Tài liệu Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 5 pdf

1 P&I Ch5-Digi In/Out 1 ch 5. digital interface • GhÐp nèi hÖ trung t©m víi ThiÕt bÞ ngo¹i vi qua c¸c tÝn hiÖu logic 1/0 • pARALLEL iN/OUT – poRTS: principle, pPI, Centronics/LPT – PCMCIA, Dual ported Ram. – INTERCACing to devices: Key pad, LED, text panel, encoder, STEP motor, . – hI-pOWER INTERFACE: relay, scr, triac, power mosfet, igbt . • sERIAL in/OUT: Sync, async, – RS-232, RS-485, RS-422 – modem . P&I Ch5-Digi In/Out 2 5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý • In/Out nhiÒu bit ®ång thêi, nhanh, gÇn a. A Port Line (Ù1bit port): – Output Port: Latched Output (chèt ra), D_Flip-Flops – Unlatched Input, h×nh 5.1. single IO line/pin 2 P&I Ch5-Digi In/Out 3 • D Flip-Flop (D trigger): – Là 1 trong những phần tử cơ bản của hệ dãy, – D – data, lưu giữ 1 bit số liệu. – 4/6/8 D flip-flop => tạo ra 4/6/8 bit register, nhiều registers đóng trong 1 chip là SRAM. P&I Ch5-Digi In/Out 4 – Output: •Q -ứng với giá trị data input vào thời điểm có clock •/Q – đảo của Q. – Input: • Data bit: 1 hoặc 0 • Clock, thường là sườn lên, ghi nhận giá trị của data và lưu lại cho đến khi có bit số liệu khác ghi đè lên. •[Có thể có] clear – xóa; Preset – đặt trước – Có 2 loại: Transparent (HC373) và Master- Slave (HC374) 3 P&I Ch5-Digi In/Out 5 H. 501 b, c MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) P&I Ch5-Digi In/Out 6 • Write pin: bit 0 or 1, clock = ↑ – Write bit 0: D flip-flop => Q = 0; -Q = 1 => gate = 1 => R(ds) MOSFET = ON => pin = 0 – Write bit 1 D flip-flop => Q = 1; -Q = 0 => gate = 0 => R(ds) MOSFET = OFF => pin = 1 • Read pin: (Input line– out “1” firstly)- ReadPin = 0 (!) => open 3 state lower buffer => 1/0 from pin => data bus (i) • ReadLatch (Reading bit out previously) : -ReadLatch = 0 (!) => open 3 state higher buffer => 1/0 from pin => data bus (i) 4 P&I Ch5-Digi In/Out 7 5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý b. Simple In-Out Ports: • Cæng ra ®¬n gi¶n cã chèt (latched output port, based on 74 HC 374/HC373/HC273/HC574 ., 8 bit Register), (fig. 5.2) • Cæng vµo ®¬n gi¶n kh«ng chèt (unlatched input port, based on 3 state buffer - 74HC244) • Cæng vµo cã chèt (Latched Input Port), chó ý status flag P&I Ch5-Digi In/Out 8 5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý Ứng dụng: ghép nối DAC, LED display… 5 P&I Ch5-Digi In/Out 9 Port[Parallel_Out]:= solieu; LÖnh Pascal • Out Port: 74 HC 374: • CPU ph¸t ®Þa chØ ra IO space => cã t/h -IO CS • Ph¸t data vµ -IOW => cã t/h Clock = ↑ (Rising Edge) => data ®−îc chèt vµo HC374 • Ng/vi => OutControl = 0 => open 3 state output P&I Ch5-Digi In/Out 10 Hình 5.2c. Unlatched Input Port Hình 5.2d. Latched Input Port Unlatched Inport & latched Inport 6 P&I Ch5-Digi In/Out 11 5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyên lý c. Port song song có tín hiệu bắt tay/ trạng thái (outport): Gửi 1 packet ra ngoại vi, cần đồng bộ giữa 2 phía Peripheral chỉ đọc bộ đệm cổng khi có số liệu (cờ IBF thiết lập, 1) CS chỉ gửi số liệu ra tiếp theo khi byte/char trớc đã đợc đọc bởi Peripheral (OBE - Output Buffer Empty, xóa, 0) Chú ý Time-Out-Error. CPU gửi 1 character, set -OBE =1 (Out. Buf Empty) Per: If IBF= 1 then đọc char (In. Buffer Full) Bài tập: Lập trình (C/ Pascal/Asm) cho sơ đồ sau để gửi 1 packet n byte - Chú ý Timeout Error P&I Ch5-Digi In/Out 12 OBE IRQ 7 P&I Ch5-Digi In/Out 13 5.1. parallel interface: 5.1.2. Programmable ports • Ports: • Intel PPI 8255 (Programmable Peripheral Interface) • Motorola PIA 6821 (Progr. Interface Adaptor) • Z80 PIO (Parallel In/Out) . • Flexible Specifics: • 2 4 In/ Out