III. Chuẩn LPT
2. Cấu trúc cổng LPT( cổng song song)
Cổng LPT có 2 loại: - Ổ cắm 36 chân - Ổ cắm 25 chân
Ngày nay, loại ổ cắm 36 chân không còn được sử dụng, hầu hết các máy tính PC đều trang bị cổng song song(LPT) 25 chân nên ta chỉ quan tâm đến loại 25 chân.
Cổng LPT gồm có 4 đường điều khiển, 5 đường trạng thái và 8 đường dữ liệu bao gồm 5 chế độ hoạt động:
- Chế độ tương thích (compatibility). - Chế độ nibble.
- Chế độ byte.
- Chế độ EPP ( Enhanced Parallel Port) - Chế độ ECP (Extended Capabilities Port)
3 chế độ đầu tiên sử dụng port song song chuẩn (SPP- Standard Parallel Port) trong khi đó chế độ 4, 5 cần them phần cứng để cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn.
Như chúng ta đã biết cổng LPT là thiết bị giao tiếp chuyên dụng giữa máy tính với máy in, nên bài dưới đây chúng em xin nói về chức năng của các đường dẫn tín hiệu giao tiếp giữa máy in với máy tính. Còn việc giao tiếp giữa các mạch điều khiển hay các thiết bị khác với máy tính ta chỉ việc đặt lại tên chân, còn ý nghĩa , chức năng từng chân tín hiệu của LPT không đổi.
H2.3- Cách bố trí chân của LPT DB 25
Chân Tên tín hiệu
1 Strobe(Out) 2 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 D4 7 D5 8 D6 9 D7 10 Acknowledge(In) 11 Busy(In)
12 Paper Empty(In) 13 Select(In) 14 Auto Linefeed(Out) 15 Error(In) 16 Reset(In) 17 Select Input(Out) 18-25 GND
Bảng2.1- Sơ đồ cách bố trí chân của LPT DB 25
Strobe (1): Với một mức logic thấp ở chân này, máy tính thông báo cho máy in biết có một byte đang sẵn sàng trên các đường dẫn tín hiệu để được truyền.
D0 đến D7: Các đường dẫn dữ liệu
Acknowledge: với một mức logic thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy tính biết là đã nhận được kí tự vừa gửi và có thể tiếp tục nhận.
Busy (bận – 11): máy in gửi đến chân này mức logic cao trong khi đang đón nhận hoặc in ra dữ liệu để thông báo cho máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính đã bị đầy hoặc máy in trong trạn thái Off- line.
Paper empty (hết giấy– 12): Mức cao ở chân này có nghĩa là giấy đã dùng hết. Select (13): Một mức cao ở chân này, có nghĩa là máy in đang trong trạng thái kích hoạt (On-line) Auto Linefeed (tự nạp dòng): Có khi còn gọi là Auto Feed. Bằng một mức thấp ở chân này máy tính PC nhắc máy in tự động nạp một dòng mới mỗi khi kết thúc một dòng. Error (có lỗi):Bằng một mức thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy tính là đã xuất hiện một lỗi, chẳng hạn kẹt giấy hoặc máy in đang trong trạng thái Off-Line.
Qua cách mô tả chức năng của từng tín hiệu riêng lẽ ta có thể nhận thấy các đương dẫn dữ liệu có thể chia thành 3 nhóm:
- Các đường dẫn tín hiệu, xuất ra từ máy tính PC và điều khiển máy tính, được gọi là các đường dẫn điều khiển.Các đường dẫn tín hiệu, đưa các thông tin thông báo ngược lại từ máy in về máy tính, được gọi là các đường dẫn trạng thái.
- Đường dẫn dữ liệu, truyền các bit rieng lẽ của các ký tự cần in.
Từ cách mô tả các tín hiệu và mức tín hiệu ta có thể nhận thấy là: các tín hiệu Acknowledge, Auto Linefeed, Error, Reset và Select Input kích hoạt ở mức thấp. Thông qua chức năng của các chân này ta cũng hình dung được điều khiển cổng máy in.
Đáng chú ý là 8 đường dẫn song song đều được dùng để chuyển dữ liệu từ máy tính sang máy in. Trong những trường hợp này, khi chuyển sang các ứng dụng để thực hiện nhiệm vụ đo lường ta phải chuyển dữ liệu từ mạch ngọa vi vào máy tính để thu thập và xử lý.
