3.2.3.1 .Khái nim chung
3.2.3.4. Thiêt kê chi tiêt
Thiêt kê mách táo xung clock
Cĩ theơ nĩi xung clock là trái tim cụa mĩi mách sơ, nêu khođng cĩ xung clock thì khođng cĩ mách sơ. ADC0809 là mt mách sơ, vì vy đeơ ADC hốt đng được ngồi vic câp nguoăn VCC là 5V cho nĩ thì ta khođng theơ queđn mách câp xung clock cho ADC.
Mách táo xung clock cĩ rât nhieău dáng, thođng dúng văn là mách sử dúng IC 555, ví dú như sơ đoă mách như sau:
Lun vn tơt nghip Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
Đeơ cho mt quá trình chuyeơn đoơi kéo dài trong khoạng thời gian 100 s thì ADC phại được câp mt xung clock cĩ taăn sơ 640 kHz. Vì vy ta phại chĩn linh kin thích hợp cho mách phát xung sử dung IC 555.
Ta có cođng thức tính taăn sơ cụa mách 555 như sau: f = 1 / (0.693 * (R1+2*R2)*C). Mà taăn sơ ta caăn là f = 640 kHz, nêu ta chĩn C = 560pF thì (R1+2*R2) = 1/ (0.693*640*103*560*10-12) = 4kΩ. Suy ra, ta chĩn R2 = 1.5kΩ và R1 = 1kΩ.
Hình 3.29. Mách xung clock 555 thực tê
Theo tính tốn tređn thì mách táo xung clock sử dúng IC555 phát ra mt xung clock có dáng xung vuođng.
Nhưng tređn thực tê, mách táo xung clock dùng IC555 chư hốt đng oơn định ở taăn sơ dưới 500 kHz. Neđn nêu sử dúng mách này đeơ táo ra xung clock cĩ taăn sơ 640 kHz thì sẽ khođng oơn định. Mt phương án khác thay thê cho IC555 là sử dúng các coơng NOT đeơ táo dao đng. Sáu coơng NOT được tích hợp trong mt IC 74LS04 là giại pháp được chĩn đeơ táo xung clock cho ADC hốt đng. Sơ đoă mách dùng 74LS04 được vẽ tređn orcad như sau:
R1 820 C1 1nF U3C 74LS04 5 6 U3B 74LS04 3 4 U3A 74LS04 1 2
Hình 3.30. Sơ đoă thiêt kê mách táo xung clock
Hình 3.31. sơ đoă chađn IC 74LS04
Taăn sơ dao đng cụa mách là: f = 1/(2RC) = 1/(2*820*1nF) = 610 kHz. Mách thực tê như hình sau:
Hình 3.32. Mách thiêt kê thực tê
Lun vn tơt nghip Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
Ở taăn sơ 610 kHz, ADC sẽ cĩ thời gian chuyeơn đoơi lớn hơn 100µs nhưng ta văn cĩ theơ châp nhn được. Với tình tráng chât lượng linh kin ở nước ta hin nay khođng cho phép táo ra mt taăn sơ chính xác với lý thuyêt là 640 kHz. Kêt quạ thu được tređn dao đng ký như sau:
Hình 3.33. Kêt quạ táo xung clock được kieơm chứng
Thiêt kê mách táo đin áp chuaơn Vref
• Thiêt kê b nguoăn
Đeơ cho ADC hoat đng, ngồi mách câp xung clock ta con phại câp nguoăn cho ADC là nguoăn +5V. Cĩ rât nhieău phương pháp đeơ táo ra áp +5V nhưng phoơ biên văn là dùng IC LM7805 đeơ táo ra nguoăn +5V. Beđn cánh đĩ ta cũng caăn cung câp nguoăn cho op-amp LM324 cụa boơ khuêch đái lĩc nhiu hốt đng. Op-amp LM324 caăn nguoăn cung câp đeơ hốt đng là nguoăn đođi, ở đađy ta dùng nguoăn đođi cĩ đin áp là ±12V đeơ cung câp cho op- amp LM324. Mách táo nguoăn đođi thođng dúng là mách sử dúng IC 7812 đeơ táo nguoăn dương và sử dúng IC 7912 đeơ táo nguoăn ađm. Tuy nhieđn nguoăn đođi được táo baỉng hai lối IC keơ tređn thì khođng được oơn định, sẽ bị gợn đin áp AC gađy ra nhiu. Đeơ đát được đ oơn định cho b nguoăn ta sử dúng IC oơn áp là LM317 đeơ táo nguoăn dương và LM337 đeơ táo nguoăn ađm. Sơ đoă mách cụa boơ nguoăn đođi ±12V và nguoăn +5V đươc vẽ baỉng orcad 9.2 như sau:
