khe cắm 2.1 Sơ đồ chân rãnh cắm ISA Rãnh cắm thông dụng rãnh cắm ISA (Industry Standard Architecture) IBM đưa năm 1980 máy 8086 XT (Extender Techology), sau ISA 16 bit cho máy AT (Advanced Techology) trở thành chuẩn AT Bus Hiện mainboard P4 khơng rãnh cắm nhiên việc nghiên cứu rãnh cắm ISA cẫn cần thiết Rãnh cắm ISA có màu đen mainboard gồm phần, phần đầu 62 chân, hàng có 31 chân dùng cho trao đổi liệu bit, phần thứ 36 chân, hàng 18 chân dùng hỗ trợ thêm cần liệu 16 bit Sơ đồ chân rãnh cắm mơ tả hình bên dưới: Sau ý nghĩa vấn tắt tín hiệu rãnh cắm (dấu - trước báo tín hiệu tích cực thấp) Tuyến địa 20 bit dùng truy cập SA19 ÷ (System Address bus 19 ÷) nhớ Mbyte ngoại vi Có thể dùng (I/O) với LA23 ÷ LA17 truy cập 16 Mbyte nhớ Khi truy cập ngoại vi dùng 16 bit thấp cho phép truy cập 64K địa ngoại vi Ở chế độ đọc hay ghi BALE mức cao, địa xuất cài lại cạnh xuống BALE Các tín hiệu điều 10 LA23 ÷ LA17 (Unlatched Address bus 23 ÷ 17)(I/O) AEN (Address Enable) (O) BALE (Buffered Address Latch Enable) (O) CLK (System Clock) (O) SD15 ÷ SD0 (System Data) (I/O) –DACK0 ÷ –DACK3, –DACK5 ÷ – DACK7 (DMA Acknowledge) (O) DRQ0÷DRQ3, DRQ5÷DRQ7 (DMA Requests) (I) – IOCHCK (I/O Channel Check) (I) – IOCHRDY (I/O Channel Ready) (I) – IOR (Read) (I/O) – IOW (Write) (I/O) IRQ9÷IRQ12, IRQ14÷IRQ15 IRQ3÷IRQ7 (Interrupt Requests) – SMEMR (System Memory Read)(O) – SMEMW (System Memory Write) (O) – MEMR (Memory Read) (O) – MEMW (Memory Write) (O) – REFRESH (Memory Refresh) (I/O) khiển DMA chiếm Card điều khiển gắn vào rãnh cắm Dùng với SA19 ÷ để truy cập 16 Mbyte nhớ, không cài lại Cho phép điều khiển DMA chiếm tuyến vi xử lý mức cao Dùng để cài địa LA23 ÷ hay dùng để giải mã địa Xung nhịp 4.77 MHz 16 bit liệu 0÷3 5÷7 dùng thơng báo cho biết vi xử lý chấp nhận DMA có yêu cầu chân DRQ0÷DRQ3 DRQ5÷DRQ7 Dùng ngoại vi yêu cầu chiếm tuyến vi xử lý ISA phục cho DMA (Direct Access Memory) để trao đổi thông tin trực tiếp với nhớ DRQ mức cao DACK tương ứng mức thấp Ở mức cao có lỗi, ngồi board ISA điều khiển để yêu cầu ngắt NMI Cho phép board chậm bắt vi xử lý chở cách kéo đường xuống thấp chu kỳ đọc viết, lúc vi xử lý vào chu kỳ chờ cho đên đường lên mức cao Báo ngoại vi xuất liệu tuyến Báo ngoại vi đọc liệu tuyến Tín hiệu vào bào ngoại vi cần ngắt, IRQ mức cao vi xử lý chấp nhận chương trình phục vụ ngắt Điều khiển nhớ MB xuất liệu Điều khiển ghi liệu vào nhớ Mbyte Dùng để dọc liệu từ nhớ Ghi liệu vào nhớ Ở mức thấp chu kỳ làm tươi nhớ 36 CHƯƠNG 3: GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP (SERIAL) Mã bài: MH40-04 Mục tiêu: - Trình bày chuẩn giao tiếp nối tiếp - Trình bày cấu trúc giao tiếp, phục vụ cho mơn học ‘Lập trình ghép nối máy tính’ sau - Thực kết nối máy tính qua cổng nối tiếp - Ý thức học tập, nghiên cứu cao - Chính xác, cẩn thận, tỉ mỉ thực giao tiếp qua cổng nối tiếp Các đặc tính cổng giao tiếp nối tiếp (COM) Mục tiêu: - Trình bày chuẩn giao tiếp nối tiếp 1.1 Phương thức giao tiếp nối tiếp Cổng nối tiếp máy tính, thường gọi cổng COM, sử dụng để truyền liệu hai chiều máy tính ngoại vi, có ưu điểm sau: - Khoảng cách truyền dài so với cổng song song Cổng nối tiếp truyền mức từ −3V đến −25V mức từ +3V đến +25V nên tính chống nhiễu cao hơn, cho phép khoảng