6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
4.3.2. Thiết kế mạch giao tiếp máy tính:
Hiện nay có nhiều cách thức và chuẩn được sử dụng trong kỹ thuật giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi. Các cách thức điển hình có thể kể đến bao gồm: giao tiếp thông qua khe cắm, giao tiếp song song qua cổng máy in LPT và giao tiếp nối tiếp qua cổng RS 232 hoặc USB.
Trong các giao tiếp kể trên, giao tiếp thông qua khe cắm thường sử dụng các slot (rãnh cắm) có sẵn trên mainboard của máy tính. Có hai chuẩn điển hình thường được sử dụng để giao tiếp ngoại vi là chuẩn ISA (Idustry Standard Architechure) và chuẩn PCI. Các giao tiếp ngoại vi thường gặp như card âm thanh hay card đồ họa. Việc lựa chọn cách thức giao tiếp này có ưu điểm rõ rệt là tốc độ xử lí dữ liệu rất nhanh và các mức tín hiệu trên đường dẫn dữ liệu không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, đối với các thiết kế không yêu cầu về dung lượng và tốc độ xử lí dữ liệu thì việc lựa chọn chuẩn giao tiếp này là không phù hợp do thiết kế mạch giao tiếp phức tạp, yêu cầu am hiểu sâu về kỹ thuật máy tính, kỹ thuật điện tử và là lập trình nên không được lựa chọn.
Giao tiếp máy tính thông qua cổng LPT (Parallel port) là hình thức các bit dữ liệu được truyền song song đồng thời từ ngoại vi qua máy tính và ngược lại (trao đổi một lần 8 bit qua đường Data). So với hình thức truyền dữ liệu nối tiếp, truyền dữ liệu song song có tốc độ truyền lớn hơn nhiều lần và trước đây được sử dụng trong giao tiếp giữa máy tính và máy in khi cần in ma trận điểm. Tuy nhiên, hình thức truyền dẫn dữ liệu song song có nhược điểm là chiều dài của cáp truyền dẫn ngắn, thường khoảng 2m.
Truyền tin nối tiếp là phương thức truyền tin trong đó các bit mang thông tin được truyền kế tiếp nhau trên một đường dẫn vật lý. Tại một thời điểm, phía bên truyền cũng như bên nhận chỉ có thể truyền/nhận được 1 bit. Tuy nhiên, nó có ưu điểm là khoảng cách truyền xa hơn song song, sơ đồ kết nối ít chân, có thể truyền hồng ngoại, có thể ghép với vi điều khiển hoặc PLC, cho phép nối mạng (modem), cho phép tháo lắp đơn giản và có thể cung cấp nguồn cho các thiết bị khác. Vì vậy, giao tiếp nối tiếp là hình thức thường sử dụng phổ biến trong các thiết kế mở rộng khi cần giao tiếp máy tính với các thiết bị ngoại vi được chế tạo cho các ứng dụng riêng biệt. Do đó, tác giả lựa chọn hình thức giao tiếp này cho ứng dụng của mình.
Thông tin nối tiếp được phân biệt thành hai loại là truyền nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ. Trong cách truyền đồng bộ, dãy kí tự được truyền kèm theo ký tự đồng bộ là SYN (mã ASCII là 22). Phương thức này cho tốc độ truyền khá cao nhưng do mạch xử lý truyền và nhận (bao gồm mạch thêm ký tự đồng bộ, phát hiện vào báo sai …) khá phức tạp nên chỉ dùng cho các ứng dụng có yêu cầu cao về tốc độ truyền. Còn trong ứng dụng thông thường, không có các yêu cầu về tốc độ mà yêu cầu về độ tin cậy nhưng mạch hiện đơn giản, rẻ tiền thì cách truyền không đồng bộ thích hợp hơn. Theo cách truyền này, các ký tự được truyền riêng rẽ, phân làm thành từng khung có bit bắt đầu, các bit dữ liệu của ký tự cần truyền, bit chẵn, lẻ và các bit kết thúc.