Ports, single line direction define (PIA/ PIO) • Mode: IN/OUT w [w/o] handshake, bus trans-ceiver • Control/ status/ HSK: Edge (↑, ↓) or Level (hi, lo) • Case study 1: PPI 8255: Tù ®äc 4 ports: PA, PB, PCH & PCL, 24 IO lines 3 modes M0, M1 & M2, (PA & PB, PC as HSK signals) §¬n gi¶n vµ hiÖu qu¶ • Case Study 2: Interface ISA bus – PPI 8255, (Fig. 5.3a) P&I Ch5-Digi In/Out 14 H×nh 5.3a. GhÐp nèi PPI 8255 víi PC qua ISA bus Addr: 300h-303h, Mode 0 all, PA & PC In, PB Out 8 P&I Ch5-Digi In/Out 15 5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port Centronics Computer Inc. so called LPT; 2 LPT ports (available) in PC Modes: SPP, EPP, ECP & IEEE 1284 (EPP+ECP) IRQ (7/ 5) & DRQ (1/ 3 - 8 bit channels) support for many applications of Interface: Printer Local Area Network - LAN Ext. HDD, SemiDisk, Test Digital In/Out, ADC, DAC in many application interfaces PC remote control (TV, Multi media, shut down .) Programmers (All 11P2) np chip chuyờn dựng Others P&I Ch5-Digi In/Out 16 Mode 0: Simple Parallel Port - SPP (Normal mode, OUTput only) 50 100kB/s, cable 10' max - 25/36 lines - Ground twisted pair, Base Addr: 378h - LPT1 & 278h - LPT2 Data Out port, Addr. X78h - I/O space, TTL 0 5V, Open Coll. Buffered - 8 bit latched out, back read-latch LPT: send control & printed characters to Printer Control Out Port: X7Ah, TTL (x=3/2) 4 bit latched out, back read-latch, dùng software. Đối với các thiết bị, 4 tín hiệu này đợc set (1) và reset (0) bằng phần mềm thuần túy. LPT: /Strobe (b0), AutoFeed (b1), /Init (b2), SLCT(b3) IRQ_EN (b4), not outlet Status In, X79h, Unlatched, TTL (0 5V): Printer status 5 bit: b3 b7: Err, SLCT_IN, PE, -Ack, Busy 5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port 9 P&I Ch5-Digi In/Out 17 5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port P&I Ch5-Digi In/Out 18 Các hoạt động của LPT Port • Data port: – Outport: gửi 1 byte ra cổng data • Mov dx, 378h • Mov al, solieu • Out dx, al – Inport: đọc 1 byte data gửi ra trước đó • Mov dx, data_port ; địa chỉ 378h • In al, dx • Control Outport, chỉ dùng 4 bit b0 b3 –Gửi 4 bit ra: • Mov dx, 37Ah 10 P&I Ch5-Digi In/Out 19 • Mov al, control •Out dx,al – Đọc 4 bit gửi ra trước đó: • Mov dx, control_port • In al, dx • Status Port: Chỉ đọc trạng thái, unlatched, dùng 5 bit cao, b3 b7 • Mov dx, Status_port • In al, dx. • Các thử nghiệm: – Digital In: đếm khoảng thời gian, – Digtal Out: điều khiển logic đa điểm liên động, – Ghép nối DAC để tạo tín hiệu, ADC để đo lường P&I Ch5-Digi In/Out 20 5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port • Enable Int Req: mov dx, 37Ah; LPT 1 control in al, dx or al, 0001 0000b out dx, al ; PASCAL: Port[BA+2]:=Port[BA+2] or $10; {set bit 4 only} • Disable: Port[BA+2]:=Port[BA+2] and $EF; {Reset bit 4 only} [...] .. . hoặc vi sai (truyền xa) hoặc (byte, BCD, GrayCode formatted), Manufacturers: Tamagawa Seiki, Epson, HewlettPackard P&I Ch5-Digi In/Out 55 5. 1 parallel interface: 5. 1 .8 encoder P&I Ch5-Digi In/Out 56 28 5. 1 parallel interface: 5. 1 .8 encoder P&I Ch5-Digi In/Out 57 5. 1 Parallel interface: 5. 1 .9 Step motor Hình 5. 1 2a Step Motor P&I Ch5-Digi In/Out 58 29 P&I Ch5-Digi In/Out 59 5. 1 parallel interface: 5. 1 . 9.. . Addr, data, R/W E = 1 Ch5-Digi In/Out 53 5. 1 parallel interface: 5. 1 .8 encoder P&I Ch5-Digi In/Out 54 27 5. 1 parallel interface: 5. 1 .8 encoder Dùng để ghép nối đo lờng dịch chuyển cơ học: chiều dài, vận tốc (cđ thẳng và quay), gia tốc, định vị, robot Công nghệ vật liệu từ - nam châm vĩnh cửu hoặc quang - hồng ngoại/ laser, hi resolution ADC Độ phân ly cao: dảI rộng: 256 upto 50 0 kc/t (counts/turn) ,.. . WR, CS) và trạng thái Các tín hiệu HSK/Arbitor Hãng: Integrated Device Technology Inc & Others; chip IDT 7707, 32Kbyte DPR Ví dụ ứng dụng: Ghi 32 kênh điện thoại/fax đồng thời 25 P&I Ch5-Digi In/Out Hình 5. 