cách truyền - xa - Số dây kết nối ít, tối thiểu ba dây - Có thể ghép với đường dây điện thoại, cho phép khoảng cách truyền bị giới hạn mạng tổng đài điện thoại - Có thể truyền không dây dùng tia hồng ngoại - Ghép nối dễ dàng với vi điều khiển hay PLC - Cho phép nối mạng Các thiết bị ghép nối nối tiếp chia làm hai loại DTE (Data Terminal Equipment) DCE (Data Communication Equipment) DCE thiết bị trung gian modem, DTE thiết bị máy tính, vi điều khiển, PLC, nguồn tạo liệu hay tiếp nhận liệu để xử lý Có thể ghép nối DTE với DTE DCE, DCE với DTE DCE Tín hiệu truyền nối dạng xung chuẩn RS 232 EIA (Electronics Industry Associations), mức logic gọi Space +3 +25V, mức logic gọi Mark, −3V −25V Từ DTE tín hiệu truyền hai dây TXD GND theo khuôn dạng sau: 37 Khi không truyền đường dây trạng thái Mark, bắt đầu truyền, xung Start truyền (+10 V) sau bit liệu, bit D0 truyền trước, bit liệu logic điện áp đường dây tương ứng +10V, sau bit liệu bit kiểm tra chẵn lẻ bit stop logic 1(-10V), DTE nhận tín hiệu truyền ngược trở lại theo đường RXD Nếu nối hai DTE với dùng sơ đồ Trường hợp nối DTE với DCE chân TXD DCE nhận tín hiệu chân RXD phát tín hiệu (nối 1-1) Cổng COM có hai dạng đầu nối đực D-25 D-9 1.2 Đặc tính tốc độ Cổng nối tiếp RS232 giao diện phổ biến rộng rãi Người ta gọi cổng cổng COM1, cổng COM2 để tự cho ứng dụng khác Giống cổng máy in cổng COM sử dụng cách thuận tiện cho việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi Việc truyền liệu qua cổng COM tiến hành theo cách nối tiếp Nghĩa bit liệu truyền nối tiếp đường dẫn Loại truyền có khả dùng cho ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng 38 cách lớn hơn, khả gây nhiễu nhỏ đáng kể dùng cổng song song (cổng máy in) Cổng COM hệ thống bus cho phép dễ dàng tạo liên kết hình thức điểm với điểm hai máy cần trao đổi thông tin với nhau, thành viên thứ ba tham gia vào trao đổi thơng tin Phích cắm COM có tổng cộng đường dẫn, chưa kể đến đường nối đất Trên thực tế có hai loại phích cắm, loại chân loại 25 chân Cả hai loại có chung đặc điểm Việc truyền liệu xảy hai đường dẫn Qua chân cắm TXD máy tính gởi liệu đến KIT Vi điều khiển Trong liệu mà máy tính nhận được, lại dẫn đến chân RXD tín hiệu khác đóng vai trò tín hiệu hổ trợ trao đổi thơng tin, trường hợp ứng dụng dùng hết Vì tín hiệu cổng COM thường mức +12V, -12V nên khơng tương thích với điện áp TTL nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển 8051 với máy tính qua cổng COM ta phải qua vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạch MAX232 để thực việc tương thích điện áp 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 thời 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 (chiều dài cho phép 30 – 50 m) 1.3 Đặc tính chống nhiễu Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao Cổng nối tiếp phần PC đời Với cổng COM COMM PC cổng nối tiếp không đồng điều khiển UART Mỗi cổng COM có giao diện RS-232, RS-485 cổng để dành cho modem thiết bị khác Mỗi PC có dạng khác cổng nối tiếp USB, Fire wire, I2C chúng dùng giao thức khác yêu cầu thành phần khác Cấu trúc cổng COM Mục tiêu: - Trình bày chuẩn giao tiếp cổng COM 2.1 Sơ đồ chân kiểu cổng DB-9 Chân D-9 Tên tín hiệu CD, Carrier detect, phát giác sóng mang RD, RXD, nhận