Căn cứ vào yêu cầu của hệ thống đo, tác giả lựa chọn phương thức giao tiếp truyền thông nối tiếp dị bộ. Sau đây là một số vấn đề cơ bản nhất về giao tiếp nối tiếp dị bộ dùng trong đo lường và điều khiển.
Chuẩn RS-232C (do EIA đưa ra) là một trong những phương thức truyền nối tiếp không đồng bộ. Theo chuẩn này, việc truyền thông được thực hiện bằng cách truyền và nhận các xung điện áp liên tục tương ứng với các bit. Dữ liệu ở mức TTL được biến đổi sang các mức điện áp như sau: mức 1 là từ -3 V đến -15 V(tiêu chuẩn là -12 V) và mức 0 là từ +3 V đến +15 V (tiêu chuẩn là + 3 V đến +15 V).
Trong giao thức RS-232C, các tham số truyền và nhận được chọn từ miền giá trị chuẩn. Các giá trị phổ biến trong máy IBM / PC gồm:
Tốc độ truyền : 50, 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.
Bit dữ liệu: 5, 6, 7 hay 8.
Bit chẵn lẻ: chẵn, lẻ, không kiểm tra.
Bit kết thúc: 1, 1.5 hay 2.
Cổng: COM1, COM2, COM3 hoặc COM 4.
Hình 4.19. Sơ đồ chân của các đầu cắm DB 9 và DB 25 [7]
Các đầu cắm tín hiệu cho các cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232C cho máy tính PC bao gồm 2 loại: DB-25 (25 chân) và DB-9 (9 chân). Các đầu cắm nối tiếp trên hộp máy PC bao giờ cũng là loại đầu cắm đực (male), đầu cắm cáp nối ra thiết bị ngoại vi là đầu cắm cái (female). Sau đây là bảng mô tả tên và chức năng của các đường tín hiệu
Bảng 4.2. Tên và các đường chức năng của các đường tín hiệu
Chân số
DB-9 DB-25 kí hiệu Chức năng Hướng 1 8 DCD Dò tín hiệu mang dữ liệu
2 3 RxD Nhận dữ liệu Nhập
3 2 TxD Truyền dữ liệu Xuất
4 20 DTR Dữ liệu đầu cuối sẵn sàng Xuất 5 7 GND Đất của vỏ máy
6 6 DSR Dữ liệu sẵn sàng Nhập
7 4 RTS Yêu cầu gửi Xuất
8 5 CTS Xóa để gửi Nhập
Vi mạch max 232 là một mô đun cơ sở để ghép nối với giao diện nối tiếp của máy tính PC. Vi mạch này chuyển mức TTL ở lối vào thành mức + 10 V hoặc -10 V ở phía truyền và các mức + 3 V ÷ + 15 V hoặc - 3 ÷ - 15 V thành mức TTL ở phía nhận.
Hình 4.20. Sơ đồ chân của vi mạch MAX 232 [7]
Hình 4.21. Sơ đồ khối của vi mạch MAX 232 [7]
Vi mạch MAX 232 có hai bộ đệm truyền và hai bộ đệm nhận. Đường dẫn điều khiển lối vào CTS, điều khiển việc xuất ra dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối với chân 9 của vi mạch MAX 232. Chân RTS (chân 10 của MAX 232) nối với đường dẫn bắt tay để điều khiển quá trình nhận. Thường thì các đường dẫn bắt tay được nối với các cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi dùng đến có thể để hở mạch các cầu này. Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất đến máy tính PC là chỉ dùng 3 đường dẫn : TxD, RxD và GND. Dưới đây là sơ đồ nối dây mạch giao tiếp sử dụng vi mạch MAX 232 (Hình 4.22)
Hình 4.22. Mạch giao tiếp máy tính