Đề thi và đáp án : Thiết bị Ngoại vi và Kỹ thuật Ghép nố

Môn học Thiết bị Ngoại vi và Kỹ thuật Ghép nối BÀI CHỮA ĐỀ THI CNTT-K46 NHẮC NHỞ: • Về bài làm: Mỗi lớp/phòng thi cần có 01 máy dập ghim - tờ rời rất dễ thất lạc, chỉ ghim và nộp những tờ có thông tin cùng trang đầu là đề bài, họ tên, lớp, số thứ tự, số tờ - tránh nộp cả giấy trắng, người chấm vẫn phải scan xem có thông tin không. Cần thiế t ghi số tờ và số thứ tự các trang. • Có 02 sv dùng giấy không A4, tất nhiên là trượt nặng! • Đa số chữ rất xấu, vẽ hình ẩu và trình bày thiếu khoa học, đọc rất mệt. Nhiều sv viết hai mặt - rất khó đọc, khó nhìn, nhiều nhiễu. Nhớ rằng HN đang mất điện triền miên và nhiệt độ >40oC. • Đây là bài chữa theo yêu cầu sinh viên và để rút kinh nghiệm về trình bày cho các lần thi tiếp theo, xem như bài v ăn mẫu. Tất nhiên có nhiều phương pháp khác nhau để đến kết quả đúng và đều được chấp nhận, nhưng đây có thể xem như cách giải quyết vấn đề một cách chính tắc. A ĐỀ THI TBNV VÀ KTGN - K46 90 PHÚT - KHÔNG DÙNG TÀI LIỆU -------------------------------- Họ - Tên . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lớp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Đề tài bài tập lớn: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Successive Approximation ADC: Vẽ sơ đồ mô tả cấu trúc của ADC xấp xỉ liên tiếp (1đ). Với đồ thị chuyển đổi như hình bên, hãy xây dựng biểu thức của 4 step đầu và tính giá trị của các bit đó (1đ) 2. So sánh single-end và diffrential signals, cho ví dụ (1đ) 3. LED: Đặc tính U(I) và phương pháp tính toán mạch ghép nối LED (1 đ) 4. Phân biệt các mô hình ghép nối thiết bị ngoại vi: BUS và NETWORK. Cho ví dụ (1đ). 5. Ghép nối DAC (8 bit và U REF = 7,68V) với hệ vi xử lý để tạo tín hiệu như hình bên. f = 100Hz, độ rỗng xung là 40%, biên độ tín hiệu U0=0,13V; U1 tăng dần đều từ 0,25V đến 7,25V, mức tăng sau mỗi chu kỳ ΔU = 0,2V. Xây dựng sơ đồ (1đ) và viết chương trình điều khiển.(1đ) 6. ADC: Một cân điện tử ôtô (hằng số thời gian lớn) có các load cell (cảm biến đo) cho ra điện áp từ 0 .20mV ứng vớ i trọng lượng từ 0 .20 tấn. Hãy: (a) Xây dựng sơ đồ khối 1 hệ thống đo lường ghép nối máy tính/VXL cho cân (1đ); (b) Xây dựng mạch khuếch đại tín hiệu loadcell để ghép với ADC loại ICL7135 có điện áp vào 0 .2V (1đ) và (c) Giải thuật của chương trình điều khiển để thu thập số liệu cho cân (1đ) (lưu đồ hoặc step list hoặc đồ thị thời gian mô tả hoạt động) BÀI LÀM Câu 1. ADC xỉ liên tiếp: • Nguyên lý cấu trúc ADC xấp xỉ liên tiếp: vẽ hình 6.22 (không có phần đồ thị) • Cho đồ thị mô tả quá trình chuyển đổi 5 bit - hãy xây dựng biểu thức tính giá trị của 4 bit cao nhất: Mô tả hoạt động (như trong giáo trình), o bắt đầu là start CS làm gì để activate tín hiệu START o Step1 SAR đặt MSB = 1 => Udac<Uref ? => b N-1 = 1 hay 0 o Step2 . o Step3 . o Step4 . o Kết luận 4 bít đầu chuyển đổi (4 bit cao) là 0011xxxx Câu 2. So sánh tín hiệu đơn cực và vi sai: (cả tín hiệu analog và