5 b Dual ported Static RAM P&I Ch5-Digi In/Out 26 13 5. 1 parallel interface: 5. 1 .5 PCmcia/PC Card personal computer memory card international Association, Ver 2.1 ; pc card standard ( 5. 0 ) 199 6.. . State Relay : hình 5. 1 3b: Điều khiển công suất vô cấp Dễ gây nhiễu cho lới điện, phải có Line Filter Điều khiển thiết bị một chiều (dc): Hình 5. 1 4 Thyristor (SCR - Silicon Controlled Rectifier) P&I Ch5-Digi In/Out 68 34 Hình 5. 1 3 P&I P&I Hi Power ac Load Interface: điều chỉnh đóng cắt (a) và vô cấp (b) Ch5-Digi In/Out Ch5-Digi In/Out hình 5. 1 3a Thyristor (SCR) 69 70 35 Hình 5. 1 3b Sơ đồ chỉnh lu .. . chức/ công ty: >50 0 members PC card device - credit card size adaptor: nhỏ, dễ mang, hot plugability, tin cậy khi môi trờng thay đổi, 68 pin connector Devices: Flash, SRAM, modem, LAN (wire & wireless), disk, audio w DSP, GPS 16 bit data path (PCMCIA 2.1 / PC Card Standard 5. 0 ) 3.3 and/or 5 V Dùng với nhiều loại bus P&I Ch5-Digi In/Out 27 P&I Ch5-Digi In/Out 28 14 5. 1 parallel interface: 5. 1 .5 PCmcia Kiến .. . Ch5-Digi In/Out 30 15 5. 1 Parallel interface: 5. 1 .6 LED Interface a Khỏi nim: LED? Light Emitting Diode Color: Red, Green, Yellow, Amber, R+G Infra Red, UV LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Blue, Cyan Symbol & characteristics P&I Ch5-Digi In/Out Hình 5. 7 a LED 31 5. 1 Parallel interface: 5. 1 .6 LED Interface Package and Applications: Single point, status of devices .. . motor is given a step command P&I Ch5-Digi In/Out 67 5. 1 parallel interface: 5. 1 .9 hi power interface Là các mạch ghép nối máy tính/ VXL với các thiết bị có điện thế cao/ dòng điện lớn nh lò nung [sấy] điện trở, lò cao tần, motor (ac và dc) công suất lớn, èn, motor Điều khiển thiết bị điện xoay chiều (ac) có cách ly: Relay, hình 5. 1 3a: Dùng Relay để cách ly [và relay trung gian], Điều khiển công .. . delay(1 1 .5 ); 3 turnoff row[n]: disable LS138(s); 4 Inc (n) ; If n = 8 then n=0; 5 Goto(2) Smooth left/ right shifting? Color: 4/ 16M color P&I LED duty cycle ! độ rỗng Ch5-Digi In/Out thời gian P&I Ch5-Digi In/Out Tiếng Vi t? mỵ ổ 43 44 22 P&I Ch5-Digi In/Out F 5. x LED module 32x16x4 color, CED- 05 45 P&I Ch5-Digi In/Out 46 23 P&I F5.x Electronics Graphics LED Board Ch5-Digi In/Out 47 192x128x4Color x 50 Hz .. . ghép công suất: theo chỉ dẫn dòng P&I Ch5-Digi In/Out 60 30 Hình 5. 1 2b Symbolic Diagram for Step Motor, Giant Magnetic Resistance Material P&I Ch5-Digi In/Out 61 Hình 5. 1 2c 1 sơ đồ điều khiển Step Motor 4 cuộn dây Ch5-Digi In/Out 62 P&I 31 Hình 5. 1 2d Các sơ đồ nối dây cho step motor P&I Ch5-Digi In/Out 63 Hình 5. 1 2e Sơ đồ điều khiển cầu motor 2 cuộn dây P&I Ch5-Digi In/Out 64 32 STEP ANGLE: Step angles .. . lập với phần cứng: Socket service: Device driver - system manufacturer Card service: Device driver (chơng trình điều khiển) Operating System Vendor Client Drivers/ Client Enablers, Device Driver tạo các y/c tới hệ thống: do hãng chế tạo Card cấp Enablers/ Point Enablers: Driver chuyên để thông tin trực tiếp Host Adaptor P&I Ch5-Digi In/Out 29 5. 1 parallel interface: 5. 1 .5 PCmcia PC Card Standard - . status flag P&I Ch5-Digi In/Out 8 5. 1. parallel interface: 5. 1.1. nGuyªn lý Ứng dụng: ghép nối DAC, LED display… 5 P&I Ch5-Digi In/Out 9 Port[Parallel_Out]:=. Case Study 2: Interface ISA bus – PPI 8 255 , (Fig. 5. 3a) P&I Ch5-Digi In/Out 14 H×nh 5. 3a. GhÐp nèi PPI 8 255 víi PC qua ISA bus Addr: 300h-303h, Mode