-12V C20 100uF 1 2 0 R16 1k C18 100uF 1 2 R17 270 U4 LM337H 3 1 2 VIN A D J VOUT +12V C14 1uF 1 2 C17 100uF 1 2 R15 1k J3 +5V 1 J2 -12V 1 - + D9 RS407L 2 1 3 4 R11 5K 1 3 2 U8 LM7805/TO 1 2 3 VIN G N D VOUT R12 5K 1 3 2 C16 1uF 1 2 +5V J5 GND 1 15V R14 240 U10 LM317 3 1 2 VIN A D J VOUT - + D10 RS407L 2 1 3 4 C19 2200 J1 +12V 1 0V D12 LED D13 LED C13 1uF 1 2 C15 1uF 1 2 D14 LED 15V C12 2200uF R13 240 J4 ngo v ao bien ap 1 2 3 C11 2200uF
Hình 3.34. Sơ đoă mách thiêt kê b nguoăn.
Và mách nguoăn đođi ±12V được thiêt kê tređn thực tê như hình sau:
Lun vn tơt nghip Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
Do IC LM317 và LM337 là lối IC oơn áp, tín hiu ngõ ra sẽ ít bị gợn AC và tương đơi phẳng hơn nhieău so với khi ta dùng lối IC khác đeơ táo đin áp đođi. Kêt quạ kieơm tra tređn đã được kieơm chứng tređn oscilloscope.
Hình 3.36. Các đường bieơu din đin áp ±12V tređn oscilloscope
Ở hình tređn, đường bieơu din ở phía tređn theơ hin đin áp ngõ vào +12V, và đường phía dưới là đin áp ngõ vào –12V. Như hình tređn ta quan sát thây hai đường đin áp hieơn thị tương đơi oơn định, đạm bạo được đ oơn định cho mách khuêch đái và lĩc nhiu.
• Thiêt kê mách táo đin áp tham chiêu (VREF )
Đađy là mt mách cũng rât quan trĩng trong q trình biên đoơi tín hiu cụa ADC. Từ tín hiu đaău vào là tín hiu analog, thì tín hiu đaău ra ADC sẽ được biên đoơi thành tín hiu sơ 8 bit. Tín hiu đaău ra cĩ bieơu din chính xác tín hiu đaău vào hay khođng đeău tùy thuc vào mách táo đin áp tham chiêu. Như đã trình bày ở phaăn tređn, nguyeđn lý hốt đng cụa ADC dựa tređn phương pháp xâp xư lieđn tiêp, tức là đin áp ngõ vào sẽ được đem so sánh với đin áp tham chiêu, kêt quạ sẽ được lây xâp xư baỉng 0 hoaịc baỉng 1. Nêu đin áp tham chiêu VREF oơn định thì ta cĩ theơ đát được sai sơ lượng tử lý tưởng là 1/256. Tuy nhieđn, đieău này chư xạy ra trong đieău kin lý tưởng nhât.
Đin áp tham chiêu VREF (+) cụa ADC trong khoạng từ 2.5V đên +5.12V, khođng được vượt quá đin áp hốt đng cho phép là +6.5V. Đeơ thun tin cho vic tính tốn, người ta
thường chĩn đin áp tham chiêu VREF (+) = 2.5V hay 5V, cịn đin áp VREF (-) = 0V. Ở đeă tài nghieđn cứu này thì đin áp tham chiêu VREF (+) được chĩn là +5V. Đeơ cĩ được mt đin áp tương đơi oơn định +5V, ta dùng IC oơn áp LM317 đeơ táo nguoăn chuaơn +5V.