liệu TD, TXD, truyền liệu DTR, Data terminal Ready SG, Signal ground Chiều Nhập Nhập Xuất Xuất Mass Ý nghĩa Phát giác có tín hiệu đường dây Nhập liệu nối tiếp Xuất liệu nối tiếp DTE sẵn sàng kết nối 39 DSR, Data set ready RTS, Request to send CTS, Clear to send RI, Ring Indicator Nhập Xuất Nhập Nhập Modem sẵn sàng kết nối DTE sẵn sàng trao đổi liệu Modem sẵn sàng trao đổi liệu Modem phát giác tín hiệu chng 2.2 Sơ đồ chân cổng kiểu DB-25 Chân D-25 Tên tín hiệu TD, TXD, truyền liệu RD, RXD, nhận liệu 20 22 RTS, Request to send CTS, Clear to send DSR, Data set ready SG, Signal ground CD, Carrier detect, phát giác sóng mang DTR, Data terminal Ready RI, Ring Indicator Chiều Xuất Nhập Xuất Nhập Nhập Mass Nhập Xuất Nhập Ý nghĩa Xuất liệu nối tiếp Nhập liệu nối tiếp DTE sẵn sàng trao đổi liệu Modem sẵn sàng trao đổi liệu Modem sẵn sàng kết nối Phát giác có tín hiệu đường dây DTE sẵn sàng kết nối Modem phát giác tín hiệu chng 2.3 Sơ đồ kết nối cổng COM Tín hiệu truyền nối tiếp dạng bit, số bit giây gọi baud, vận tốc truyền thông dụng 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200… baud Nếu dùng vận tốc 9600 baud khung truyền 8, E, (8 bit liệu, bit kiểm tra chẵn, bit stop) truyền byte chiếm 12 bit 40 giây truyền 800 byte, thời gian truyền bit ~ 0,1msec Các modem đời đạt tốc độ 56000 baud, nhiên vi mạch truyền nối tiếp đạt tốc độ cao đến 115200 baud (vi mạch 16550) 230400 baud (16C650) modem phải nén tín hiệu trước truyền đường Kết nối máy tính (DTE) modem (DCE) thực theo nguyên tắc chân tên nối với Còn kết nối DTE DTE thường dùng sơ đồ sau: Khi DTE cần truyền liệu DTR tích cực đưa DSR cho biết phía nhận sẵn sàng, đưa CD cho biết nhận sóng mang modem ảo Hai DTE có khung truyền nên RTS CTS nối với Đơi bỏ đường nối DTR với DSR CD Khi kết nối DTE với DCE, vận tốc truyền khác nhau, cần điều khiển lưu lượng Có hai cách dùng phần cứng phần mềm Khi dùng phần cứng sử dụng hai dây RTS CTS Nếu DTE muốn truyền cho RTS tác động, DCE chấp nhận gởi trở CTS máy tính gởi liệu, máy tính khơng nhận CTS không gởi liệu Điều khiển lưu lượng phần mềm dùng hai ký tự Xon Xoff Khi modem muốn máy tính ngừng truyền gởi ký tự Xoff (ASCII 19) modem rảnh gởi ký tự Xon (ASCII 17) Việc trao đổi liệu máy tính thực thơng qua vi mạch UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) với vi điều khiển hay PLC có vi mạch chuyên dụng tích hợp vi xử lý Các máy tính đời dùng cơng nghệ ASIC sử dụng chip đa làm nhiều nhiệm vụ giao tiếp nối tiếp, song song, cổng trò chơi, điều khiển đĩa, nhiên phần giao tiếp nối tiếp thiết kế tương hợp với vi mạch UART rời Các loại vi mạch UART thường gặp 8250, 8250A, 16450, 16550, 16650, 16750, … 6402 Các cổng nối tiếp đánh số COM 1, COM 2, COM 3, COM Bảng sau cho địa gốc cổng COM thông tin khác 41 Mạch giao tiếp nối tiếp Mục tiêu: - Thực kết nối máy tính qua cổng nối tiếp - Chính xác, cẩn thận, tỉ mỉ thực giao tiếp qua cổng nối tiếp 3.1 Mạch chuyển đổi RS-232 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 RS232C dùng tồn thường gọi tên ngắn 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 + 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 nuôi qua công nối tiếp + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ôm 7000 