Vì vậy ta phải tận dụng một trong năm đường dẫn theo hướng ngược lại, nghĩa là từ bên ngoài về máy tính để truyền số liệu đo lường. Dưới đây đề cập chi tiết hơn đến các đặc tính một hướng và hai hướng của các đường dẫn này. Để coa thể ghép nốic các thiết bị ngoại vi, các mạch điện ứng dụng trong đo lường và điều khiển với cổng song song ta phải tìm hiểu cách trao đổi với các thanh ghi thông qua cách sắp xếp và địa chỉ các thanh ghi cũng như phần mềm.
Các đường dẫn của cổng song song được nối với ba thanh ghi 8bit khác nhau: - Thanh ghi dữ liệu
- Thanh ghi trạng thái - Thanh ghi điều khiển
Tám đường dẫn dữ liệu dẫn tới 8 ô nhớ trên thanh ghi dữ liệu còn bốn đường dẫn điều khiển Strobe, Auto Linefeed, Reset, Select Input dẫn tới bốn ô nhớ trên thanh ghi điều khiển, cuối cùng là năm đường dẫn trạng thái Acknowledge, Busy, Paper empty, Select, Error nối tới năm ô trên thanh ghi trạng thái. Riêng ở thanh ghi điều khiển còn phải chú ý tới một bit nữa được sử dụng cho mục đích ghép nối nhưng không được nối với ổ cắm 25 chân. Bit này có thể được sử dụng để xóa một bit ngắt liên quan với đường dẫn Acknowledge, vì vậy chưa đề cập đến đây.
Thanh ghi điều khiển cũng là hai hướng, thanh ghi trạng thái chỉ có thể được đọc và vì vậy gọi là một hướng. Ta có thể trao đổi với 3 thanh ghi này như thế nào? Hệ điều hành DOS dự tính đến bốn cổng song song và đặt tên là: LPT1, LPT2, LPT3 và LPT4.
Tuy vậy, hầu hết các máy tính PC đều chỉ có nhiều nhất hai cổng song song , và cho đến nay với lí do giảm giá thành, cổng song song chỉ còn lại một. Về mặt phần cứng, các nhà sản xuất đã dự tính bốn nhóm, mỗi nhóm 3 địa chỉ, để trao đổi với từng ô nhớ trên thanh ghi của mỗi giao diện. Ta có thể nhận thấy các địa chỉ thanh ghi nằm kế tiếp nhau.
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG TRONG MÁY CNC
Có rất nhiều loại mạch giao tiếp, tùy thuộc vào yêu cầu chế tạo, chế độ làm việc của máy CNC và điều kiện kinh tế mà thiết kế mạch giao tiếp cho phù hợp.
I. Mạch giao tiếp đơn giản
Mạch giao tiếp này đơn giản chỉ là một cổng mà qua đó cho phép máy tính gửi và nhận tín hiệu của driver và công tắc hành trình. Không có khác biệt nhiều giữa mạch giao tiếp đơn giản với cáp nối trực tiếp của cổng song song. Các chân tín hiệu đầu ra được nối với mạch driver và các công tắc hành trình. Dưới đầy là sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp đơn giản:
H 3.1- Sơ đồ mạch giao tiếp đơn giản
Mạch sử dụng 17 con điện trở 4.7k giới hạn dòng để bảo vệ mạch và cổng song song.
Chân tín hiệu đầu ra của cổng giao tiếp trên mạch rất đơn giản. Chân 1-17 của cổng JP1nối với chân 1-17 của cổng song song (LPT). Chân 1 của JP2 nối tới chân 10 của JP1 và chân 2 của nó được nối đất.Chân 1 của JP3 nối tới chân 11 của JP1 và chân 2 của nó được nối với đất. Tương tự như vậy chân 1 của JP4 và JP5 lần lượt nối với chân 12, 13 của JP1 và chân 2 của JP4, JP5 được nối với đất.
Các chân 10, 11, 12 và 13 của JP1 sẽ được nối ngoài với các công tác giới hạn hành trình. Nguồn cấp cho mạch giao tiếp là 1 nguồn 5V thông qua cổng JP6 với chân 1 của JP6 nối với +5V và chân 2 của nó nối đất trên bộ nguồn.
Ưu điểm của mạch:
- Giá thành mua link kiện cũng như làm mạch rẻ. - Kết cấu đơn giản, dễ dàng kiểm tra được lỗi(nếu có).
Chính vì kết cấu đơn giản nên khi xảy sự cố như cháy, chập… ở mạch điều khiển thì sẽ ảnh hưởng tới máy tính, có thể sẽ hỏng, phải thay mới máy tính. Nên phương pháp tốt nhất để bảo vệ cổng song song là sử dụng mạch có cách ly quang (opto) hoặc lắp một cái card cổng song song để giao tiếp.