+5V 1 - + D9 RS407L 2 1 3 4 C17 100uF 1 2 0V_AC 1 R13 240 C11 2200uF 12V_AC 1 R11 5K 1 3 2 GND 1 C13 1uF 1 2 U10 LM317 3 1 2 VIN A D J VOUT C15 1uF 1 2
Hình 3.37. Sơ đoă mách +5V chuaơn được vẽ tređn orcad 9.2
Nhờ biên trở chưnh tinh R11 = 5k mà ta cĩ theơ đieău chưnh đin áp ngõ ra đúng +5V như mong muơn. Kêt quạ này đã được kieơm chứng tređn oscilloscope.
Hinh 3.38. Đin áp +5V chuaơn theơ hin tređn oscilloscope
Như vy với nguoăn cung câp là 5V, cng với mách táo xung clock với taăn sơ 610 Khz và mách táo đin áp chuaơn +5V thì ADC đã sẵn sàng đeơ chuyeơn đoơi tín hiu. Nhưng cịn mt vân đeă nữa là ADC phại được đieău khieơn bởi vi xử lý thì mới hốt đng được. Các chađn cịn lái cụa ADC0809 được nơi với vi đieău khieơn thuc hĩ 8051 đeơ thực hin vic đieău khieơn cho ADC hốt đng. Cách thức giao tiêp giữa vi đieău khieơn và ADC như thê nào sẽ được trình bày ở phaăn kê tiêp.
Lun vn tơt nghip Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
3.2.4. B giao tiêp với máy tính
3.2.4.1. Giới thiu chung
Đeơ cĩ theơ tiên hành đieău khieơn hoaịc giám sát các q trình thực baỉng máy tính, trước hêt phại cĩ được mơi lieđn h caăn thiêt giữa máy tính và thê giới beđn ngồi. Mt chương trình đieău hành h thơng ghép nơi phại cĩ đụ khạ nng đạm nhn vieơc thu thaơp thođng tin từ beđn ngồi và đieău khieơn các thiêt bị ghép nơi với máy tính. Coơng giao lưu với thê giới beđn ngồi được mở baỉng giao din. Đơi với các máy tính PC tuađn theo chuaơn cođng nghip cĩ theơ thực hin các khạ nng ghép nơi sau:
• Sử dúng card mở rng được caĩm vào máy tính, theo cách này cho phép đát được tơc đ truy cp lớn nhât, tuy vy cũng địi hỏi chi phí cao.
• Các giao din đã được tieđu chuaơn hĩa đĩng vai trị ghép nơi máy tính PC với các mách đin beđn ngồi. Cách ghép nơi qua coơng nơi tiêp thường được lựa chĩn vì cĩ theơ cho phép tiêt kim chi phí.
• Ghép nơi với mt b xử lý rieđng đeơ thực hin những bài tốn khác mà khođng caăn trao đoơi dữ liu với máy tính PC. Khi đĩ người sử dúng phại phađn định rõ bài tốn lp trình đơi với h thơng này.
• Các giao din cĩ tređn máy tính PC như giao din nơi tiêp, giao din song song, giao din coơng USB... cho phép sử dúng trực tiêp làm giao din. Nhờ vy đơi với rât nhieău ứng dúng khođng caăn phaăn cứng boơ sung.
3.2.4.2. Truyeăn thođng nơi tiêp và coơng rs232
Truyeăn thođng nơi tiêp
Các máy tính cĩ theơ truyeăn dữ liu theo hai cách : truyeăn song song và truyeăn nơi tiêp. Trong truyeăn dữ liu song song thường caăn 8 hoaịc nhieău đường dađy dăn đeơ truyeăn dữ liu đên mt thiêt bị cách xa khoạng vài bước.