số) • Tín hiệu đơn cựu (Single End Signals): o Là tín hiệu có điện thế được so với 1 thế chuẩn - thường là Signal Ground, 0V. Đối với t/h số:  TTL: • 0 - 0.8V => Low; • 2 5V => Hi (  EIA232: (-3 -15V) => MARK; (+3 +15V) => SPACE o Thường dùng trong các board (address, data, control signals), EIA232, LPT . o Đặc điểm: ghép nối gần, nhạy cảm với nhiễ u, tốc độ thấp so cùng các thông số với vi sai, khi nối cáp (có thể) ít dây hơn so với vi sai. • Tín hiệu vi sai (Differential ~): o Mỗi tín hiệu gồm 2 cực, giá trị của tín hiệu là hiệu điện thế giữa 2 cực đó. o Vì vi sai, phía thu có mạch lấy hiệu của 2 điện thế nên loại trừ các thành phần giống nhau. Nếu cáp tín hiệu có 2 sợi giống nhau (cùng trở kháng, cùng chiều dài, gần nhau .) thì các thành phần nhi ễu đồng pha (các thành phần nhiễu giống nhau) được loại bỏ hoàn toàn. o Mô hình: ví dụ như hình bên o Mức tín hiệu: phụ thuộc vào Receiver, nói chung là rất nhỏ. Một ví dụ:  Va-Vb>100mV => '1' và  Va-Vb<-100mV => '0' o Tốc độ cao, truyền xa - Ví dụ EIA485/RS485 standard: 5000'@1Mbps, o Tốn dây dẫn hơn, 1 mối tín hiệu cần 1 đôi dây. Câu3: LED : Đặc tính U(I) và cách tính mạch • Đặc tính U(I): vẽ hình 5.7 cùng một vài giá trị • Tính mạch: tính điện trở để LED phát sáng phù hợ p với y/c thiết kế, gồm các bước: o Chọn độ sáng tương đối yêu cầu => dòng điện thuận (hình 5.7 sau -góc dưới - bên phải). o Từ dòng điện thuận, theo đặc tính Voltage-Amper [U(I)], xác định được điện áp thuận. o Tính điện trở: R=(Ucc - U LED )/I LED Câu4: Phân biệt mô hình ghép nối ngoại vi kiểu bus và network: Câu này đã được hỏi trên lớp, không có trong giáo trình, đòi hỏi có sự quan sát thực tế và suy luận - không được hiểu mạng là LAN/WAN/ INTERNET - đề cho là mô hình ghép nối NGOẠI VI. Không có ai làm tốt, tuy nhiên nói lảm nhảm vẫn được 1 điểm, những lần sau thì thôi. • Ghép nối kiểu bus: cho các thiết bị nhanh, gần như CRTC, HDD . các đường bus kiểu này thường là song song như PCI. Các thiết bị này thường được điều khiển bởi 1 hệ Vi xử lý chuyên dụng. • Ghép nối kiể u mạng: Các thiết bị ngoại vi là loại 'computerized', được điều khiển bởi hệ VXL thông dụng (multi purpose micro processor hay hệ nhúng, như bàn phím, mouse, máy in . đặc biệt là các thiết bị ngoại vi ghép thông qua USB (vẫn gọi là bus), hoặc IEEE1394 . • Kết luận: 2 mô hình trên dần tiếp cận nhau, đặc biệt một số bus ghép nối sau này như USB, IEEE1394, IEEE488, SCSI, I2C . về vật lý, vẫn chỉ 1 talker-1 hoặc nhiều listener tại 1 thời điểm, vẫn phải có địa chỉ. Câu5: Xây d ựng sơ đồ ghép nối và viết chương trình (hoặc thuật toán) điều khiển tạo sóng điều chế biên độ: Nhiều sinh viên (>20) nhầm sơ đồ ADC0809 !?) • Cấu trúc: Vẽ hình số 6.17. Các hình khác cũng được chấp nhận nếu chỉ ra được: o Có CS + bộ giải mã địa chỉ + Latch + DAC + i/u convertor hoặc o Máy tính - Vi điều khiển (đã có parallel port và giải mã địa chỉ bên trong) + DAC + i/u convertor hoặc o Hệ trung tâm + Giả i mã địa chỉ + built_in latch DAC (như DAC0832) + i/u convertor hoặc o . Nhiều lắm Hình trong đáp án trôi nổi ngoài thị trường là sai - không hiểu bản chất vấn đề • Hoạt động: o Tính U LSB = (1/(2 n )) * U REF = (1/256)*7.68V = 0.03V. o Tính và làm tròn U0, U1 và ΔU thành giá trị biên độ A0, A1 và dA - nguyên dương. o Tính giá trị của thời delay, xây dựng hàm trễ. Trong bài này có thể dùng hàm delay của C/Pascal (real time) o Xây dựng vòng lặp cho đến khi U1=U1 max (for to do hoặc repeat until hoặc while to .). Riêng bài này list chương trình dễ hiểu và gọn hơn diễn giải. Câu6. • Sơ đồ khối Phần trong khung hình vuông là tối thiểu - nếu vẽ thêm được phần oval is preferred. Không cần bộ S&H vì hằng số thời gian là rất lớn so với ADC's converssion time • Sơ đồ bộ khuếch đại: vẽ hình 6.05f hoặc 6.05g thì tốt. Không thì 6.05c hoặc 6.05d cũng được chấp nhận. Hệ số khuếch đại được tính theo công thức trong hình. Nhiều bạn vẽ và tính đúng như hình 6.05f (rất tốt !) • Thuật toán điều khiển thu thập số liệu: đối với sơ đồ này, chương trình rất đơn giản o Tùy thuộc dùng ADC loại XXLT (cần phải start) hay TP2SD (không cần start) o Đọc số liệu từ ADC o Xử lý sơ bộ: kiểm tra ngưỡng, đo nhiều lấy trung bình, loại bỏ nhiễu 50Hz . o Chuyển đổi thang đo: số nhị phân thành kg/tấn, cất vào CSDL. B ĐỀ THI TBNV VÀ KTGN - K46 90 PHÚT - KHÔNG DÙNG TÀI LIỆU -------------------------------- Họ - Tên . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lớp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Đề tài bài tập lớn: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Ghép nối DAC (8 bit và U REF = 7,68 Volt) với hệ vi xử lý để tạo tín hiệu như hình bên. Với biên độ xung không đổi, U0=2,13V; U1=7,54V; tần số xung không đổi và bằng 50Hz, độ rộng xung tăng từ 2ms đến 18ms, với bước ΔT = 1ms mỗi chu kỳ. Hãy xây dựng sơ đồ ghép nối (1đ) và viết chương trình điều khiển. (1đ) 2. Mô hình hiện đại ghép nối computer và thiết bị ngoại vi (1đ). 3. Cách ly quang học: Vẽ sơ đồ và cho ví dụ ứng dụng ghép nối cách ly. (1đ) 4. PC INTERRUPTs: Nêu thứ tự ưu tiên ngắt của các thiết bị ngoại vi trong máy tính PC (w and w/o PCI bus) (2đ) 5. Vẽ sơ đồ cấu trúc và mô tả hoạt động của 01 I/O line của cổng. 6. ADC: Một hệ cân băng tải trạm trộn bê tông (có hằng số thời gian lớn) có 6 loadcells (cảm biến đo) có điện áp ra từ 0 .20mV ứng với trọng lượng từ 0 .200kg; ADC 8 bit, điện áp vào t ừ 0 đến 5V. Hãy: (a) Xây dựng sơ đồ khối 01 hệ thống để thu thập 6 kênh analog này (1đ); (b) Sơ đồ khuếch đại tín hiệu cho các loadcells (1đ); (c) Giải thuật của chương trình điều khiển để thu thập số liệu cho 6 kênh (1đ) (lưu đồ hoặc step list hoặc đồ thị thời gian mô tả hoạt động) BÀI LÀM Câu1: Ghép nối DAC tạo xung PWM: Nhiều sinh viên (>20) nhầm sơ đồ ADC0809 !?) • Cấu trúc: Vẽ hình số 6.17. Các hình khác cũng được chấp nhận nếu chỉ ra được: o Có CS + bộ giải mã địa chỉ + Latch + DAC + i/u convertor hoặc o Máy tính <=> Vi điều khiển (đã có parallel port và giải mã địa chỉ bên trong) + DAC + i/u convertor hoặc o Hệ trung tâm + Giải mã địa chỉ + built_in latch DAC (như DAC0832) + i/u convertor hoặc o . Nhiều lắm Hình trong đáp án trôi nổi ngoài thị trường là sai - không hiểu bản chất vấn đề • Hoạt động: o Tính U LSB = (1/(2 n )) * U REF = (1/256)*7.68V = 0.03V. o Tính và làm tròn U0, U1 thành giá trị biên độ A0, A1 - nguyên dương. o Tính giá trị của delay, xây dựng hàm trễ. Trong bài này có thể dùng hàm delay của C/Pascal (real time) o Xây dựng vòng lặp cho đến khi T1=T1 max (for to do hoặc repeat until hoặc while to .). Riêng bài này list chương trình dễ hiểu và gọn hơn diễn giải bằng lời. o Câu2: Mô hình ghép nối thiết bị ngoại vi hiện đại. Các bạn làm bài tập lớn thường theo mô hình này Các thiết bị ngoại vi hiện đại theo mô hình (các thiết bị ghép qua USB, IEEE1394 . và các bus vào ra hiện đại khác) [Câu này không ai nói được, mặc dù đã giới thiệu trên lớp (không có trong giáo trình). Đòi hỏi sv cần có quan sát, suy luận . tuy nhiên vẫn cho điểm những người trả lời lung tung, những lần sau thì thôi ] Câu3: Cách ly quang học • Vẽ hình 2.2, Diễn giải một chút về cấu trúc và ho ạt động. Để cách ly về mặt điện thế giữa thiết bị ngoại vi với hệ trung tâm, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Ngoài ra cách ly quang học còn chống được xung nhiễu lan truyền qua nguồn cấp. Đa số vẽ đúng, tuy nhiên nhiều bạn vẽ cách ly nhưng vẫn chung nguồn cấp và đất - nhưng vẫn được điểm. • Địa chỉ ứng dụng: ghép nối thiế t bị công suất lớn (điện áp cao, dòng điện lớn), các thiết bị ngoại vi có khoảng cách ghép nối xa - chống sét lan truyền. Câu4: PC Interrupts • Vẽ hình số 3.5 - chưa cần nói ngắt với các thiết bị nào (1đ) • Diễn giải các thiết bị theo mức ưu tiên tăng hay giảm dần (1đ). Nêu khi nào thì IO devices phát ra ngắt - rất tốt. Không ai nêu được ý này, chỉ liệt kê - vẫn được 1 điểm nữa. Câu5: 01 IO line củ a cổng: • Vẽ hình 5.1 • Mô tả 03 hoạt động: Write pin; Read Pin và Read Latch Câu6: • Sơ đồ khối: Không cần bộ S&H vì hằng số thời gian là rất lớn so với ADC's converssion time • Sơ đồ bộ khuếch đại: vẽ hình 6.05f hoặc 6.05g thì tốt. Không thì 6.05c hoặc 6.05d cũng được chấp nhận. Hệ số khuếch đại được tính theo công thức trong hình. Nhiều bạn vẽ và tính đúng như hình 6.05f (rất tốt !) • Thuật toán điều khiển thu thập số liệu: đối với sơ đồ này, chương trình rất đơn giản o Tùy thuộc dùng ADC loại XXLT (cần phải start) hay TP2SD (không cần start) o Đọc số liệu từ ADC o Xử lý sơ bộ: kiểm tra ngưỡng, đo nhiều lấy trung bình, loại bỏ nhiễu 50Hz . • Chuyển đổi thang đo: số nhị phân thành kg/tấn, cất vào CSDL. . Môn học Thi t bị Ngoại vi và Kỹ thuật Ghép nối BÀI CHỮA ĐỀ THI CNTT-K46 NHẮC NH : • Về bài làm: Mỗi lớp/phòng thi cần có 01 máy dập ghim. hiện đại ghép nối computer và thi t bị ngoại vi (1đ). 3. Cách ly quang học: Vẽ sơ đồ và cho ví dụ ứng dụng ghép nối cách ly. (1đ) 4. PC INTERRUPTs: Nêu thứ