ơm + Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ +-3V đến 12V 42 + 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 ôm + 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 5660 0,115200 bps 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, 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 43 Còn DB28 hầu hết main khơng có cổng Nên không đề cập đến Mạch chuẩn giao RS232 dùng IC 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 Dòng 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 Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng DS275 Đây IC hãng Maxim DS275 dùng mạch giao tiếp chuẩn RS232 bán song cơng dùng thiết kế công suất nhỏ 44 Mạch giao tiếp đơn giản Do bán song công nên ứng dụng dùng Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng transistor Mạch sử dụng transistor để giao tiếp RS232 3.2 Lập trình điều khiển nối tiếp đơn giản /* Chương trình truyền nối tiếp dùng ngôn ngữ C 45 /* Xuất kỳ tự nhận hình đọc ký tự từ bàn phím gởi nối tiếp */ #include #include #include #define PORT1 0x3F8 /* COM 0x3F8 */ /* COM 0x2F8 */ /* COM 0x3E8 */ /* COM 0x2E8 */ void main (void) { int C; int ch; outportb (PORT1 + 1, 0); /* Cấm ngắt Port */ /* Đặt cấu hình PORT */ outportb (PORT1 + 3, 0x80); /* SET DLAB ON */ outportb (PORT1 + 0, 0x03); /* Set Baud rate - Divisor Latch Low Byte */ /* Default 0x03 = 38,400 BPS */ /* 0x01 = 115,200 BPS */ /* 0x02 = 56,700 BPS */ /* 0x06 = 19,200 BPS */ /* 0x0C = 9,600 BPS */ /* 0x18 = 4,800 BPS */ /* 0x30 = 2,400 BPS */ outportb (PORT1 + , 0x00); /* Set Baud rate - Divisor Latch Hight Byte */ outportb (PORT1 + , 0x03); /* Bits, No Parity, Stop Bit */ outportb (PORT1 + , 0xC7); /* FIFO Control Register */ outportb (PORT1 + , 0x0B); /* Turn on DTR, RTS, and OUT2 */ printf (“\n Press ESC to quit \n”); { c = inportb (PORT1 + 5); /* Xem có nhận ký tự không */ if (c & 1) {ch = inportb (PORT1); printf (“%c” ch);} /* Xuất ký tự hình */ if (kbhit ()) {ch = getch (); /* Đọc phím bấm */ outportb (PORT1, ch);} /* Gởi ký tự */ } while (ch != 27); } /* Chương trình giao tiếp nối tiếp dùng ngắt*/ #include #include #include #define PORT1 0x2E8 #define INTVECT 0x08 /* Com Port’s IRQ here */ 46 int bufferin = 0; int bufferout = 0; char ch; char buffer [1025]; void interrupt (*oldport1isr) (); void interrupt PORT1INTO () /* Interrupt Service Routine (IRS) for PORT */ { int c; {c = inportb (PORT1 + 5); if (c & 1) {buffer [bufferin] = inportb (PORT1); bufferin++; if (bufferin == 1024) bufferin = 0;} } while (c & 1); outportb (0x20, 0x20); } void main (void) { int c; outportb (PORT1 + , 0); oldport1isr = getvect (INTVECT); /* cất vectơ ngắt cũ */ setvect (INTVECT, PORT1INT); /* đặt vectơ ngắt */ /* COM - 0x0C */ /* COM - 0x0B */ /* COM - 0x0C */ /* COM - 0x0B */ outportb (PORT1 + , 0x80); /* SET DLAB ON */ outportb (PORT1 + , 0x03); /* Set Baud rate - Divisor Latch Low Byte */ /* Default 0x03 = 38,400 BPS */ /* 0x01 = 115,200 BPS */ /* 0x20 = 56,700 BPS */ /* 0x06 = 19,200 BPS */ /* 0x0C = 9,600 BPS */ /* 0x18 = 4,800 BPS */ /* 0x30 = 2,400 BPS */ outportb (PORT1 + 1, 0x00); /* Set Baud rate - Divisor Latch Hight Byte */ outportb (PORT1 + 3, 0x03); /* Bits, No Parity, Stop Bit */ outportb (PORT1 + 2, 0xC7); /* FIFO Control Register */ outportb (PORT1 + 4, 0x0B); /* Turn on DTR, RTS, and OUT2 */ outportb (0x21, (inportb (0x21) & 0xF7)); /* Set Programmable Interrupt Controller */ /* COM (IRQ4) - 0xEF */ /* COM (IRQ3) - 0xF7 */ /* COM (IRQ4) - 0xEF */ 47 /* COM (IRQ3) - 0xF7 */ outportb (PORT1 + , 0x01); /* Ngắt thu */ printf (“\n Press ESC to quit \n”); { if (bufferin ! == bufferout) {ch = buffer [bufferout]; bufferout++; if (bufferout == 1024) bufferout = 0; printf (“%C”, ch);} if (kbhit ()) {c = getch (); outportb (PORT 1, c);} } while (c ! = 27); outportb (PORT + , 0); /* Turn off interrupts - Port */ outportb (0x21, (inportb (0x21) 0x08)); /*MASK IRQ using PIC */ /* COM (IRQ4) - 0x10 */ /* COM (IRQ3) - 0x08 */ /* COM (IRQ4) - 0x10 */ /* COM (IRQ3) - 0x08 */ setvect (INTVECT, oldport isr); /* hồi phục vectơ ngắt cũ */ } 3.3 Giới thiệu mạch chuyển AD qua cổng nối tiếp Chuyển đổi AD dùng cổng nối tiếp 9600, 8, E, Chương trình sau viết ngôn ngữ C minh họa hoạt động mạch 48 /* Chương trình đổi AD nối tiếp */ #include #include #include #define PORT1 0x3F8 #define INTVECT 0x0C int bufferin = 0; int bufferout = 0; unsigned char ch; char buffer [1025]; void interrupt (*oldport1isr) (); void interrupt PORT1INT /*IRS cho PORT1 */ { int c; {c = inportb(PORT1 +5); if (c & 1) {buffer[bufferin] = inportb(PORT1); bufferin++; if (bufferin == 1024) {bufferin = 0;}} } while (c & 1); outportb (0x10, 0x20); } void main (void) { int c; outportb (PORT1 + 1, 0); /* Cấm ngắt port */ oldport1isr = getvect (INTVECT); setvect (INTVECT, PORT1INT); /*PORT - Đặt chế độ*/ outportb (PORT1 + 3, 0x80); /* SET DLAB ON */ outportb (PORT1 + 0, 0x0C); /* đặt Baud rate 9600 BPS */ outportb (PORT1 + 1, 0x00); outportb (PORT1 + 3, 0x03); /* bits, No Parity, Stop Bit */ outportb (PORT1 + 2, 0xC7); /*FIFO Control Register*/ outportb (PORT1 + 4, 0x0B); /*Cho DTR, RTS, OUT2 ON*/ outportb (0x21, (inportb (0x21) & 0xEF); outportb (PORT1 + 1, 0x01); /* Interrupt nhận data */ printf (“\n\chương trình đổi ADC nối tiếp Nhấn ESC để thoát \n”); { if (bufferin ! == bufferout) {ch = buffer[bufferout]; bufferout++; if (bufferout == 1024) {bufferout = 0;} print(“%u\n”, ch); printf(“%f volts\n”, (float) ch/256*5);} 49 if (kbhit () {c = getch(); outportb(PORT1, c);} } while (c != 27); outportb (PORT1 + 1, 0); outportb (0x21, (inportb (0x21) 0x20)); setvect (INTVECT, oldport1isr); } 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO - TS Nguyễn Đức Thành Đo lường Điều khiển máy tính NXB: ĐH HCM Năm 2006 - Ngô Diên Tập Đo lường Điều khiển Máy tính NXB : Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội ... đòi hỏi độ xác cao Để giải tốn sử dụng máy tính vào đo lường điều khiển giải pháp tối ưu Đo lường điều khiển máy tính gì, cụ thể sao, hoạt động giáo trình Đo lường điều khiển máy tính giúp phần...2 LỜI GIỚI THIỆU Đo lường điêu khiển máy tính giáo trình xây dựng sở đào tạo nghề Kỹ thuật lắp ráp sửa chữa máy tính trình độ Cao đẳng nghề Ngày nay, giới diễn q trình đại hóa nhiều lĩnh... VỀ ĐO LƯỜNG Mã chương: MH40-01 Mục tiêu: - Biết tổng quan đo lường điều khiển Vai trò Đo lường Điều khiển máy tính Mục tiêu: - Biết vai trò đo lường điều khiển máy tính Ngày nay, giới diễn q trình