Mt ví dú cụa truyeăn dữ liu song song là các thiêt bị như máy in và các oơ cứng đeău sử dúng phương thức truyeăn dữ liu song song đên máy tính. Mi thiêt bị này sử dúng mt đường cáp goăm nhieău dađy dăn ghép song song với nhau. Maịc dù ưu đieơm cụa truyeăn dữ liu song song là tơc đ truyeăn rât nhanh, các dữ liu được truyeăn cùng lúc trong mt thời gian ngaĩn, nhưng hán chê lớn nhât là khoạng cách truyeăn đi khođng được xa. Muôn truyeăn được xa thì đường dađy cáp phại dài và đường kính dađy phại lớn hơn rât nhieău, dăn đên rât tơn kém. Hơn nữa nêu đường truyeăn quá dài, các dữ liu lái được truyeăn đoăng thời dăn đên vic dữ liu d bị mât tređn đường truyeăn. Chính vì những hán chê này mà các thiêt bị được sử dúng trong y tê địi hỏi đ chính xác cao thường khođng dùng phương pháp truyeăn dữ liu song song, thay vào đĩ là phương pháp truyeăn dữ liu nơi tiêp. Các coơng truyeăn nơi tiêp thường được sử dúng phoơ biên hin nay như coơng RS232, coơng USB và coơng RS482. Tuy nhieđn, các tài liu hin nay lieđn quan đên vân đeă sử dúng coơng USB cịn rât ít và coơng RS482 lái cịn rât mới neđn vic sử dúng coơng RS232 văn được ưa chuoơng hơn cạ. Phám vi cụa đeă tài này sẽ nghieđn cứu kỹ thut ghép nơi máy tính qua coơng RS232.
Các cơ sở cụa truyeăn thođng nơi tiêp
Khi mt b vi xử lí truyeăn thođng với thê giới beđn ngồi thì nĩ câp dữ liu dưới dáng từng đốn 8 bit mt. Trong mt sơ trường hợp, chẳng hán như các máy in thì thođng tin đơn giạn được lây từ đường bus dữ liu 8 bít và được gởi đi tới đường bus dữ liu 8 bít cụa máy in. Đieău này cĩ theơ làm vic chư khi đường cáp bus khođng quá dài vì các đường cáp dài làm suy giạm thm chí làm méo tín hiu. Ngồi ra, đường dữ liu 8 bít giá thường đaĩt. Vì những lí do này, vic truyeăn thođng nơi tiêp được dùng đeơ truyeăn dữ liu giữa hai h thơng ở cách xa nhau hàng trm đên hàng triu daịm. Hình 10.1 là sơ đoă truyeăn nơi tiêp so với sơ đoă truyeăn song song.
Lun vn tơt nghieơp Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
Hình 3.39. Sơ đoă truyeăn dữ liu nơi tiêp so với sơ đoă truyeăn song song
Thực tê là trong truyeăn nơi tiêp là mt đường dữ liu duy nhât được dùng thay cho mt đường dữ liu 8 bít cụa truyeăn thođng song song làm cho nĩ khođng chư rẹ hơn rât nhieău mà nĩ cịn mở ra khạ nng đeơ hai máy tính ở cách xa nhau có truyeăn thođng qua đường thối.
Đơi với truyeăn thođng nơi tiêp thì đeơ làm được các bít dữ liu phại được chuyeơn đoơi thành các bít nơi tiêp sử dúng thanh ghi giao dịch vào song song – ra nơi tiêp. Sau đĩ nĩ cĩ theơ được truyeăn qua mt đường dữ liu đơn. Đieău này cĩ nghĩa là ở đaău thu cũng phại cĩ mt thanh vào nơi tiêp – ra song song đeơ nhn dữ liu nơi tiêp và sau đĩ gĩi chúng thành từng bít mt.
Truyeăn thođng dữ liu nơi tiêp đoăng b và dị b
Truyeăn thođng dữ liu nơi tiêp sử dúng hai phương pháp đoăng b và dị b. Phương pháp đoăng b là phương pháp truyeăn mt khơi dữ liu (các kí tự chẳng hán ) tái cùng thời đieơm trong khi đĩ truyeăn dị b chư truyeăn từng bít mt.