II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang 1. Cách ly quang pc817
Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 2 phần, một là diode phát quang hai là phần thu quang khi có dòng điện qua diode phát quang thì "ánh sáng" nó phát ra được thu bởi phần thu quang qua đó tín hiệu được gửi về mạch điều khiển để có những thay đổi trong lệnh điều khiển khiến cho đầu ra đạt yêu cầu.
H3.2-Cách ly quang 817
Tác dụng: Cách Được sử dụng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất nhu khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn. Hoặc có thể dùng để chống nhiểu cho các mạch cầu H,ngỏ ra PLC,chống nhiễu cho các thiết bị đo lường…. Khi cấp nguồn vừa đủ vào chân số 1, LED phía trong opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến chân 3 và 4 thông, mức
logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC.
Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp… thì cũng không ảnh hưởng đến tầng điều khiển.
2. Mạch giao tiếp dùng pc8172.1 Sơ đồ nguyên lý 2.1 Sơ đồ nguyên lý
2.2 Sơ đồ bố trí link kiện
H3.4-Sơ đồ bố trí linh kiện
H3.5-Sơ đồ đi dây
2.4 Thuyết minh các thành phần của mạch
Khối nguồn: Mạch trên dùng cách ly quang PC817(Opto) nên phải có 2 nguồn nuôi cho 2 phía của cách ly. Một là PC5+ và GNDF tương ứng với nguồn 5V và 0v lấy từ máy tính thông qua cổng USB. Các linh kiện giao tiếp trực tiếp với cổng LPT DB25 phải dùng nguồn này (vì tín hiệu từ cổng LPT dùng nguồn này). Sau khi qua cách ly quang(opto) ta dùng một nguồn ngoài 5V và GND khác tương ứng để nuôi các linh kiện còn lại.
Sở dĩ chúng ta phải dùng 2 nguồn vì nếu dùng chung một nguồn thì đắc tính bảo vệ của opto trở thành vô tác dụng.
H3.6-Khối nguồn
Khối LPT:
Chân số Tên của tín hiệu
1 PWM 2 STEPX 3 DIRX 4 STEPY 5 DIRY 6 STEPZ 7 DIRZ 8 STEPW
9 DIRW 10 ESTOP 11 LIMIT + 12 LIMIT - 13 HOME 14 CLOCKWISE 15 Không sử dụng 16 CCW 17 Không sử dụng 18 - 25 GND
H3.7-Khối LPT
Khối To Step Driver: Step được điều khiển bởi máy vi tính qua cổng LPT DB25.Với 3 chân đầu vào đã được nối vào 5V thì mỗi động cơ ta phải điều khiển 2 chân Step và Dir. Bởi vậy, ta phải dùng 6 chân trong 8 chân dữ liệu của cổng LPT DB25 để điều khiển 3 động cơ bước
Các chân từ 18 đến 25 được nối xuống đất,các chân 2 đến 9 là 8 chân dữ liệu được đưa lên nguồn 5V thông qua trở treo 1k (nhưng thực chất chỉ dùng 6 chân). Bên cạnh đó các chân còn lại cũng được nối với nguồn 5V thông qua trở treo 0.47k . Nguồn 5V được lấy từ bộ nguồn sang.
H3.8- Khối To Step Driver
Khối To Spindle:Cổng X5 được nối với bộ điều khiển Spindle: PWM là chân
sung dùng để điều khiển tốc độ của động cơ, 2 chân còn lại để điều khiển chiều quay.
H3.9- Khối Spindle
Khối Estop, Limit+, Limit-, Home: Các công tác giới hạn hành trình được nối vào cổng X1 của mạch giao tiếp. Các chân 10, 11, 12, 13 của LPT được đưa lên nguồn 5v của máy tính thông qua các trở treo 0.47k được cách lý bảo về mạch điều khiển và cổng LPT. Phía bên kia của cách ly được nối với nguồn ngoài 5V thông qua các trở treo 1k
2.5 Hình ảnh mạch trong thực tế
H3.11-Mạch cách ly quang pc817 thực tế
3. Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm3.1 IC 7404 đệm 3.1 IC 7404 đệm
7404 là một NOT cổng IC . Nó bao gồm sáu biến tần mà thực hiện logic nghịch hành động. Đầu ra của một biến tần là sự bổ sung của trạng thái logic đầu vào của nó,nghĩa là, khi đầu vào là cao sản lượng của nó là thấp và ngược lại.