Múc đích đeă ra lúc ban đaău khi xađy dựng tieđu chuaơn RS-232 cho máy tính, là truyeăn dữ liu khođng đoăng b qua các đường dăn TxD và RxD. Vì vy nêu muơn thực hin được vic truyeăn đoăng b thì ta caăn phại cĩ mt thanh ghi dịch. Trong khi moơt cuoơc truyeăn đoăng b được giữ nhịp tới mt thanh ghi dịch hồn tồn khođng theơ giại quyêt baỉng mt
tôc đ truyeăn cơ định, thì vic truyeăn dữ liu dị b lái được thực hin với mt tơc đ bit/giađy (tơc đ baud) đã được quy ước chính xác.
Ví dú ta cĩ theơ truyeăn với tơc đ đúng baỉng 1200 bit mi giađy (1200 baud). Mi byte dữ liu được mở đaău baỉng mt bit baĩt đaău (bit start) và kêt thúc baỉng mt bit dừng (bit stop). Vic truyeăn dữ liu ở đeă tài nghieđn cứu này được phép baĩt đaău theo cách dị b, ở mt thời đieơm bât kì, bởi vì bit baĩt đaău đã đĩng vai trị đoăng b với b nhn nơi tiêp. Những hieơu biêt xung quanh vân đeă truyeăn dữ liu nơi tiêp dị b cĩ theơ tìm thây trong rât nhieău tài liu tham khạo, thun lợi cho vic nghieđn cứu ở đeă tài này. [6]
Cĩ theơ viêt phaăn meăm đeơ sử dúng mt trong hai phương pháp truyeăn dữ liu nơi tiêp đoăng b và dị b, những chương trình cĩ theơ rât dài và buoăn tẹ. Vì lí do này mà nhieău nhà sạn xuât đã cho ra thị trường nhieău lối IC chuyeđn dúng phúc vú cho truyeăn thođng dữ liu nơi tiêp. Những IC này phúc vú như các b thu – phát dị b toơng hợp VART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) và các b thu – phát đoăng – dị b toơng hợp UBART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). B vi đieău khieơn 8051 cĩ cài sẵn mt UART mà nĩ sẽ được bàn kĩ ở phaăn sau.
Truyeăn dữ liu đơn cođng, bán đơn cođng và song cođng
Trong truyeăn dữ liu, nêu dữ liu cĩ theơ vừa được phát và vừa được thu thì gĩi là truyeăn song cođng. Đieău này tương phạn với truyeăn đơn cođng, chẳng hán như các máy in chư nhn dữ liu từ máy tính. Truyeăn song cođng cĩ theơ cĩ hai lối là bán song cođng và song cođng hồn tồn, phú thuc vào truyeăn dữ liu cĩ xạy ra đoăng thời khođng. Nêu dữ liu được truyeăn theo mt đường tái mt thời đieơm thì được gĩi là truyeăn bán song cođng. Nêu dữ liu cĩ theơ đi theo cạ hai đường cùng mt lúc thì gĩi là song cođng tồn phaăn. Tât nhieđn, truyeăn song cođng địi hỏi phại cĩ hai đường dữ liu, mt đeơ phát và mt đeơ thu dữ liu cùng mt lúc.
Lun vn tơt nghip Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM
Hình 3.40. Truyeăn dữ liu đơn cođng, bán cođng và song cođng
Truyeăn thođng nơi tiêp dị b và đĩng khung dữ liu
Dữ liu đi vào ở đaău thu trong truyeăn dữ liu nơi tiêp chư là các sơ 0 và 1, khĩ khn ở choê làm sao cho các dữ liu ây cĩ nghĩa khi beđn phát và beđn thu khođng cùng thơng nhât veă mt tp các lut, mt thụ túc, veă cách dữ liu được đĩng gĩi, bao nhieđu bít táo neđn mt kí tự và khi nào dữ liu baĩt đaău và kêt thúc. Đieău quan trĩng ở đađy là b truyeăn và b nhn phại được thiêt lp với các thođng sơ truyeăn như nhau.
Các bít baĩt đaău và dừng