H3.12- Sơ đồ chân của IC 7404
Bảng mô tả chân:
Pin Biểu tượng Mô tả
1 1A Cổng đầu vào 1 2 1Y Y ra cổng 1 3 2A Cổng đầu vào 2 4 2Y Y ra cổng 2 5 3A Cổng đầu vào 3 6 3Y Y ra cổng 3 7 GND Nối đất 8 4A Y ra cổng 4 9 4Y Cổng đầu vào 4 10 5A Y ra cổng 4 11 5Y Cổng đầu vào 4
12 6A Y ra cổng 4
13 6Y Cổng đầu vào 4
14 VCC Cung cấp điện áp, 5V(4,75-
5.25V)
3.2 Mạch giao tiếp dùng IC 7404 đệm
Mục đích sử dụng IC 7404 đệm như tên gọi của nó là đệm dòng cho tín hiệu đầu ra của mạch giao tiếp đạt yêu cầu.
Đặc điểm:
- 6 cách ly quang tốc độ cao dùng để điều khiển 3 trục (X,Y,Z) - 2 đầu ra cách ly quang on/off spindle
- 4 đầu vào (Input) cách ly quang thông qua IC 7404
- Output được đệm nên có thể hoạt động được với những máy tính có cổng LPT 3,3V
- Nguồn trong dùng USB - Nguồn ngoài dùng 5V
- Dùng cổng giao tiếp LPT DB 25
3.2.2 Sơ đồ bố trí linh kiện
H3.14-Sơ đồ bố trí linh kiện
H3.15-Sơ đồ đi dây
3.2.4 Thuyết minh nguyên lý
Khối nguồn: Tương tự như mạch giao tiếp trên, mạch dùng cách ly quang PC817(Opto) nên phải có 2 nguồn nuôi cho 2 phía của cách ly. Một là PC5+ và GNDA tương ứng với nguồn 5V và 0v lấy từ máy tính thông qua cổng USB. Các linh kiện giao tiếp trực tiếp với cổng LPT DB25 dùng nguồn này. Sau khi qua cách ly quang (opto) ta dùng một nguồn ngoài 5V và GND khác tương ứng để nuôi các linh kiện còn lại. Mạch có sử dụng thêm 2 led báo đã thông mạch, dễ kiểm tra hơn mạch trên
H3.16-Khối nguồn
Khối LPT: Được đặt chân khác một chút so với mạch trên
Bảng phân công chân vào ra:
Chân số Tên của tín hiệu
1 ENABLE 2 STEPX 3 DIRX 4 STEPY 5 DIRY 6 STEPZ
7 DIRZ 8 Nối trở RN2 9 Nối trở RN2 10 ESTOP 11 LIMIT X 12 LIMIT Y 13 LIMIT Z 14 SPINDLE CW 15 Không sử dụng 16 SPINDLE PWM 17 AUX1 18 - 25 GND
H3.17-Khối LPT
Khối To Step Driver: Step được điều khiển thông qua cổng LPT DB 25. Với 3 chần đầu vào được nối vào nguồn 5 V , mỗi động cơ điều khiển 2 chân step và dir. Vì vậy ta dùng từ chân 2-6 của cổng LPT để điều khiển 3 động cơ. Các chân từ 2 đến 9 được đưa lên nguồn 5V thông qua trở treo 0,33k được cách ly, tín hiệu đầu ra cách ly ở mức thấp sẽ qua IC 7404 được đệm dòng lên mức cao , tín hiệu ra các cổng jumper sv2, sv3, sv4 đạt yêu cầu. Bên cạnh đó các chân còn lại cũng được nối với nguồn 5V thông qua trở treo 4.7k .Nguồn 5V được lấy từ bộ nguồn sang.
Khối To Spindle:Bộ spindle được điều khiển bởi máy tính qua các chân 14. 16. 17 của cổng LPT, được nối thông qua cổng SV1: PWM là chân sung dùng để điều khiển tốc độ của động cơ, 2 chân CW và AUX1 để điều khiển chiều quay.
H3.19- Khối To Spindle
Khối Estop, Limit X, Limit Y, Limit Z: Các công tắc giới hạn hành trình và dừng các trục X, Y, Z được nối lần thông qua các cổng iumper JP2, JP3, JP4, JP5. Được điều khiển bởi máy tính thông qua các chân 10- 13 cổng LPT qua IC đệm 7404, đưa lên nguồn 5v qua trở treo 4.7k.
H3.20- Khối Estop, Limit X, Limit Y, Limit Z
KẾT LUẬN
Đồ án đã hoàn thành đúng tiến độ và cơ bản đã đạt được những yêu cầu sau: