Giáo trình Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi (Phần 2)

pdf

74 trang ngocly 50 Free

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ghep_noi_va_dieu_khien_thiet_bi_ngoai_vi_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi (Phần 2)

Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi CH ƯƠ NG 4: GHÉP N I ðIU KHI N NG T 4.1 Khái ni m và phân lo i ng t 4.1.1 Khái ni m Mi khi m t thi t b ph n c ng hay m t ch ươ ng trình c n ñ n s giúp ñ c a CPU, nó gi ñi m t tín hi u hoc l nh g i là ng t (Interrupt Request – IRQ) ñn b vi x lý ch ñnh m t công vi c c th nào ñó mà nó c n CPU th c hi n. Khi b vi x lý nh n ñưc tín hi u ng t, nó th ưng t m ng ưng t t c các ho t ñ ng khác và kích ho t m t ch ươ ng trình con ñang có trong b nh g i là ch ươ ng trình x lý ng t (Interrupt Service Routine _ ISR) tươ ng ng v i t ng s li u ng t c th . Sau khi ch ươ ng trình x lý ng t làm xong nhi m v , các ho t ñ ng c a máy tính s ti p t c l i t n ơi ñã b t m d ng lúc x y ra ng t. 4.1.2 Phân lo i ng t Có ba lo i ng t chính, ñu tiên là các ng t ñưc t o ra b i m ch ñin c a máy tính nh m ñáp l i m t s ki n nào ñó nh ư nh n phím trên bàn phím Các ng t này ñưc b ñiu khi n ng t 8259A qu n lý. 8259A s n ñ nh m c ñ ưu tiên cho t ng ng t r i g i ñ n CPU. Th hai là các ng t do CPU t o ra khi g p ph i m t k t qu b t th ưng trong khi th c hi n ch ươ ng trình nh ư chia cho 0 ch ng h n Cu i cùng là các ng t do chính ch ươ ng trình t o ra nh m g i các ch ươ ng trình con xa ñang n m trong ROM hoc RAM, các ng t này g i là ng t m m chúng th ưng là b ph n c a các ch ươ ng trình con ph c v c a ROM-BIOS ho c c a DOS. Ngoài ba lo i ng t trên còn có lo i ng t ñ c bi t là ng t không b che NMI ñòi h i CPU ph c v ngay khi có yêu c u. Lo i ng t này th ưng ñưc dùng ñ báo hi u s c nh ư s t ñip áp hay l i b nh . Nh ư v y NMI là m c ng t có ñ ưu tiên cao nh t . Các ng t trong PC có th chia thành 4 nhóm nh ư sau : - Các ng t vi x lý : Th ưng g i là các ng t logic ñưc thi t k s n trong b VXL. B n trong s các ng t này (0,1,3,4 ) do chính b VXL t o ra, còn ng t 2 (NMI ) s ñưc kích ho t khi có tín hi u t o ra b i m t trong các thi t b ngoài. 1. Các ng t c ng Ðưc thi t k s n trong ph n c ng c a c a PC, tám ng t trong s các ng t này (2,8,9,t Bh ñn Fh) ñưc g n ch t vào trong b VXL ho c vào b ng m ch chính c a h th ng. Tt c các ng t c ng ñ u do 8259A ñiu khi n . 2. Các ng t m m Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 55
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Nh ng ng t này là m t ph n c a các ch ươ ng trình ROM -BIOS, các s hi u dành cho các ng t c a ROM- BIOS là t 10h ñn 1C h và 48h . Ngoài ra còn có các ng t DOS và ng t BASIC ph c v h ñiu hành DOS và ch ươ ng trình BASIC . 3. Các ng t ñ a ch Bng 4.1 : B ng ch c n ăng các ng t trong máy vi tính INT (Hex) IRQ Common Uses 00 Exception Handlers Chia m t s cho 0 01 Exception Handlers Th c hi n t ng b ưc 02 Non-Maskable IRQ Non-Maskable IRQ (Các l i ch n l ) 03 Exception Handlers ðim d ng ch ươ ng trình do ng ưi s d ng ñt 04 Exception Handlers Vưt quá n i dung thanh ghi hay b nh 05 - 07 Exception Handlers - 08 Hardware IRQ0 B th i gian h th ng 09 Hardware IRQ1 Bàn phím 0A Hardware IRQ2 Redirected 0B Hardware IRQ3 Cng n i ti p COM2/COM4 0C Hardware IRQ4 Cng n i ti p COM1/COM3 0D Hardware IRQ5 Reserved/Sound Card 0E Hardware IRQ6 ðiu khi n ñĩa m m 0F Hardware IRQ7 Cng song song 10 - 6F Software Interrupts Ng t ROM-BIOS hay DOS 70 Hardware IRQ8 ðng h th i gian th c 71 Hardware IRQ9 Redirected IRQ2 72 Hardware IRQ10 Reserved 73 Hardware IRQ11 Reserved 74 Hardware IRQ12 PS/2 Mouse 75 Hardware IRQ13 Math's Co-Processor 76 Hardware IRQ14 Hard Disk Drive 77 Hardware IRQ15 Reserved 78 - FF Software Interrupts - Ba trong s các ng t này tr ñ n ba b ng r t quan tr ng, ñó là b ng kh i t o màn hình, bng c ơ s ñĩ a và b ng các ký t ñ th . Các b ng này ch a các tham s ñưc ROM Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 56
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi BIOS dùng khi kh i ñ ng h th ng và t o các ký t ñ th . Các s hi u dành cho các ng t này là t 1D hex ñn 1F hex. 4.2 X lý ng t c a nhi u thi t b ngo i vi Thông th ưng m t MVT c n x lý ng t c a nhi u TBNV, do ñó cn gi i quy t các v n ñ sau: - Cho phép ho c c m ng t cho m t yêu c u ng t c a m t TBNV. - Ghi nh n và s p x p nhi u yêu c u ng t theo th t ưu tiên. - Xác ñnh ngu n ng t do TBNV nào gây ra. - To vector ng t, t c ña ch ô nh c a l nh ñu tiên trong ch ươ ng trình con ph c v ng t. 4.2.1 Cho phép ho c c m ng t 1. Cho phép ho c c m ng t b ng l nh - L nh c m ng t DI (Disable interrupt) và cho phép ng t EI (Enable Interrupt) c a 8085. - Ghi vào thanh ghi c n i dung bit IF (Interrupt Flag) các giá tr : IF =1 : cho phép ng t IF=0 : c m ng t 2. Cho phép ho c c m ng t b ng m ch ph n c ng Vi l i vào NMI và yêu c u ng t c a TBNV, ta có th dùng các m ch l t ñ ñiu khi n cho phép ho c c m ng t. 4.2.2 Sp x p ưu tiên ng t Theo m t trong ba ph ươ ng pháp sau: 1. Ph ươ ng pháp h i vòng (polling): Dùng ch ươ ng trình, ñc theo th t ưu tiên các bit tr ng thái c a các TBNV và ki m tra chúng. N u bit nào xác l p lên 1, t c TBNV t ương ng có yêu c u ng t, và VXL chuy n sang ch ươ ng trình con ng t ph c v TBNV ñó. Sau ñó l i ñc và ki m tra bit tr ng thái TBNV có m c ưu tiên th p h ơn. Ph ươ ng pháp này ñơ n gi n v thi t b nh ưng m t th i gian h i vòng. 2. Ph ươ ng pháp ng t c ng ð tránh m t th i gian h i vòng, ng ưi ta n i các bit tr ng thái c a TBNV v i m ch OR, l i ra c ng OR n i vào chân INTR c a VXL. Khi b t k ỳ TBNV nào có yêu c u ng t, VXL s nh n bi t qua INTR và ti n hành h i vòng. Ph ươ ng pháp này gi m ñưc th i gian ki m tra tr ng thái khi ch ưa có yêu c u ng t nào, nh ưng c ũng không thay ñi ñưc th t ưu tiên. 3. Ph ươ ng pháp x lý ưu tiên b ng m ch c ng Có hai lo i ưu tiên theo v trí và ưu tiên tu ỳ theo m ch so sánh. Ưu tiên theo v trí ñ t g n VXL Sơ ñ m ch ví d trên hình 4.1, v i ho t ñng nh ư sau: - Tín hi u tr l i ng t INTA (Interrupt Acknowledge) t VXL ñi n i ti p qua các BGN, qua m ch x lý ng t và tr v l i VXL theo m t m t xích kín (daisy chain). BGN nào ñt g n VXL có m c ưu tiên cao Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 57
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Nu m t BGN ñã ghi nh n ng t, tín hi u INTA b ch n và không truy n t i BGN sau. Do ñó, VXL không nh n ñưc tín hi u INTA, ngh ĩa là có m t yêu cu ng t ñã x y ra. DI 0÷DI n 1 INTR VXL INTA BGN 1 BGN 2 BGN3 DI ÷DI 0 n INTA INTA 0 (b) (a) Hình 4.1: S ơ ñ ưu tiên ng t theo v trí và vector ng t Ph ươ ng pháp này tuy ñơ n gi n nh ưng th t ưu tiên không thay ñi ñưc và n u có mt BGN nào b h ng, m ch s luôn báo có yêu c u ng t. Ưu tiên ng t dùng m ch so sánh Dùng các vi m ch Intel 8214, 8259 có th thay ñi ưu tiên ng t b ng ch ươ ng trình. 4.2.3 Xác ñnh ngu n gây ng t Có nh ng ph ươ ng pháp xác ñnh TBNV nào gây ng t ñ chuy n sang ch ươ ng trình con ph c v ng t t ưng ng cho TBNV ñó: - Ph ươ ng pháp h i vòng: VXL ñc và ki m tra l n l ưt tr ng thái các TBNV. Nu k t qu là 1, tr ng thái TBNV là s n sàng và ngu n ng t là TBNV ñó. - Ph ươ ng pháp ñc vector ng t t o b i tín hi u ng t INTA trong ưu tiên ng t theo v trí. - Ph ươ ng pháp ñc vào thanh ghi ưu tiên PR trong s ơ ñ dùng m ch so sánh. 4.2.4 To vector ng t Vector ng t ch a ña ch ñu c a ch ươ ng trình con ph c v ng t. Các vector ng t ca MVT – PC ñưc trình bày trên b ng 4.1. Ta có th t o vector ng t b ng c ng AND colector h nh ư hình 4.1 (b). Ph ươ ng pháp này thay ñi ñưc m c ưu tiên và cách tìm ngu n ng t, nh ưng mch ph c t p và ñt ti n. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 58
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi CH ƯƠ NG 5: GHÉP N I VÀO RA ðIU KHI N BNG DMA 5.1 Khái ni m DMA c ơ b n 5.1.1 Khái ni m DMA Ph ươ ng pháp trao ñi d li u theo ch ươ ng trình s ch m do: - VXL ph i gi i mã và th c hi n l nh - Trao ñi d li u t ng byte thông qua thanh ch a AX c a VXL. K thu t vào ra DMA (direct memory access) là ph ươ ng pháp truy c p tr c ti p t i b nh ho c I/O mà không có s tham gia c a CPU. Ph ươ ng pháp này trao ñi d li u gi a b nh và thit b ngo i vi v i t c ñ cao và ch b h n ch b i t c ñ c a b nh ho c ca b ñiu khi n DMA. Tc ñ truy n DMA có th ñ t t i 10 ÷ 12 Kbyte/s v i các b nh RAM có t c ñ cao. DMA ñưc ng d ng trong nhi u m c ñích nh ưng thông th ưng nó ñưc dùng trong quá trình "refresh" DRAM, xu t màn hình, ñc ghi ñĩ a, truy n d li u gi a các vùng nh v i t c ñ cao . 5.1.2 Ho t ñ ng DMAC (DMA Controller) c ơ b n Hai tín hi u ñ yêu c u và xác nh n trong h th ng VXL là HOLD ñưc s d ng ñ yêu cu DMA và HLDA là ñu ra xác nh n DMA. Khi tín hi u HOLD ho t ñ ng (HOLD = 1), DMA ñưc yêu c u. B VXL tr l i b ng cách kích ho t tín hi u HLDA, xác nh n yêu c u, ñng th i th n i các công vi c hi n th i cùng các bus d li u và ña ch , ñiu khi n ñưc ñ t tr ng thái tr kháng cao. Tr ng thái này cho phép các thi t b I/O bên ngoài ho c các b VXL khác n m quy n ñiu khi n bus h th ng ñ truy c p tr c ti p b nh . Tín hi u HOLD có m c ưu tiên cao h ơn INTR ho c ñ u vào NMI (ng t không che ñưc) và ch sau RESET. Tín hi u HOLD luôn có hi u l c t i b t k ỳ th i ñim nào trong su t quá trình th c hi n các l nh khác c a VXL. Chú ý r ng t lúc tín hi u HOLD thay ñi cho ñ n khi tín hi u HLDA thay ñ i ñã tr i qua m t s chu k ỳ clock . DMA th ưng ñưc th c hi n gi a thi t b I/O và b nh . Quá trình ñc DMA là quá trình ñư a d li u t b nh ra thi t b I/O, và ng ưc l i quá trình ghi DMA là quá trình ñư a d li u t I/O t i b nh . Trong c hai chu trình này thi t b I/O và b nh ñưc ñiu khi n ñng th i d n ñ n c n có các tín hi u ñiu khi n khác nhau. Ð ñiu khi n quá trình ñc DMA ta c n hai tín hi u ho t ñ ng MEMR (ñc b nh ) và IOW (ghi I/O). Ð ñiu khi n quá trình ghi ta có hai tín hi u MEMW (ghi b b nh ) và IOR ( ñc I/O). B ñiu khi n DMA cung c p ñ a ch b nh và tín hi u ch n thi t b I/O cho 8088 trong su t quá trình DMA. Do t c ñ truy n DMA ph thu c vào t c ñ c a b nh và t c ñ c a b ñiu khi n DMA nên trong tr ưng h p t c ñ c a b ñiu khi n DMA nh h ơn so v i b nh thì b ñiu khi n DMA s làm gi m t c ñ chung c a h th ng . Hình v sau minh ho quá trình ho t ñ ng DMA c ơ b n cùng ñ th th i gian ñ c / ghi DMA : Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 59
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Ð th th i gian ñ c / ghi DMA . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 60
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 5.1.3. Các ch ñ trao ñ i d li u DMA + Trao ñi d li u theo kh i: trao ñi nhi u l i d li u, ñm t giá tr n ñn 0. + Trao ñi l y lén chu k ỳ t ng ph n: DMA phát hi n data bus r i, r i th c hi n trao ñi d li u DMA. DMAC ph i có: - Thi t b phát hi n ñưng dây r i - Thi t b b o ñm VXL b treo cho t i khi DMAC không s d ng ñưng dây, khi n VXL ch m t th i gian Tw ti khi DMAC th c hi n trao ñi xong trong mt ph n c a trao ñi d li u và ti p t c n t ph n l y lén chu k ỳ sau cho t i khi k t thúc trao ñi c t d li u DMA. + Trao ñi l y lén chu k ỳ trong su t: gi ng ch ñ trên, nh ưng DMA b t VXL ch t i khi trao ñi xong m t t d li u tr n v n. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 61
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 5.2 B ñiu khi n DMA – 8237A Vi m ch 8237A là m t b ñiu khi n DMA cung c p ñ a ch b nh và tín hi u ñiu khi n trong su t quá trình DMA và truy n s li u v i t c ñ cao gi a b nh và thi t b vào ra. 8237 là vi m ch có 4 kênh t ươ ng thích v i b VXL 8088, các kênh này có th m rng thêm nhi u kênh khác m c dù ñi v i h th ng nh thì 4 kênh này là qúa ñ. 8237 có kh n ăng th c hi n truy n DMA lên t i 1.6Mbyte/s .M i kênh có kh n ăng ñánh ñ a ch t i 64 Kbyte b nh và có th truy n 64 Kbyte theo ch ươ ng trình. 5.2.1 S ơ ñ kh i và ch c n ăng các kh i c a vi m ch 8237A 1. S ơ ñ kh i Hình 5.1: Vi m ch 8237A -5 Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 62
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Hình 5.2: S ơ ñ kh i chi ti t c a 8237 - CLK : Ð ưc n i v i tín hi u ñ ng h h th ng . - CS :Tín hi u ch n m ch, thông th ưng n i v i ñ u ra c a m t b gi i mã ña ch . - RESET : Xoá các thanh ghi t m, thanh ghi tr ng thái , thanh ghi l nh,thanh ghi yêu c u. - READY : t o tr ng thái ch cho 8237A-5 ñi v i b nh ho c I/O có t c ñ th p. - HLDA (hold Acknowledge): tín hi u thông báo CPU ñã th n i bus ñ a ch , d li u, ñiu khi n c a nó. - DREQ 0 - DREQ 3 (DMA request) : Ð u vào yêu c u truy n DMA cho m i kênh c a 8237A-5, cc tính c a các tín hi u vào này là có th l p trình ñưc . - DB 0 - DB 7 (data bus ): Chân n i v i bus d li u c a b VXL 8088 ñưc s d ng trong quá trình trao ñi d li u - IOR và IOW : ñiu khi n ñ c và ghi I/O . - EOP (end of process ) : tín hi u hai chi u báo k t thúc DMA t i cu i chu k ỳ DMA . - A 0- A 3 : Ch n thanh ghi n i c n l p trình và m t ph n ñ a ch truy n DMA trong quá trình DMA . - A 7 - A 4 : Cung c p 1 ph n ña ch còn l i c a DMA . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 63
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - HRQ (hold request ) : n i v i HOLD c a VXL t o yêu c u DMA . - DACK 0- DACK 3 : (DMA channel acknowledge ) Ð u ra ch p nh n DMA ( có th l p trình ñưc) Th ưng dùng ñ ch n thi t b c n ñiu khi n DMA. - AEN : Cho phép ch t ñ a ch n i v i DB 0 - DB 7 ñng th i không cho phép các b ñ m trong h th ng ñưc n i v i VXL. - ADSTB : (address strobe ) : ho t ñ ng nh ư ALE nh ưng ch s d ng b i b ñiu khi n DMA ch t ñ a ch A 8- A 15 trong su t quá trình truy n DMA. -MEMW ,MEMR: Ðu ra ñiu khi n b nh ñ c, ghi d li u trong chu k ỳ DMA t ươ ng ng . 2. Ch c n ăng các kh i và các thanh ghi * Các kh i ch c n ăng c a vi m ch : - Kh i ñ m bus d li u. Ðây là b ñ m 8 bit ghép n i 8237 v i bus h th ng . (D 0- D 7) : Các ñưng bus d li u ba tr ng thái, hai chi u. Khi 8237 ñang ñưc l p trình ñiu khi n b i 8088 CPU, 8 bit d li u c a thanh ghi ñ a ch DMA, thanh ghi ch ñ (Mode set Register ) ñưc g i ñ n t bus d li u. Khi 8088 CPU ñ c m t thanh ghi ñ a ch DMA, ho c thanh ghi ñm (terminal count Register), thanh ghi tr ng thái d li u ñưc truy n ñ n 8088 thông qua bus d li u. Trong su t chu k ỳ DMA (khi 8237 ñang nm quy n ñiu khi n bus d li u), 8237 s g i 8 bit quan tr ng nh t c a ñ a ch b nh (t m t trong s các thanh ghi ñ a ch DMA) t i b ñiu khi n bus. Các bit ñ a ch này s ñưc truy n ngay khi b t ñ u chu k ỳ DMA, sau ñó bus d li u s ñưc gi i phóng ñ th c hi n quá trình trao ñi d li u v i b nh trong su t quá trình DMA. * Các kênh DMA (DMA channel ): Mi kênh (CH0 - CH3) bao g m hai thanh ghi 16 bit : Thanh ghi ña ch DMA và thanh ghi ñm (Terminal Count Register ) . Hai thanh ghi này ph i ñưc kh i t o tr ưc khi các kênh ñưc phép ho t ñ ng. Thanh ghi ña ch DMA ñưc ñ c cùng v i ñ a ch c a ô nh ñ u tiên ñưc truy c p. Giá tr ñưc ghi vào thanh ghi ñm (termianal count register) xác ñnh s các chu k ỳ DMA ngay tr ưc khi ñu ra c a b ñ m kt thúc TC (Terminal Count ) ho t ñ ng. Nói chung khi mu n có N chu k ỳ DMA thì giá tr N-1 ph i ñưc ñưa t i 14 bit th p c a thanh ghi ñm c ng vào ra (Terminal Count Register). Hai bit cao nh t c a thanh ghi này xác ñnh lo i ho t ñ ng DMA cho kênh này . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 64
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi * Kh i ñ c ghi logic (Read/ Write logic ) Khi 8088 CPU ñc ho c ghi m t trong s các thanh ghi c a 8237, kh i logic ñiu khi n ñc ghi nh n l nh ñ c I/O (IOR) ho c I/O Write (IOW) thông báo cho vi m ch ñiu khi n bus 8288 gi i mã 4 bit ña ch th p nh t (A 0- A 3 ) và ñng th i ghi n i dung c a bus d li u vào thanh ghi ña ch (n u là tín hi u IOW) ho c ghi n i dung thanh ghi ñ a ch lên bus d li u (n u là tín hi u IOR ). Trong su t quá trình DMA kh i logic ñiu khi n ñc ghi th c hi n l nh ñ c I/O và ghi b nh ( chu k ỳ DMA ghi) ho c tín hi u ghi I/O và ñc b nh (chu k ỳ DMA ñ c). C n l ưu ý r ng trong su t quá trình ñiu khi n DMA thit b I/O không ho t ñng trong ch ñ này ph i ñưc ñ t tr ng thái "c m " s d ng tín hi u AEN. * Các thanh ghi n i: - Thanh ghi ña ch hi n th i (CAR ): L ưu 16 bít ña ch b nh trong su t quá trình truy n DMA. M i kênh ñu có m t thanh ghi này và CAR t ăng ho c gi m tu ỳ thu c vào cách l p trình. - Thanh ghi ñm t hi n th i (CWCR ): ñiu khi n s byte ñưc truy n trong quá trình DMA . S ghi trong thanh ghi này nh h ơn s byte ñã ñưc truy n 1 ñơn v . - Thanh ghi ña ch c ơ s và t c ơ s (BWCR): s d ng khi ch n ch ñ t ñ ng kích ho t cho m t kênh ,trong quá trình này thanh ghi BWCR ñưc dùng ñ g i l i các thanh ghi CAR và CWCR sau khi DMA k t thúc. - Thanh ghi l nh (Command Register ): l p trình cho ho t ñ ng c a 8237 - Thanh ghi ch ñ (Mode Registe ): Thi t l p ch ñ ho t ñ ng cho m i kênh . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 65
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Thanh ghi yêu c u (Request Register): dùng yêu c u truy n DMA b ng ph n m m . - Thanh ghi che set/reset (Mask register set/reset mode): xoá ,thi t l p vi c c m các kênh . - Thanh ghi c m (Mask register): xoá ho c thi t l p vi c c m c a t t c các kênh b ng mt l nh . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 66
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Thanh ghi tr ng thái (Status register -SR ): xác ñnh tr ng thái c a các kênh DMA . Bng 5.1: Gii thi u ñ a ch và các l nh ñc ghi cho các thanh ghi. A3 A2 A1 A0 IO R IO W Ho t ñ ng 1 0 0 0 0 1 ðc thanh ghi tr ng thái 1 0 0 0 1 0 Ghi thanh ghi l nh 1 0 0 1 1 0 Ghi thanh ghi yêu c u 1 0 1 0 1 0 Ghi thanh ghi m t n ñơ n 1 0 1 1 1 0 Ghi thanh ghi ch ñ 1 1 0 0 1 0 Xoá flip-flop con tr byte 1 1 0 1 0 1 ðc thanh ghi t m th i 1 1 0 1 1 0 Xoá ch 1 1 1 0 1 0 Xoá thanh ghi m t n 1 1 1 1 1 0 Ghi t t c các bit c a thanh ghi m t n Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 67
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Kê Thanh ghi Ho t CS IOR IOW A3 A2 A1 A0 Int Data nh ñng FF Bus 0 ña ch c ơ s Ghi 0 1 0 0 0 0 0 0 A7÷A0 và hi n hành 0 1 0 0 0 0 0 1 A8÷A15 ña ch hi n ðc 0 0 1 0 0 0 0 0 A7÷A0 hành 0 0 1 0 0 0 0 1 A8÷A15 ðm l i c ơ s Ghi 0 1 0 0 0 0 1 0 W7÷W0 và hi n hành 0 1 0 0 0 0 1 1 W15 ÷W8 ðm l i hi n ðc 0 0 1 0 0 0 1 0 W7÷W0 hành 0 0 1 0 0 0 1 1 W15 ÷W8 1 ña ch c ơ s Ghi 0 1 0 0 0 1 0 0 A7÷A0 và hi n hành 0 1 0 0 0 1 0 1 A8÷A15 ña ch hi n ðc 0 0 1 0 0 1 0 0 A7÷A0 hành 0 0 1 0 0 1 0 1 A8÷A15 ðm l i c ơ s Ghi 0 1 0 0 0 1 1 0 W7÷W0 và hi n hành 0 1 0 0 0 1 1 1 W15 ÷W8 ðm l i hi n ðc 0 0 1 0 0 1 1 0 W7÷W0 hành 0 0 1 0 0 1 1 1 W15 ÷W8 2 ña ch c ơ s Ghi 0 1 0 0 1 0 0 0 A7÷A0 và hi n hành 0 1 0 0 1 0 0 1 A8÷A15 ña ch hi n ðc 0 0 1 0 1 0 0 0 A7÷A0 hành 0 0 1 0 1 0 0 1 A8÷A15 ðm l i c ơ s Ghi 0 1 0 0 1 0 1 0 W7÷W0 và hi n hành 0 1 0 0 1 0 1 1 W15 ÷W8 ðm l i hi n ðc 0 0 1 0 1 0 1 0 W7÷W0 hành 0 0 1 0 1 0 1 1 W15 ÷W8 3 ña ch c ơ s Ghi 0 1 0 0 1 1 0 0 A7÷A0 và hi n hành 0 1 0 0 1 1 0 1 A8÷A15 ña ch hi n ðc 0 0 1 0 1 1 0 0 A7÷A0 hành 0 0 1 0 1 1 0 1 A8÷A15 ðm l i c ơ s Ghi 0 1 0 0 1 1 1 0 W7÷W0 và hi n hành 0 1 0 0 1 1 1 1 W15 ÷W8 ðm l i hi n ðc 0 0 1 0 1 1 1 0 W7÷W0 hành 0 0 1 0 1 1 1 1 W15 ÷W8 Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 68
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 5.2.2 Ghép n i v i 8237A-5 trong h vi x lý 8088 Vi m ch 8237 ñưc s d ng trong máy vi tính IBM PC ñ th c hi n các quá trình DMA trao ñi d li u tr c ti p gi a thi t b ngoài và máy vi tính . Tín hi u AEN và ADSTB ra c a 8237A-5 ñiu khi n ñ u ra c a ch t 82C82. Trong su t quá trình ho t ñ ng bình th ưng c a 8088 (AEN=0 ) các vi m ch ch t ñ a ch cung c p các bit ña ch A 15 - A 8 .Ð a ch bus A 7- A 0 ñưc cung c p tr c ti p b i 8237A-5 và ch a mt ph n ñ a ch truy n DMA. Tín hi u ñiu khi n MEMR ,MEMW ,IOR ,IOW c ũng ñưc t o b i b ñiu khi n DMA. Gi thi t ña ch ñu cho DMAC là 0070h. Hình 5.3: S ơ ñ ghép n i 8237 v i 8088 1. Các tr ng thái ho t ñ ng Vi m ch 8237A có các tr ng thái sau: - Tr ng thái ngh SI: tr ng thái tr kháng cao, không ñưc ch n m ch ( CS =1). - Tr ng thái ch SO: Tr ng thái ñu c a quá trình trao ñi DMA. 8257 nh n tín hi u DREQ, x lý và g i yêu c u Hold cho VXL nh ưng ch ưa nh n ñưc tín hi u xác nh n theo HLDA. Khi nh n ñưc xác nh n, DMAC b t ñu quá trình trao ñi d li u. - Tr ng thái phát ña ch ngu n s li u S1: DMAC phát ña ch ngu n s li u (c a I/O ho c Memory) - Tr ng thái phát l nh ñc cho ngu n s li u S2: DMAC phát l nh ñc s li u c a ngu n s li u - Tr ng thái ch SW: DMAC ch trong th i gian Sw ñ s li u ñưc ñc xong ngu n phát s li u, ghi xong vào thanh ghi ñm, ch Ready c a DMAC. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 69
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Tr ng thái phát ña ch c a ñích s li u S3: DMAC phát ña ch c a n ơi g i s li u (Memory ho c c a I/O) - Tr ng thái phát l nh ghi s li u vào ñích S4: DMAC phát l nh ghi s li u t thanh ghi ñm ra c a vào-ra 2. Các ch ñ Tu ỳ n i dung thanh ghi ch ñ lúc kh i phát, DMAC có các ch ñ sau: - Ch ñ chuy n t ng t ñơ n (Single Transfer Mode) - Ch ñ chuy n nhi u t (Block Transfer Mode) - Ch ñ chuy n theo nhu c u (Demand Transfer Mode) v i s l ưng t tu ỳ theo ng ưi s d ng ñiu khi n. - Ch ñ ghép t ng (Cascade Mode) là ch ñ chuy n liên ti p các t , ñiu khi n b i các DMAC m c n i t ng. 3. Các ch ñ ưu tiên c a yêu c u DMAC Cũng gi ng như x lý ng t, DAMC có hai ch ñ ưu tiên: - Ch ñ ưu tiên c ñnh: kênh 0 có m c ưu tiên cao nh t, kênh 3 có m c ưu tiên th p nh t. - Ch ñ ưu tiên vòng: kênh v a ñưc ph c v s có m c ưu tiên th p nh t. Khi mi l p ch ñ, kênh 0 có m c ưu tiên cao nh t. 4. Kh i phát và ñm b o ch ươ ng trình ph c v Tr ưc khi ñư a DMAC vào ho t ñng, ch ươ ng trình ph i kh i phát nó. Quá trình kh i phát g m 2 giai ñon: - Xoá c ng b ng tín hi u Reset, làm các thanh ghi v 0. - Ghi các l nh c a ch ươ ng trình kh i phát: VXL ghi vào các thanh ghi ch c năng nh ư ña ch ban ñu, s t trao ñi, s kênh, che ch n yêu c u c a kênh không c n ho t ñng, ch ñ trao ñi, chi u t ăng hay gi m ña ch Khi ghi d li u vào thanh ghi 16 bit, ph i ghi l n l ơt 2 byte theo th t byte th p tr ưc, byte cao sau. - Sau khi ñưc kh i phát, DMAC s hoàn toàn t ñng làm vi c. K t thúc ch ươ ng trình kh i phát này, luôn ph i có l nh ghi bit D 4=1 vào thanh ghi ch ñ ñ cho phép t kh i ñng. 5. Kt thúc trao ñ i DMA Có hai cách k t thúc trao ñi d li u: - Kt thúc t ñng: K t thúc khi b ñm s tin trao ñi ñm v 0, hay s ñm kt thúc TC (Terminal Count). V i DMAC 8237, vi c kt thúc th hi n tín hi u Hold k t thúc, t c tr v m c logic 0. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 70
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Kt thúc c ơng b c: ñây là tín hi u t ngoài vào (do m ch TBNV ho c do ng ưi ñiu hành can thi p b ng cách n nút l nh) ñ k t thúc quá trình trao ñi DMA. 6. Ki m tra s k t thúc kênh mong mu n Trong khi DMAC ho t ñng, thanh ghi tr ng thái luôn ñưc c p nh t, t c luôn ghi tr ng thái hi n th i c a DMAC. Khi k t thúc, VXL có th ñc n i dung này c a thanh ghi tr ng thái ñ bi t r ng kênh nào c a DMA ñã ñt ñn s ñm k t thúc TC, s l i ñã trao ñi là bao nhiêu ( tr ưng h p k t thúc c ưng b c do EOP t ngoài vào) và kênh vào ñang ch ph c v . 7. ðc ñim v ho t ñ ng c a 8237 8237 có nh ng ñc ñim chính sau: - Cho phép ho c c m riêng bi t t ng kênh DMA trong s 4 kênh. - Trao ñi d li u DMA tr c ti p gi a hai vùng b nh . - Cho phép n i t ng các DMAC ñ t ăng s kênh DMA. - Có th t o yêu c u DMA b ng ch ươ ng trình - V i 8237-2, t c ñ trao ñi DMA có th ñt t i 1,6Mbps. Do ñó ngoài ph c v trao ñi d li u gi a MVT và màn hình, ñĩa, DMA còn ñưc dùng trong m ng MVT. 5.2.3 L p trình cho 8237A a. Ch ươ ng trình truy n d li u gi a b nh -b nh b ng DMA Ví d c n chuy n kh i nh có ña ch 1000h-13FFh t i kh i nh 1400h-17FFh thông qua DMA. Ch ươ ng trình s g m các b ưc sau: - Xoá flip-flop con tr byte v 0. - Lp trình cho các kênh 0 và 1: ðư a ña ch ngu n và ñích vào kênh 0 và 1. - ðt giá tr b ñm b ng s byte c n chuy n -1 - Lp trình thông qua thanh ghi ch ñ cho kênh 0 và 1 - Lp trình cho thanh ghi l nh - Cho phép kênh 0 và ñư a ra yêu c u DMA - Ki m tra bit h t d li u. N u ñã xong thì k t thúc DMA. Xác ñnh ña ch các thanh ghi: Addr_chanel0 = $70; Addr_chanel1 =$72; Addr_CT1 =$73 ;// ða ch b ñ m kênh 1 Addr_SR =$78 ;// ða ch thanh ghi tr ng thái Addr_CR =$78 ;// ña ch thanh ghi ñiu khi n Addr_MR =$7B ; // ña ch thanh ghi ch ñ Addr_MKR = $7F;// ña ch thanh ghi c m Addr_RR = $79 ; // ña ch thanh ghi yêu c u Addr_pFF = $7C ; // ña ch flip-flop con tr byte Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 71
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi port[addr_pFF]=$00;// xoá con tr FF v 0. // ðt ñ a ch ngu n vào kênh 0 port[addr_chanel0] =$00; port[addr_chanel0] =$10; // ðt ñ a ch ñích vào kênh 1 port[addr_pFF]=$01;// xoá con tr FF v 0. port[addr_chanel1] =$00; port[addr_chanel1] =$14; //Ch ñ nh s byte c n chuy n 4000 port[addr_pFF]=$01;// xoá con tr FF v 0. port[addr_CT1] =$00; port[addr_CT1] =$40; // ðt ch ñ : kênh 0 ñc 1011 1000b= B8h ; kênh 1 ghi: 1011 0101=B5h port[addr_pFF]=$01;// xoá con tr FF v 0. port[addr_MR]=$B8; port[addr_MR]=$B5; // L p trình thanh ghi l nh cho phép truy n M-M= 01h Port[addr_CR]=$01; // B m t n che ch n kênh 0 = 0000 1110 b=0Eh port[addr_MKR]= $0E; //Yêu c u DMAC = 0000 0100 b=04h port[addr_RR] = $04; //Ki m tra tr ng thái k t thúc ñ m: kênh 0 ñã truy n h t d li u (D 0=1) =01h Repeat Var1=port[addr_SR]; Until ((var1 and $01)=$01); //k t thúc truy n Return; Sau khi kh i ñ ng, h th ng DMAC s t ho t ñ ng mà không c n thêm ch ươ ng trình ph nào n a. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 72
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi CH ƯƠ NG 6: GHÉP N I T ƯƠ NG T -S VÀ S -TƯƠ NG T Ð có th ñiu khi n ñưc các máy móc trong nhà máy, các thi t b y t chúng ta c n quan tâm ñn các nh h ưng c a môi tr ưng bên ngoài nh ư áp su t, nhi t ñ Th ưng có m t s b ưc ñ nh n ñưc tín hi u ñin bi u di n cho các y u t ñó và bi n ñ i t dng t ươ ng t sang d ng s ñ các máy tính có th x lý ñưc. Hình 6.1 bi u di n s ơ ñ ñơ n gi n c a m t h th ng ñiu khi n t ñ ng dùng máy vi tính. H th ng th c Setpoint ðK DAC Kð CCCH CB ADC Kð Máy vi tính Hình 6.1: S ơ ñ c u trúc h th ng ñiu khi n t ñ ng dùng máy vi tính ðu tiên là cm bi n (CB) dùng ñ bi n ñ i các giá tr v t lý nh ư nhi t ñ , áp su t sang mt ñin áp hay dòng t ươ ng ng. Sau cm bi n th ưng là b khu ch ñ i (K ð) và l c. Khâu này ñưc th c hi n b i m t s m ch khu ch ñ i thu t toán. Sau ñó, tín hi u tươ ng t này ñưc chuy n sang d ng s b ng b bi n ñ i tươ ng t -s (Analog-Digital Converter-ADC), và ñưc máy vi tính nh n, x lý, l ưu tr , so sánh v i tín hi u ñ t, và t o ra tín hi u ñiu khi n ( ðK) t ươ ng ng. Vì máy vi tính ch làm vi c tín hi u s (logic 0 và 1) nên c n có b chuy n ñ i s -tươ ng t (Digital-Analog Converter-DAC) ñ t o ra tín hi u ñiu khi n d ng t ươ ng t . Ti p theo là khâu khu ch ñ i (K ð) và l ch áp ñ t o tín hi u phù h p cung c p cho cơ c u ch p hành (CCCH) c a h th ng th c. 6.1 Gi i thi u mt s m ch khu ch ñ i thu t toán Khu ch ñ i thu t toán là m t trong s nh ng linh ki n ñin t th ưng g p nh t trong k thu t t ươ ng t , vì th trong k thu t ño l ưng và ñiu khi n công nghi p, khu ch ñ i thu t toán c ũng có m t trong r t nhi u thi t b và h th ng. Kh n ăng s d ng c a các b khu ch ñ i thu t toán là r t v n n ăng, chúng ñưc áp d ng trong nhi u l ĩnh v c nh ư các b khu ch ñ i m t chi u, các b khu ch ñ i xoay chi u, b l c tích c c, b dao ñ ng, b bi n ñ i tr kháng, b vi phân, b tích phân 6.1.1 Các tham s c ơ b n c a m ch khu ch ñ i thu t toán Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 73
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Hình 6.2: Sơ ñ b khu ch ñ i thu t toán. Ud hi u ñin áp vào UP , IP ñin áp vào và dòng ñin vào c a thu n. UN , IN ñin áp vào và dòng ñin vào c a ñ o. Ur , Ir ñin áp ra và dòng ñin ra. B khu ch ñ i thu t toán khu ch ñ i hi u ñin áp Ud = UP - U N v i h s khu ch ñ i K0 > 0. Do ñó ñin áp ra: U r = K0U d = K0 (U p −U N ) 1. H s khu ch ñ i hi u K 0 Khi không t i ñưc xác ñ nh theo bi u th c sau Ur Ur K0 = = Ud U p −U N 2. H s khu ch ñ i ñ ng pha K CM Nu ñ t vào c a thu n và c a ñ o c a b khu ch ñ i thu t toán các ñin áp b ng nhau, ngh ĩa là: UP = UN = UCM =0 thì Ud = 0. G i UCM là ñin áp vào ñng pha. Lý t ưng ta có Ur=0. Tuy nhiên, th c t không ph i nh ư v y. Do ñó gi a ñin áp ra và ñin áp vào ñng pha có quan h t l là h s khu ch ñ i ñ ng pha KCM : ∆U r KCM = ∆UCM KCM nói chung ph thu c vào m c ñin áp vào ñng pha. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 74
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 3. H s nén ñ ng pha CMRR Dùng ñ ñánh giá kh n ăng làm vi c c a b khu ch ñ i th c so v i b khu ch ñ i lý tưng ( KCM =0) K CMRR = 0 KCM 4. Dòng vào t ĩnh Là tr trung bình c a dòng vào c a thu n và dòng vào c a ñ o: I p + I N I = vi UP = UN = 0 t 2 Dòng vào l ch không là hi u các dòng vào t ĩnh hai c a c a b khu ch ñ i thu t toán I0 = IP - IN vi UP = UN = 0 Thông th ưng I0 = 0,1 IP. Tr s c a dòng vào l ch không thay ñ i theo nhi t ñ . Hi n tưng này g i là hi n t ưng trôi dòng l ch không. 6.1.2 Các s ơ ñ c ơ b n c a b khu ch ñ i thu t toán 1. S ơ ñ khu ch ñ i không ñ o Hình 6.3: Sơ ñ mch khu ch ñ i không ñ o H s khu ch ñ i c a m ch: 1 K =   1 R2  1   + 1−   K0 R1 + R2  CMRR  Mt b khu ch ñ i thu t toán lý t ưng s có: Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 75
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi H s khu ch ñ i khi không có ph n h i âm l n vô cùng. Ði n tr l i vào l n vô cùng. Ð r ng d i thông l n vô cùng. H s nén ñ ng pha CMRR l n vô cùng. Ði n tr l i ra b ng không . Th i gian ñáp ng b ng không Do ñó, h s khu ch ñ i c a m ch lý t ưng là: R + R K = 1 2 R2 2. Mch ñ m Ðây là tr ưng h p ñ c bi t c a m ch khu ch ñ i không ñ o Hình 6.4: Sơ ñ m ch ñ m Mch có h s khuch ñ i b ng K=1 và th ưng dùng ñ ph i h p tr kháng. 3. M ch khu ch ñ i ñ o Hình 6.5: S ơ ñ m ch khu ch ñi ñ o H s khu ch ñ i c a m ch: R K = − 2 R1 Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 76
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 4. S ơ ñ bi n ñ i dòng ñin - ñin áp Hình 6.6: Sơ ñ bi n ñ i dòng ñin - ñin áp Ði n áp ra ñưc tính theo bi u th c: UR = - R.I V 6.2 B chuy n ñi s-tươ ng t DAC B chuy n ñ i s t ươ ng t dùng ñ chuy n tín hi u d ng s sang d ng t ươ ng t . Khâu này hay ñưc s d ng trong h th ng ñiu khi n có dùng máy vi tính. Vì máy vi tính ch làm vi c v i tín hi u s , trong khi h th ng th c c n tín hi u ñiu khi n d ng t ươ ng t . 6.2.1 Ho t ñ ng c a DAC Hình 6.7: Ví d v b bi n ñ i DA 4 bít Mc ñích c a b bi n ñ i DA, nh ư ñã nêu, là bi n ñ i tín hi u nh phân n bít thành dòng hay áp t ươ ng ng. Hình 6.7 là m t ví d v m t b bi n ñ i DA 4 bít ñơn gi n. D a vào v trí c a các công t t Bi (1 là ñóng và 0 là m ), ñin tr ñ u vào s thay ñ i theo. Do ñó ñin áp ñ u ra c ũng s thay ñ i theo : Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 77
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi  B B B B  U = 10 4 5.  1 + 2 + 3 + 4  r 10 5 5.104 2,5.104 12 ,5.103  V nguyên t c b chuy n ñ i s -tươ ng t ti p nh n m t mã s n bít song song ho c n i ti p l i vào và bi n ñ i ra dòng ñin ho c ñin áp t ươ ng ng l i ra. Dòng ñin hay ñin áp l i ra là hàm bi n thiên phù h p theo mã s l i vào. Hình 6.8: S ơ ñ kh i DAC Mt b DAC hoàn ch nh bao g m ba ph n t c ơ b n: Ði n áp quy chi u n ñ nh bên ngoài (V ref ) DAC c ơ s Khu ch ñ i thu t toán Nh ư v y ñin áp ñ u ra c a b bi n ñ i V 0 s ph thu c vào mã nh phân ñu vào theo công th c sau: 0 1 n n+1 V0 = V ref (B 02 + B 12 + + B n2 )/2 Trong ñó B 0 là bít th p nh t và B n là bít cao nh t c a mã nh phân ñ u vào, V ref là ñin áp quy chi u. DAC c ơ s c u t o b ng các ñin tr chính xác và nh ng chuy n m ch t ươ ng t ñưc ñiu khi n b i mã s ñ u vào . Các chuy n m ch t ươ ng t ñiu ch nh dòng ñin hay ñin áp trích ra t ñin áp quy chi u và t o nên dòng ñin hay ñin áp ñ u ra t ươ ng ng v i mã s ñ u vào. Mch khu ch ñ i thu t toán dùng ñây ñ chuy n ñ i dòng thành áp ñng th i có ch c n ăng t ng ñ m. B bi n ñ i DAC có ñ c ñim là ñi l ưng ra t ươ ng t không liên t c, ñ r i r c c a ñ u ra ph thu c vào s bít c a b bi n ñ i, nh ng DAC có s bít ñ u vào l n thì t ng s n c ñin áp ra càng l n và kho ng cách gi a các n c càng nh . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 78
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 6.2.2 Các tham s cơ b n ca b chuy n ñ i DA Ð phân gi i (Solution): Liên quan ñn s bít c a m t DAC. N u s bít là n thì s tr ng thái c a tín hi u nh phân là 2 n ngh ĩa là s có 2 n m c ñin th (ho c dòng ñin) khác nhau, do ñó có ñ phân gii là 1/2 n. Ð phân gi i càng bé thì ñin th (ho c dòng ñin ñ u ra) càng có d ng liên t c, càng g n v i th c t và ng ưc l i. Ð chính xác (Accuracy): Có th ñánh giá ch t l ưng c a m t DAC b ng sai s ca nó. Ði l ưng bi u di n sai s là ñ l ch t i ña gi a ñ i l ưng ra và m t ñưng th ng n i ñim 0 v i ñim FS (Full Scale) trên ñc tuy n chuy n ñ i DA. Ð tuy n tính (Linearity): Ð tuy n tính c a DAC cho bi t ñ l ch ñin áp so v i mt ñưng th ng ñi qua nh ng ñim nút c a ñ c tuy n chuy n ñ i. Ðó là ñc tính th ưng g p nh t v i DAC. Ðưng cong ñ c tuy n là ñơ n ñiu n u s thay ñ i ñ lch trên là không ñi d u. Ð có m t DAC ñơn ñiu, ñ l ch này ph i l n h ơn 0 cho m i n c thang. Ngoài ra m c ñ tuy n tính c a DAC ph i nh h ơn ho c b ng 1/2 LSB (Least Significant Bit- Tham kh o hình 6.14) ñ nó tr nên ñơ n ñiu. Nh ư v y 1/2 LSB là ñc tr ưng v gi i h n ñơn ñiu c a m t DAC. Phi tuy n vi sai: là ñi l ưng cho bi t ñ l ch gi a giá tr th c t và lý t ưng cho mt n c ñin áp ra ng v i m i thay ñ i c a mã s vào. Ð i l ưng này cho bi t v ñ nh n c a ñưng cong ñ c tuy n ñ i v i DAC. Th i gian thi t l p: ñ i v i m t DAC là th i gian c n thi t ñ ñin áp ra ñ t t i giá tr t i h n sai s xung quanh giá tr n ñ nh. Gi i h n này th ưng là 1/2 LSB ho c biu di n b ng giá tr FS. Th i gian thi t l p tr ưc h t ph thu c vào ki u chuy n m ch, ki u ñin tr và ki u khu ch ñ i dùng ñ xây d ng b DAC. Thông th ưng nó ñưc ñ nh ngh ĩa bng th i gian t khi ñin áp b t ñ u thay ñ i cho t i khi ñ t t i vùng gi i hn sai s cho tr ưc. Nó không bao g m th i gian tr tính t khi có s thay ñ i mã s ñu vào cho t i khi ñin áp ra b t ñ u ñáp ng. 6.2.3 Các m ch DAC ñin hình Các DAC có th ñưc xây d ng theo m t trong nh ng ki u m ch sau: Chuy n ñ i DA theo ki u ñin tr tr ng l ưng Chuy n ñ i DA theo ki u m ch R-2R Chuy n ñ i DA theo ph ươ ng pháp mã hoá Shannon-Rack Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 79
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 1. B chuy n ñ i DA theo ki u ñin tr tr ng l ưng (Weighted resistor DAC) Hình 6.9: DAC theo ph ươ ng pháp ñin tr tr ng l ưng Mch g m m t ngu n ñin áp chu n U ch , các chuy n m ch, các ñin tr có giá tr l n l ưt là R, R/2, R/4, , R/2 n-1 và các m ch khu ch ñ i thu t toán. Vi m ch nh ư trên, khi m t khoá ñin th i nào ñưc n i v i ngu n ñin th chu n thì s cung c p cho b KÐTT dòng ñin có giá tr là: U I = ch i R 2i Dòng ñin này ñc l p v i các khoá còn l i. Nh ư v y có th th y ngay r ng biên ñ ñin áp ra ph thu c vào các v trí ñưc ñóng hay m khoá ngh ĩa là ñưc n i v i ñin áp chu n U ch hay nói cách khác ph thu c vào giá tr các bít t ươ ng ng trong tín hi u s ñưa vào m ch chuy n ñ i. M t cách t ng quát, v i m t DAC có n bít thì tín hi u ra ñưc tính theo công th c: R U = −U f ()2n−1.B + + 20.B r ch R n−1 L 0 Trong ñó B0 ÷ B n-1 có giá tr "0" ho c "1". Mch có ưu ñim là ñơ n gi n, nh ưng nh ưc ñim là ñ chính xác và tính n ñ nh c a k t qu ph thu c nhi u vào tr s tuy t ñ i c a các ñin tr và s n ñ nh c a chúng trong các môi tr ưng khác nhau. Ngoài ra còn ph thu c vào tính n ñ nh và ñ chính xác c a ngu n ñin áp chu n. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 80
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 2. B chuy n ñ i DA theo ki u thang ñin tr R-2R (R-2R ladder) Hình 6.10: DAC theo ph ươ ng pháp m ch R-2R DAC v i thang ñin tr R-2R kh c ph c ñưc m t s nh ưc ñim c a DAC ñin tr tr ng l ưng. Mch ch g m hai ñin tr R và 2R m c theo hình thang v i nhi u khoá ñin (m i khoá ñin cho m t bít) và m t ngu n ñin áp chu n U ch . Ði l ưng c n tìm là dòng I th ch y vào m ch KÐTT khi có m t s khoá ñin ñưc n i v i Uch . Theo m ch ñin ta có: Ura = -Ith .R f Xét t i chuy n m ch tươ ng ng v i bít th i, nút t ươ ng ng trên m ch hình thang là 2 i . S d ng ñ nh lý Thevenin, khi ñóng chuy n m ch vào U ch thì ñin th t ươ ng ñươ ng 0 1 Thevenin t i nút 2 s là U ch /2 và ngu n t ươ ng có n i tr là R, nh ư v y t i nút 2 (ti n v phía m ch KÐTT) ta có ngu n t ươ ng ñươ ng Thevenin có tr s là U ch /4 và n i tr là R. T nh ng k t qu trên suy ra r ng khi di chuy n v phía m ch KÐTT thì tr s ñin th Thevenin t i m i nút b ng m t n a tr s t i nút k c n bên trái nó, và t i nút 2 n-1 do ñc tính c a b KÐTT ñin th ñưc coi b ng 0V. Mt cách t ng quát, ta có công th c ñ tính ñin áp ra c a m t DAC n bít v i ñin tr hình thang R-2R nh ư sau: R U = −U f ()2n−1.B + + 20.B r ch 2n.R n−1 L 0 Trong ñó B0 ÷ B n-1 có giá tr "0" ho c "1". Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 81
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Các DAC theo thang ñin tr ph i dùng s ñin tr khá l n, ví d n u m t DAC n bít thì cn dùng 2( n-1) ñin tr trong khi ph ươ ng pháp ñin tr tr ng l ưng ch ph i dùng n thôi. Nh ưng bù l i ñ chính xác và tính n ñ nh c a tín hi u ra ñưc ñ m b o t t h ơn. 6.2.4 Ghép n i vi DAC V nguyên t c m t b DAC có th ghép n i t ươ ng thích v i h u h t các b VXL. Ði v i các b DAC 8 bít, công vi c th m chí còn r t ñơn gi n khi ghép n i v i các VXL, lý do là các VXL ñu có BUS d li u là b i c a 8. Ði v i các b DAC 12 hay 16 bít ta ph i s dng các ñ m trung gian có s bít t ươ ng ng sau ñó ti n hành trao ñi s li u nhi u l n. Hình 6.11 và 6.12 bi u di n m ch ghép n i h VXL v i m t DAC 8 bit và DAC 16 bit. ða ch A0 A 15 Gi i mã WR D0 - D 1 DAC + 8 bit D7 Bus MVT BGN Hình 6.11: M ch ghép n i h VXL v i m t DAC 8 bits ða ch A A 0 15 Gi i mã WR (3) D0 74 74 - D 273 7 273 DAC + (1) 16 74 bit 273 Bus MVT BGN (2) Hình 6.12: M ch ghép n i h VXL v i m t DAC 16 bit Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 82
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 6.2.5 L p trình xu t d li u ra cho DAC ði v i DAC 8 bit, ta ch c n dùng l nh xu t d li u Port[addr_port] := data; Trong ñó ña ch c ng addr_port s qua m ch gi i mã ña ch t o xung kích m m ch ñm ñưa d li u s vào ñu vào DAC. S li u c n chuy n ñ i ñưc ñ t trong data . ði v i DAC 16 bit, ta c n hai l nh xu t: Port[addr_port1] := data1; Port[addr_port2] := data2; Trong ñó ña ch c ng addr_port1 qua m ch gi i mã ña ch t o xung th nh t kích m mch ch t ñ m 74273 th nh t, l ưu gi 8 bit th p c a d li u, th hi n trong data1. Lnh xu t d li u th hai theo ñ a ch addr_port2 s t o xung th hai kích m m ch ch t ñ m 74273 th hai (phía d ưi) ñ ñưa 8 bit cao c a d li u, th hi n trong data2. ðng th i xung th hai này c ũng m ch t ñ m 74273 th ba ñ truy n s li u 8 bit th p ñ u ra 74273 th nh t sang ñ u ra 74273 th ba. K t qu là DAC nh n ñưc 16 bit d li u cùng mt lúc. 6.3 B bi n ñ i tươ ng t s ADC Trong ph n ñu ñã gi i thi u ñn vi c thu nh n các tín hi u thông qua các sensor nhi t, áp su t và các m ch khu ch ñ i thu t toán dùng ñ khu ch ñ i và l c các tín hi u ñin này. B ưc ti p theo là b bi n ñ i AD bi n ñ i tín hi u t ươ ng t sang d ng s ñ có th làm vi c ñưc v i CPU. 6.3.1. Nguyên t c làm vi c c a ADC ADC Lưng t Mã hoá hoá Hình 6.13: S ơ ñ minh ho nguyên t c làm vi c c a ADC Tín hi u t ươ ng t sau khi qua x lý ñưc ñưa vào m ch l y m u. M ch l y m u có hai nhi m v chính: Ly m u tín hi u t ươ ng t t i các th i ñim khác nhau và cách ñu nhau, nói cách khác ñây là quá trình r i r c hoá tín hi u v m t th i gian. Lưng t hoá và mã hoá tín hi u. Quá trình l ưng t hoá v b n ch t là quá trình làm tròn s ñưc th c hi n theo nguyên t c so sánh, tín hi u c n chuy n ñ i ñưc Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 83
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi so sánh v i m t ñơn v chu n. Còn mã hoá là quá trình x p x p l i k t qu ñã lưng t theo m t quy lu t nh t ñ nh tu ỳ thu c vào lo i mã yêu c u ñ u ra b bi n ñ i (có th là mã nh phân ho c mã hexa). 6.3.2. Các tham s c ơ b n c a b chuy n ñ i AD Các tham s c ơ b n c a b chuy n ñ i g m có: D i chuy n ñ i c a ñin áp t ươ ng t ñ u vào, ñ chính xác b chuy n ñ i và t c ñ chuy n ñ i. Di bi n ñ i c a ñin áp t ươ ng t ñ u vào là kho ng ñin áp mà ADC có th th c hi n chuy n ñ i ñưc. Kho ng ñin áp này có th l y giá tr t 0 ñn m t giá tr âm hay d ươ ng, ho c c ũng có th là ñin áp hai c c tính -UAM ÷ + U AM . Ð chính xác c a ADC: Tham s ñ c tr ưng cho ñ chính xác c a ADC là ñ phân gi i (Resolution). Tín hi u ñ u ra c a m t ADC là các giá tr s ñưc x p x p theo m t quy lu t nào ñó. S các s h ng mã ñu ra (s bít trong t mã nh phân) t ươ ng ng v i d i bi n ñ i ñin áp vào cho bi t m c chính xác c a phép bi n ñ i. Hình 6.14: Sai s c a các b chuy n ñ i AD và DA Ví d m t b bi n ñ i AD có s bít ñ u ra là N=12 thì s phân bi t ñưc 2 12 =2096 mc trong d i bi n ñ i ñin áp ñ u vào c a nó - U AM ch ng h n. Nh ư v y m i mc ADC phân bi t ñưc ñ u vào là U AM /2096. Trong th c t ng ưi ta dùng s bít N ñ ñ c tr ưng cho ñ chính xác c a m t ADC khi d i bi n ñ i ñin áp ñ u vào là không ñi. Tc ñ chuy n ñ i cho bi t s k t qu chuy n ñ i trong m t giây, còn ñưc g i là tn s chuy n ñ i f c. C ũng có th dùng tham s th i gian chuy n ñ i T c ñ ñ c tr ưng cho t c ñ chuy n ñ i (T c = 1/f c). T c ñ chuy n ñ i càng cao thì ñ chính xác càng gi m và ng ưc l i. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 84
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 6.3.3. Các ph ươ ng pháp chuy n ñ i AD Có nhi u cách ñ phân lo i các b bi n ñ i AD, hay dùng h ơn c là ph ươ ng pháp phân lo i v m t th i gian. Ph ươ ng pháp này có ưu ñim là cho phép phán ñoán m t cách t ng quát v t c ñ chuy n ñ i. Chuy n ñ i song song (Parallel Comparator ADC): Tín hi u c n chuy n ñ i ñưc so sánh cùng m t lúc v i nhi u giá tr chu n, vì v y các bít ñưc xác ñ nh ñ ng th i và ñư a ñn ñ u ra. Chuy n ñ i n i ti p theo mã ñm: Quá trình so sánh ñưc th c hi n t ng b ưc theo quy lu t mã ñm. K t qu chuy n ñ i ñưc xác ñ nh b ng cách ñ m s l ưng giá tr tín hi u t ươ ng t c n chuy n ñ i. Chuy n ñ i ni ti p theo mã nh phân: Quá trình so sánh ñưc th c hi n t ng bưc theo quy lu t c a mã nh phân. Các ñơn v chu n dùng ñ so sánh l y các giá tr gi m d n theo mã nh phân, do ñó các bít ñưc xác ñ nh l n l ưt t bít có ý ngh ĩa nh t MSB (Most Significant Bit) ñn bít có ít ý ngh ĩa nh t LSB (Least Significant Bit). Chuy n ñ i song song - n i ti p k t h p: Trong ph ươ ng pháp này qua m i b ưc so sánh có th xác ñ nh ñưc t i thi u là 2 bít ñng th i. 1. Chuy n ñ i theo ph ươ ng pháp song song Hình 6.15: S ơ ñ nguyên lý b chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp song song Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 85
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Nguyên t c ho t ñ ng ca b chuy n ñ i: Tín hi u tươ ng t U A ñưc ñ ng th i ñưa ñn các b so sánh t S 1 ÷ S m. Ði n áp chu n U ch ñưc ñưa ñn ñ u vào th hai c a b so sánh qua thang ñin tr R. Do ñó các ñin áp chu n ñ t vào b so sánh lân c n khác nhau mt l ưng không ñ i và gi m d n t S 1 ÷ S m. Ð u ra c a các b so sánh có ñin áp chu n ly trên thang ñin tr thì có m c logic "1", còn ng ưc l i có m c logic "0". Các ñu ra c a m ch ñưc n i v i m t m ch "AND", ñ u còn l i c a m ch "AND" n i vi xung nh p. Ch khi xu t hi n xung nh p ñ u vào m ch "AND" thì xung ra c a b so sánh ñưc vào m ch nh Flip - Flop (FF). Nh ư v y xung nh p ñóng vai trò ñm b o cho quá trình so sánh và ñư a tín hi u vào b nh , sau ñó b mã hoá s bi n ñ i tín hi u vào dưi d ng mã ñm thành mã nh phân (có th là d ng khác). Mch bi n ñ i song song có ưu ñim là t c ñ chuy n ñ i nhanh , nh ưng k t c u m ch khá ph c t p n u ta t ăng ñ phân gi i c a phép bi n ñ i AD (resolution). Th c v y ñ thi t l p m t b bi n ñ i có ñ phân gi i n bít thì c n ph i có (2 n -1) b so sánh, do v y ph ươ ng pháp này ch dùng cho các b ADC t c ñ cao và ñ phân gi i th p. 2. Chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp ñm Hình 6.16: S ơ ñ kh i m ch ADC ki u ñ m Mch bao g m các ph n t : B so sánh, RS Flip-Flop, c ng "AND" dùng ñ ñóng m xung nh p, b ñ m n bít và m t DAC n bít. Các ph n t ñưc m c thành m ch h i ti p. Ho t ñ ng c a m ch: Lúc ñ u m ch Flip-Flop và mch ñ m ñưc Reset, l i ra Q c a FF m c logic "0", b ñ m c ũng xoá v 0, do ñó ñin áp ra U DAC c a DAC là 0V. C ng AND m ñ cho các xung nh p vào m ch ñ m. Lúc này ñin áp vào U a l n h ơn U ADC nên Uss tr th p. U DAC t ăng d n theo hình b c thang vì m ch ñm liên t c ñ i tr ng thái t Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 86
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi th p lên cao, khi U DAC ñ l n h ơn U a thì U ss chuy n lên cao làm cho l i ra Q c a FF chuy n lên m c logic "0" làm c ng AND ñóng l i. Lúc này n i dung b ñ m là tín hi u s n bít t ươ ng ng v i tín hi u t ươ ng t U a c n chuy n ñi. Nh ư v y th i gian chuy n ñ i c a ADC ki u ñ m ph thu c vào ñ l n c a tín hi u tươ ng t U a và t n s xung nh p. N u U a càng l n thì th i gian chuy n ñ i càng dài, n u xung nh p cao thì th i gian chuy n ñ i ng n. Ngoài ra ADC ki u ñ m còn có m t ñ c ñim là th i gian chuy n ñ i c a m ch s h n ch t n s bi n thiên cao nh t c a tín hi u t ươ ng t ñ u vào U a. 3. Chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp x p x liên ti p Hình 6.17: S ơ ñ kh i m ch ADC x p x liên ti p Chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp x p x liên ti p có ưu ñim l n là th i gian chuy n ñ i t l thu n v i s bít c a mã s và th i gian thi t l p c a m ch ghi ch không ph thu c vào ñ l n c a tín hi u chuy n ñ i. Kh i ñ u m ch ghi tr ng thái Reset, sau ñó m ch ñiu khi n kích thích ñ bít l n nh t U xu t hi n B = 1. ðu ra DAC s tr thành U = ch . Khi ñó s x y ra m t trong n−1 ADC 2 hai tr ưng h p: Nu U DAC > U a thì bít này ñưc b qua (thi t l p "0") Nu U ADC < U a thì bít này ñưc duy trì (thi t l p "1") Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 87
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Sau ñó l i kích thích ñ bít k ti p xu t hi n Bn−2 = 1. Lúc này ñu ra DAC s ñ t ñưc là U U U = B ch + ch . Và công vi c so sánh tươ ng t trên ñ xác l p bit B . ADC n−1 2 4 n−2 Công vi c so sánh c ti p t c ñ n khi UDAC = Ua thì quá trình chuy n ñ i k t thúc. 4. Chuy n ñi AD theo ph ươ ng pháp song song- n i ti p k t h p B 1 B 2 B N1 ADC DAC TÁÖNG song song N1 bit THÆÏ HAI TÁÖNG THÆÏ NHÁÚT Maûch Nhán hiãûu 2 N1 Hình 6.18: B chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp song song n i ti p k t h p. ðây là s k t h p ph ươ ng pháp song song và ph ươ ng pháp n i ti p nh m dung hòa ưu khuy t ñim c a hai ph ươ ng pháp này: gi m b t ñ ph c t p c a ph ươ ng pháp song song và t ăng t c ñ chuy n ñ i so v i ph ươ ng pháp n i ti p. Cũng có th g i ñây là ph ươ ng pháp phân ñon t ng nhóm bit, v i s bit trong mi nhóm N ≥ 2. 5. Chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp tích phân hai s ưn d c Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 88
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi C K R 1 2 Nguäön dao âäüng CÄØNG UA Uch Maûch Flip Flop Bäü âãûm logic traìn Kãút quaí Hình 6.19: B chuy n ñ i AD theo ph ươ ng pháp tích phân hai s ưn d c. VC Âäü däúc do Uch taûo ra t1 t 2 t VSS t ZZ0 t Hình 6.20: ð th bi u di n nguyên lý ho t ñ ng c a m ch. Trong ñó, t1 là th i gian ñ m ng v i s xung làm b ñ m b tràn. t2 là th i gian tích ñin áp chu n V ch . VC là ñin áp r ăng c ưa ñ u ra c a b tích phân. VSS là ñin áp ra c a b so sánh. Z là s xung ñ m ñưc. Zo là s xung trong th i gian t 0. Vch là ñin áp chu n có c c tính nh ư hình v . VA là ñin áp vào (c c tính nh ư hình v ). Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 89
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi tr ng thái ñu tiên, khóa K luôn ñt v trí 1. M ch tích phân s tích phân V A, trong khi ñó b ñm s ñm xung t ngun dao ñng chu n t n s f n. V A ñưc tích phân trong th i gian t 1 cho ñn khi b ñm b tràn (th i ñim t 1). Lúc này m ch logic s ñiu khi n chuy n khóa K sang v trí 2 và m ch tích phân s ti p t c tích phân V ch nh ưng v i chi u ng ưc l i vì V ch có c c tính ng ưc c c tính V A. Khi tín hi u ra c a b tích phân V C gi m xu ng b ng 0 thì m ch so sánh s ñóng c ng. N i dung ghi trong b ñ m là k t qu bi n ñ i. Nó t l v i th i gian tích phân ñin áp chu n t 2. 6.3.4. Ghép n i vi ADC Ph n l n các ADC c n m t tín hi u Start ñ b t ñ u quá trình chuy n ñ i. Sau khi k t thúc chuy n ñ i, m t tín hi u Finish ñưc thi t l p ñ báo hi u quá trình chuy n ñ i ñã kt thúc. Do ñó ta có th dùng m ch ghép n i ra s li u ñơn gi n có ñ i tho i ñ ghép n i vi ADC. Hình 6.18 bi u di n m t m ch ghép n i v i m t ADC 8 bit. Quá trình chuy n ñi ñưc kh i ñ ng b ng m t xung d ươ ng Start. K t thúc quá trình này, s li u s ñưc ñư a ra l i ra ADC, ñ ng th i tín hi u Finish chuy n t “0” lên “1” . Li ra ADC ñưc n i vi m ch ñ m ba trang thái 74244. Chân xu t c a 74244 ñưc n i v i chân Clear c a mch l t 7474 ñ xóa tr ng thái s n sàng s li u c a ADC. M t xung ñ c s li u ADC s ñng th i xóa luôn ñ u ra Q c a 7474 v “0” ñ tránh vi c ñ c hai l n cùng 1 s li u. Xung Finish ñư a m c “1” ra chân Q c a m ch l t 7474 r i qua m ch ñ m 3 tr ng thái 74125 ñ ñưa vào ñưng d li u D0. D7 D7 74 244 Vin D 0 D0 ADC 8 bit IOW Cl 74 IOR Finish 7474 138 A0 1 D Q An 74125 Start Bus 7404 GN MVT Hình 6.18: S ơ ñ ghép n i ADC v i h VXL Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 90
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi ði v i ADC 16 bit, chúng ta c n m t b ch t ñ m th hai ñ ñ c s li u 8 bit cao theo mt ñ a ch th hai. 6.3.5 L p trình nh n d li u t ADC Quá trình nh n d li u t ADC trên hình 6.18 ñưc th c hi n qua các b ưc sau: + T o xung Start ñ b t ñ u quá trình chuy n ñ i AD + Ki m tra vi c chuy n ñ i ñã th c hi n xong ? + ðc d li u vào ða ch ñ t o tín hi u Start t 74138 : addr_St ða ch ñ t o tín hi u m ch t 74125 : addr_Fh ða ch ñ t o tín hi u m ñ m 74244: addr_ADC Port[addr_St]:=0; Repeat Var1 := port[addr_Fh]; Until ((Var1 AND 1)=1) //Delay(thoigianchuyendoi) -> khong dung mach doc finish Data :=port[addr_ADC]; Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 91
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi CH ƯƠ NG 7: NG D NG MÁY VI TÍNH TRONG ðO LƯNG VÀ ðIU KHI N 7.1 Gi i thi u v c u trúc máy tính: Hình 7.1 trình bày các b ph n trên bo m ch chính c a h th ng máy vi tính (MVT). MVT là m t h th ng vi x lý bao g m m t b x lý trung tâm CPU, các b nh ROM, RAM, các vi m ch ghép n i song song, n i ti p, các b ñiu khi n ng t và DMA . 7.1: Hình 7.1 và 7.2 cho th y MVT có ra s n m t s các c ng cho phép ghép n i v i các thi t b vào ra c ơ b n (nh ư màn hình, bàn phím, chu t, máy in ) và các c ng vào ra khác (nh ư c ng USP, khe c m m r ng ISA/PCI slots) . Do ñó m t v n ñ ñ t ra là ph i thi t k các m ch ghép n i gi a TBNV v i các c ng này, ph c v cho vi c ño l ưng và ñiu khi n mt h th ng t ñ ng hóa. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 92
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 7.2: Chú ý r ng VXL ch có m t bus d li u, trong khi có r t nhi u thi t b ngo i vi và ô nh cùng mu n trao ñ i d li u v i VXL qua bus này. Do ñó m i thi t b ngo i vi s ñưc cp m t ñ a ch riêng bi t, cho phép nó làm vi c v i VXL khi ñ a ch riêng bi t ñó ñưc ñư a ra trên bus ña ch . Bng 7.1 trình bày các ña ch vào ra c ơ b n cho các thi t b ngo i vi trong máy vi tính IPM. Bng 7.1: ða ch vào/ra c ơ b n cho các thi t b trong các máy vi tính IPM PC Base Address Device 0F - 1F First DMA Controller 8237 A-5 20 - 3F First Interrupt Controller 8259A , Master 40 - 5F 8254-2 60 - 6F 8042, Keyboard Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 93
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 70 - 7F Real Time Clock , NMI mask 80 - 9F DMA Page Register, 74LS612 87 DMA Channel 0 83 DMA Channel 1 81 DMA Channel 2 82 DMA Channel 3 8B DMA Channel 5 89 DMA Channel 6 8A DMA Channel 7 8F Refresh A0 - BF Second Interrupt Controller 8259A , Slave C0 - DF Second DMA Controller 8237 A-5 F0 Clear 80287 Busy F1 Reset 80287 F8 - FF 80287 Math coprocessor 170-177 Secondary ATA Hard Disk Controller 1F0 - 1F7 Primary ATA Hard Disk Controller 200 - 20F Game Controller/ Joystick 210 - 217 Expansion Unit 278 - 27F LPT2 Parallel port Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 94
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 280 - 29F LCD on Wyse 2108 PC SMC Elite default factory setting 2E8 – 2EF COM4 2E1 GPIB Adapter 0 2F8 - 2FF COM2 2E2 – 2E3 Data acquisition 300 - 31F Prototype Card 300 - 31F 3Com EtherLink default factory setting 320 - 32F XT Hard disk interface 378 - 37F LPT1 Parallel port 380 – 38C SLDC/Secondary Bi-sync interface 3A0 – 3A9 Primary Bi-sync interface 3B0 – 3BB Monochrome display 3C0 – 3CF EGA display control 3D0 – 3DF Color/Graphics Display ( CGA ) 3E8 – 3EF COM3 3F0 – 3F7 Floppy disk controller 3F8 – 3FF COM1 Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 95
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 7.2 Thi t k m ch ghép n i gi a h th ng t ñ ng hóa v i các c ng c a máy vi tính Có th nói vi c ng d ng máy vi tính trong vi c ñiu khi n t ñ ng m t h th ng th c t là r t ña d ng. D ưi ñây là m t vài ng d ng ñó, ñưc giao cho sinh viên t tìm hi u, thi t k và trình bày. ð tài 1: THI T K M CH GHÉP N I C NG MÁY IN LPT1 ð ðO CÂN ðIN T ÔTÔ. ð tài 2: THI T K M CH GHÉP N I KHE C M M R NG ð ðO VÀ ðIU KHI N T C ð ðNG C Ơ ðIN M T CHI U ðM. ð tài 3: THI T K M T KIT VI ðIU KHI N 89C51 CÓ GHÉP N I C NG N I TI P COM1 C A MÁY TÍNH ð ðO NHI T ð VÀ BÁO CHÁY. ð tài 4: THI T K M CH GHÉP N I C NG N I TI P RS232 ð ðO ÁNH SÁNG VÀ ðIU KHI N ðÈN. ð tài 5: THI T K M T KIT VI ðIU KHI N PIC 16F877 CÓ GHÉP N I C NG NI TI P COM1 C A MÁY TÍNH ð ðO VÀ ðIU KHI N N NG ð ÔXY TRONG KHÔNG KHÍ. ð tài 6: THI T K M CH GHÉP N I C NG N I TI P ðA N ĂNG USB ð ðIU KHI N M T HÀNH TRÌNH DÙNG ðNG C Ơ B ƯC. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 96
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi ð tài 6: Thi t k m t m ch ghép n i v i c ng ña n ăng USB dùng ñ ñiu khi n hành trình ñng c ơ b ưc PH N I: GI I THI U V C NG ðA N ĂNG USB I. Gi i Thi u Chung V Bus USB C ng USB v th c ch t là m t bus vì qua ñó có th ñ u n i ñ ng th i r t nhi u thi t b ngo i vi v i ch ng l ai khác nhau. Vì v y có th g i bus USB là m t bus n i ti p ña n ăng 1. Nh ng nét chung v bus USB: • Bus USB là m t bus n i ti p • D li u truy n trên bus theo t ng bus k ti p nhau . ð c bi t, d li u truy n trên cùng các ñưng d n theo hai h ưng. • Bus USB cho phép ñu n i ñ n 127 thi t b • D li u truy n v i t c ñ ñ n 12 Mbips VI bus USB 1.0 ,t c ñ truy n có th l n h ơn 12Mbps VI bus USB 2.0 ,t c ñ truy n có th lên ñn 480Mbps • Bus USB có m i liên h ch t ch v i ñc tính “Plus and Play” ñưc g i là ñu /ng t nóng • ðin áp ngu n nuôi có th nh n ñưc t bus.Các thi t b nh có th s d ng ñin áp t trên bus mà không c n ngu n nuôi riêng. Các ñc tính c ơ b n c a bus USB là: Các cu c truy n ñ ng th i,có th hi u là truy n liên t c, h tr các tín hi u vidio và âm thanh.V i các cu c truy n ñ ng th i, các thi t b truy n và nh n d li u theo ki u ñưc ñ m b o và có th ñoán tr ưc. USB c ũng ñưc h tr các thi t b không ñ ng th i hay thi t b có quy n ưu tiên cao nh t , các thi t b ñ ng th i ho c không ñ ng th i t n t i cùng th i ñim. Các thông s k thu t c ũng có ñ c tính c m và ch y, các cáp n i và cách k t n i ñ u ñưc tiêu chu n hóa r ng rãi trong công nghi p. Các hub ñưc s p x p theo nhi u t ng v i kh n ăngg m r ng g n ñ n m c l n nh t và thao tác x y ra ñ ng th i. Tc ñ truy n 12Mbps v i các kích th ưc khác nhau. H tr nhi u yêu c u d i thông thi t b t m t vài kbps ñn 19Mbps. H tr t c ñ truy n d li u c a thi t b trên m t ph m vi r ng các giá tr thông qua vi c ñiu ti t kích th ưc b ñ m gói d li u và c ơ ch ti m n. Có kh n ăng c m nóng ,ngh ĩa là cho phép các thi t b ngo i vi có th ñưc ñ u n i mà không c n ph i t t ngu n nuôi cung c p ñin cho máy tính ,có th ñ u/ng t và thay ñi l i c u hình thit b ngo i vi m t cách linh ho t kh n ăng qu n lý ñưc t ăng c ưng vi các ch ñ “ng “và “n m l ỳ “trên ph m vi h th ng. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 97
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi T nh n d ng thi t b ngo i vi ,t ñ ng v b n ñ ch c n ăng ñ i v i ph n m m ñiu khi n và c u hình H tr cho các thi t b l ai khác nhau, v i nhi u ch c n ăng khác nhau. ðiu khi n lu ng d li u thông qua b ñ m b ng vi c qu n lý giao th c ñ t s n bên trong . Có c ơ ch x lý l i/ hoàn tr l i. H tr kh n ăng nh n d ng các thi t b m c l i. Giao th c ñơn gi n trong vi c th c hi n và tích h p 2. ðu n i và cáp: Bus USB có hai ki u ñ u n i khác nhau: ki u A và ki u B Bus USB s d ng m t cáp b n s i ñ ñ u n i v i các thi t b ,trong ñó m t c p ñưng truy n hai s i xo n ñưc dùng làm các ñưng d n d li u vi phân, còn hai c p kia ñưc dùng làm ñưng d n 5V và ñưng n i ñ t chung GND Chân Tên g i Màu dây Mô t 1 Vcc ð +5VDC 2 D- Tr ng D li u- 3 D+ Xanh l c D li u+ 4 GND ðen NI ñ t Bng ñ u n i bus USB Các máy tính PC ñi m i nh t ñ u là ki u A.Còn các tr ưng h p khác thi t b thưng có c m ki u B. Vi c ñ u n i v i máy tính ñưc th c hi n b ng m t cáp ki u A-B Các cáp dùng ñ kéo dài kho ng cách t máy tính ñ n thi t b th ưng là ki u A-A Khi k t n i các thi t b v i bus USB ta th ưng ph i phân bi t rõ các thi t b s d ng ngu n nuôi riêng ,ch ng h n máy in ,v i các thi t b nh n ngu n nuôi qua bus 3. Truy n d li u n i ti p: ♦ Toàn b d li u ñưc trao ñ i ñ u có m t khung dúng b ng 1 ms .Trong ph m vi m t khung ,nhi u gói d li u k ti p dành cho nhi u các thi t b khác nhau có th ñưc x lý,trong ñó có nh ng gói c n g i v i t c ñ th p và nh ng gói c n g i v i t c d cao cùng t n t i trong m t xung. Các gói d li u USB 1ms Hình 1: Các gói d li u trong nh ng khung truy n 1 ms 667ns 83,3ns Hình 2: Các tín hi u t c ñ th p và t c ñ cao Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 98
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi ♦ Khi c n ghép n i nhi u thi t b USB ,ta c n có m t h p phân ph i hay th ưng g i là hub.Hub c ũng cho phép tránh x y ra tình tr ng tín hi u t c ñ cao ñưc chuy n giao ti thi t b có t c ñ th p ♦ Do không có tín hi u gi nh p ñưc truy n tách riêng ra nên xung gi nh p c n ph i ñưc t o ra t chính tín hi u mang thông tin v d li u.Nên k thu t “không tr v mc 0” (g i t t là NRZI) ñã ñưc s d ng.Khi ñó, D li u ng v i gía tr 0 d n ñ n s thay ñ i c a m c ñin áp . Còn ng v i giá tr 1 l i gi nguyên m c ñin áp Tín hi u s thông th ưng 0 0 0 0 1 1 0 Tín hi u NRZI Hình 3: Tín hi u NRZI ♦ Mã hóa và gi i mã tín hi u là công vi c c a riêng ph n c ng .B nh n c n ph i ph c hi và lo i ra tín hi u gi nh p,nh n và gi i mã d li u D+ NRZI/ NI ti p Song D- song song song/ nI B nh n USB B truy n USB Hình 4: B truy n và b nh n USB ♦ ð th c hi n quá trình ñng b trong khi truy n ,ng ưi ta s d ng m t ph ươ ng pháp rt là ñc ñáo : Khi dòng d li u ch a 6 s 1 k ti p nhau thí m t s 0 ñưc b truy n t ñ ng thêm vào ñ b t bu c x y ra s thay ñ i m c ,b nh n s t ñ ng lo i b s 0 này ra kh i dòng d li u. Cũng nh m m c ñích ñ ng b , m i gói d li u ñ u có d u hi u ñ c bi t , ñó là byte ñng b (Sync-byte) ♦ Trên th c t b truy n và b nh n luôn ñưc thi t k trên cùng m t vi m ch: Mi thi t b USB có ch a m t kh i SIE ñ m nh n nhi m v này ð th c hi n vi c trao ñ i d li u gi a SIE và các ph n còn l i c a thi t b còn c n ñn m t b nh ñ m FIFO .T t c các công vi c khác do SIE th c hi n Thông th ưng ,m t thi t USB có nhi u b nh FIFO , ñóng vai trò trung gian trong các cu c truy n d li u. ♦ Ph n m m USB t o ra các ñưng ng d n t i các ñim cu i riêng l .M i ñưng ng là m t kênh logic d n t i m t ñim cu i trong m t thi t b .M t thi t b có th s Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 99
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi dng nhi u ñưng ng d ng th i ,vì th t c ñ truy n d li u t ng c ng ñưc nâng lên. II. Các HUB ð ñ u n i nhi u thi t b ngo i vi USB ta c n 1 hub ho c nhi u hub. Hub là h p phân ph i bus có nhi u c ng. Mt hus ngoài có m t c ng h ưng v máy ch và 4 c ng ra thi t b ghép n i ,ngay trong máy tính PC c ũng có m t hub .M t lo i hub trong ñ t o ra 2 c ng USB ki u A phía sau may vi tính.Hub này g i là hub g c và hub này ñt ngay trên m ch chính.( hình 5) Cng USB Trên PC 1 4 Hub USB 2 3 Hình 5: Cách ñu n i hình sao m t hub USB c ng ra thi t b ghép n ic a m t hub có th ñ u thêm m t hub khác .Nh ư v y hình thành m t c u trúc phân t ng.( hình 6) Máy chu (tang goc) Tang 1 Nút Nút Tang 2 Nút Nút Tang 3 Tang 4 Nút Nút Nút Hình 6: Cu trúc phân t ng c a các hub khi ñ u n i vào bus USB Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 100
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Mi hub và m i dây cáp ñ u gây ra s làm tr tín hi u, nh ưng th i gian ttr không vưt quá th i giá tr c c ñ i ñưc qui ñ nh. Bub USB cho phép t ng c ng ñ n 7 hub ñ u ni k ti p nhau, nh ư v y có nhi u nh t là 127 thi t b có th ñu n i vào m t bus USB. Mt nhi m v c a hub nh n bi t các thi t b m i ñưc ñ u n i vào và còn phân bi t ñó là thi t b t c ñ cao hay thi t b t c ñ th p. Ngoài ra hub có th xóa ñi 1 thi t b ñã ñu n i vào bus nh ưng sau ñó li ñưc tháo r i kh i h th ng. ð th c hi n các nhi m v này có nh ng tr ng thái bus ñưc t o ra theo cách ñ c bi t. Mt c ng USB không ñưc s d ng s không ñưc kích ho t ngh ĩa là hub không gi khung d li u t i.C hai ñưng d n d li u ñ u m c low và có m t ñin tr 15k. Mi thi t b ngo i vi USB ñu có m t ñin tr 1,5k n i m t trong hai ñưng d n tín hi u vi ngu n +3,3V. Thi t b t c ñ cao ñin tr này n i v i ngu n +3,3Vv i ñưng d n D+, thi t b t c ñ th p thì nói v i ñưng d n D-. Hub c ũng có th nh n bi t ki u thi t b và có th xây d ng m i k t n i d li u v i t c ñ truy n thích h p .(hình 7, 8) Hình 7: Nh n d ng m t thi t b t c ñ cao Hình 8: Nh n d ng m t thi t b t c ñ th p Khi l n ñ u tiên ñt l i ch ñ cho bus, c hai ñưng d n d li u ñưc n i mass trong kho ng th i gian 10ms. Kh i SIE c a thi t b ngoai vi nh n bi t tr ng thái này và xóa ñi m t tín hi u reset c a b vi ñiu khi n ñưc ñ u n i vào. Sau ñy b ñiu khi n bt ñ u v i vi c th c hi n ch ươ ng trình b ñiu khin c a nó và s n sàng trình di n h th ng. Hub c ũng cung c p ñin áp ngu n nuôi cho thi t b . Khi kh i ñ ng m i thi t b USB ñưc phép tiêu th dòng ñin ñ n 100 mA. Nu nh ư c n m t dòng l n h ơn thì nhu cu này c n ph i ñưc khai báo .Dòng ñin tiêu th t ng c ng có th ñ t t i 500mA. Mt Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 101
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi hub ngoài ch có th cung c p 100 mA cho mõi c ng ra thi t b ghép n i b i vì nó ñưc phép ti p nh n tng c ng không quá 500 mA và yêu c u riêng cho chính b n thân hub. III. Ph n c ng và ph n m m máy ch USB. Máy ch USB t ươ ng tác v i các thi t b USB thông qua b ñiu khi n máy ch . Máy ch ch u trách nhi m v nh ng công vi c sau: • Phát hi n vi c k t n i ho c l ai b c a các thi t b USB. • Qu n lý vi c ñiu khi n dòng d li u gi a máy ch và các thi t b USB. • Qu n lý dòng d li u gi a máy ch và các thi t b USB. • Th ng kê tr ng thái tính ho t ñ ng c a h th ng. • Cung c p dòng ñin ñã ñưc ñ t ñ h n ch công su t cho các thi t b USB ñưc kt n i . Ph n m m h th ng USB trên máy ch qu n lý s t ươ ng tác gi a các thi t b USB và ph n m m thi t b d a trên máy ch . Có 5 vùng t ươ ng tác gi a ph n m m h th ng USB và ph n m m thi t b ,c th là: • ðim danh ñnh c u hình thi t b . • Truy n d li u trong ch ñ ñ ng th i. • Truy n d li u trong ch ñ không ñ ng b . • Qu n lý n ăng l ưng. • Qu n lý thông tin v thi t b và bus. Bt c lúc nào có th ph n m m USB s d ng các giao di n h th ng máy ch hi n h u ñ qu n lý các m i quan h t ươ ng tác trên. Các thanh ghi b ñiu khi n máy ch USB Thanh ghi nh n d ng nhà cung c p VID ( vendor Identìication register) ða ch offset: 00-01h Giá tr m c ñ nh : 8086h Thu c tính: ch ñ c Thanh ghi VID ch a s nh n d ng nhà cung c p .Thanh ghi này ,cùng v i thanh ghi nh n d ng thi t b xác ñ ng duy nh t b t k ỳ thi t b PCI nào .Vi c ghi vào thanh ghi này không có tác d ng .Cách vi t các bit 15:0 dùng cho s nh n d ng nhà cung c p .ðây là m t giá tr 16 bit ñưc Intel gán. IV. K t n i h th ng USB. K t n i các thi t b USB T t c các thi t b USB ñ u n i vào USB qua c ng ñ t trên m t lo i thi t b USB chuyên d ng, có tên là hub. Các hub ch cho th y tình tr ng k t n i ho c lo i b c a m t thi t b USB theo t ng tr ng thái c ng c a nó. Các máy ch h i (queries) hub ñ xác ñ nh nguyên nhân c a thông báo. Hub tr l i (ñáp ng) b ng cách nh n d ng c ng ñã s d ng ñ k t n i thi t b USB. Máy ch cho phép c ng và ñnh ñ a ch thi t b USB v i m t ñưng ng ñiu khi n b ng cách s d ng ña ch m c ñ nh USB (khi ñưc n i vào l n ñ u ho c khi chúng kh i ñ ng l i). Máy ch xác ñ nh xem li u thi t b USB m i ñưc k t n i là m t hub hay là m t thi t b ch c n ăng và gán cho thi t b USB m t ñ a ch USB duy nh t Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 102
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi N u thi t b USB ñã k t n i là m t hub và các thi t b USB ñã ñưc k t n i v i cng c a hub thì th t c trên ti p di n v i t ng thi t b USB ñã ñưc k t n i. Nu thi t b USB ñã k t n i là m t thi t b ch c n ăng, thì các thông báo v vi c k t n i s ñưc ph n m m USB g i t i ph n m m máy ch ñưc quan tâm ñ n Lo i b các thi t b USB Khi m t thi t b USB ñã ñưc lo i b kh i m t trong s các c ng thì hub t ñ ng vô hi u hoá c ng và cung c p m t thông tin ch báo v vi c lo i b thi t b ra kh i máy ch . Sau ñó máy ch lo i b các s li u dã bi t v thi t b USB, n u thi t b USB b lo i b là là m t hub thì qúa trình lo i b ph i ñưc th c hi n v i t t c các thi t b USB mà tr ưc ñó ñưc n i vào hub. Nu thi t b USB ñã lo i b là m t thi t b ch c n ăng thì các thông báo lo i b ñưc g i t i ph n m m máy ch ñưc quan tâm ñ n. K t n i h th ng USB Hình 3-55 cho th y m t ví d v k t n i c ng USB vào trong h th ng. L i vào CLK48 có ñt ñ ng h tinh th 48 MHz(sai s 2500 ppm) ñưc t o ra nh b c ng h ưng th ch anh và ñưc s d ng ñ t o t c ñ d li u b ng 12MHz và m t kho ng khung kh i to b ng 1,0ms (500ppm). Thi t b t ăng t c PVIIDE/ISA (c u PCI) có m t thi t k thích h p v i t c ñ b ng 1,5Mbps ho c 12 Mbps. Ngu n nuôi dùng cho thi t b ñưc l y t ngu n ñin áp -5v trên bn m ch chính (Vcc). Nh ư v y cn có nh ng bi n pháp nào ñó ñ ch ng ng n m ch, ch ng h n b ng m t c u chì 2A. H th ng giám sát c a cá ñưng d n ñin áp ngu n nuôi cho USB v i các ñưng OC#1 và OC#0 ( phía d ưi c a hình 3-54). Khi thi t b c u PCI phát hi n ra m t l i trên ñưng d n ñin áp nuôi thì nó s vô hi u hoá c ng USB t ươ ng ng. Trên các ñưng d li u, có m t ñin tr n i ti p b ng 27(ôm), dùng ñ gi i h n dòng ñin khi x y ra ng n m ch v i ñ t(GND). Nh ư v y dòng s b gi i hn m c nh h ơn 185mA. Các cu n c m m c n i ti p m c n i ti p c ũng ñưc tính ñ n trên ñưng d n ñin áp ngu n nuôi, ñ tín hi u nhi u trên các thi t b bên ngoài không gây nh h ưng t i ngu n nuôi b n m ch chính. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 103
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi PHIÊN B N USB 2.0 Các k thu t chính c a bus USB 2.0 là: • Tc ñ th p (1,5Mbps): các thi t b t ươ ng tác(interactive),thông th ưng là 10- 100Kbps. • Tc ñ cao(full-speed,12Mbps)các ng d ng v i ñin tho i âm thanh. • Tc ñ r t cao (480 Mbps)các ng d ng video và b nh thông th ưng là 25- 400Mbps. C ng USB 2.0 s ñ y nhanh quá trình h ưng t i m t máy tính PC trong t ươ ng lai vi các ñ c tính legacy-free. V. Các ki u truy n USB. Các thi t b USB có th trao ñ i d li u v i máy tính PC theo 4 ki u hoàn toàn khác nhau: + Truy n ñiu khi n: ð ñiu khi n ph n c ng các yêu c u ñiu khi n (control request) ñưc truy n hay g i là truy n ñiu khi n (control transfers). Chúng làm vi c v i mc ưu tiên cao và có kh n ăng ki m soát l i t ñ ng. T c ñ truy n l n vì có ñn 64 byte trong m t yêu c u(request) có th ñưc truy n. +Truy n ng t: các thi t b cung c p m t l ưng d li u nh , tu n hoàn, ch ng h n nh ư bàn phím, chu t, ñ u s d ng ki u truy n ng t (interrupt transfers). Khác v i s ph ng ñoán t tên g i, ñây không có m t ng t nào ñưc thi t b xoá. Cách t t nh t là h th ng s h i theo chu k ỳ, ch ng h n 10ms m t l n, xem có các d li u m i g i ñ n. Thông th ưng có ñ n 8 byte có th ñưc truy n. + Truy n theo kh i: Khi có dung l ưng d li u l n c n truy n và c n ki m soát li truy n nh ưng l i không có yêu c u thúc ép v th i gian truy n thì d li u th ưng ñưc truy n theo kh i (bulk transfers). Các ng d ng c a ph ươ ng pháp này nh ư: máy in và máy quét hình (scanner). T c ñ truy n d li u ph thu c vào m c ñ ñ u t i trên bus USB. + Truy n ñ ng th i: Khi có l ưng l n d li u v i t c ñ d li u ñã ñưc quy ñnh, ch ng h n nh ư dùng cho card âm thanh, thì th ưng áp d ng ki u truy n ñ ng th i (isochronous transfers). Theo cách truy n này m t giá tr t c ñ d li u xác ñ nh ñưc duy trì. Vi c hi u ch nh l i không ñưc th c hi n vì nh ng l i truy n l t c ũng không gây nh h ưng ñáng k ñ n ch t l ưng truy n. Vi các ng d ng trong l ĩnh v c ño l ưng và ñiu khi n , ki u truy n th nh t (truy n ñiu khi n) th ưng ñưc s d ng vì v a có ñ an toàn d li u cao v a có t c ñ truy n l n .Ngoài ra còn d dàng th c hi n ñưc giao th c truy n riêng ñ trong m t s tr ưng h p ng d ng có th ti p t c x lý. . VI. G i ph n m m ñiu khi n. Ch c n ăng ca m t ph n m m ñiu khi n: Là mt xí ch liên k t gia ph n c ng và ph n m m h th ng.Trong môi tr ư ng Windows 98 v tr ư c, không có mt ch ươ ng trì nh ng d ng nà o có th truy c p tr c ti p lên ph n c ng, cá ch t t nh t làg i ra m t ph n m m ñiu khi n thi t bñó, ph n m m Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 104
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi nà y trao ñi tr c ti p v i ph n c ng ho c qua l p ñ m n m sâu h ơn. Ph n m m ñiu khi n nà y ñư c ch t o và cung c p b i cá c nhàs n xu t thi t bñó. Ho t ñng : Tt ccá c ph n m m ñiu khi n USB ñ u d a trên Win32_Driver_Model. Tt c cá c l i g i ph n m m ñiu khi n ñ u thông qua ph n m m qu n lývà o ra (I/O manager). Cá c ch ươ ng trì nh ng ư i dù ng khá c nhau g i gó i yêu c u g n nh ư ñng th i t i ph n m m qu n lývà o/ra, ph n m m nà y sau ñy s phân ph i cá c gó i nà y t i cá c ph n m m ñiu khi n c th . Tt ccá c yêu c u ñ u ñư c g i ñi d ư i d ng cá c gó i, và chuy n ti p gi a cá c l p ñ m riêng l . ð bi t rõ vcá ch th c truy nh p lên cá c thi t b , ta xem xé t ñ n 5hà m c a Windows sau: CreateFile( ) M mt t p ho c m t thi t b CloseHandle( ) ðóng m t t p ho c m t thi t b ReadFile( ) ðc ho c nh n d li u WriteFile( ) Ghi ho c truy n d liu DeviceloControl( ) Th c hi n cá c ch c n ăng c th c a ph n m m ñiu khi n Vídxé t ño n ch ươ ng trì nh sau ( Gi 1 byte qua COM2 b ng Delphi): Handle:=CreateFile.(Pchar(‘COM2’),GENERIC_WRITE,0,NIL,OPEN)_EX ISTING,0,0); Byt:=85; WriteFile(Handle,Byt1,1,Count,NIL); CloseHandle(Handle); Gi i thí ch l nh: Tr ư c h t , Cng COM2 ñư c m bng hà m CreateFile( ) ñ sau ñy g i m t Byte b ng hà m WriteFile( ). Cu i cù ng Hà m CloseFile( ) ñóng kênh thông tin l i. Tên c a ph n m m ñiu khi n ñây là COM2 mang ýnghĩ a th hi n m i liên quan tr c ti p vi giao di n ph n c ng “ COM2 ”. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 105
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi PH N II: ðNG C Ơ B ƯC. I. ðc ñim chung v ñ ng c ơ b ưc ðng c ơ b ưc th c ch t là ñng c ơ ñng b ho t ñ ng d ưi tác d ng c a các xung r i r c và k ti p nhau. Khi m t xung dòng ñin ho c ñin áp ñ t vào cu n dây ph n ng c a ñ ng c ơ b ưc, thì roto (ph n c m) c a ñ ng c ơ s quay ñi m t góc nh t ñnh, và ñưc g i là b ưc c a ñ ng c ơ, khi các xung dòng ñin ñ t vào cu n dây ph n ng liên t c thì roto s quay liên t c. V trí c a tr c ñ ng c ơ b ưc ñưc xác b ng s l ưng xung, và v n t c c a ñ ng c ơ t l v i t n s xung, và ñưc xác ñ nh b ng s b ưc/giây (second). Tính n ăng làm vi c ca ñ ng c ơ b ưc ñưc ñ t tr ưng b i b ưc ñưc th c hi n, ñ t tính góc (quan h c a mômen ñin t theo g c gi a tr c c a Roto và tr c c a t tr ưng t ng), t n s xung gi i hn sao cho các quá trình quá ñ, khi hoàn thành m t b ưc có th t t ñi tr ưc khi b t ñ u bưc ti p theo. Tính n ăng m máy c a ñ ng c ơ, ñưc ñ t tr ưng b i t n s xung c c ñ i có th m máy mà không làm cho Roto m t ñ ng b (b b ưc). Tu ỳ theo k t c u c a tng lo i ñ ng c ơ, mà t n s ñ ng c ơ có th ti p nh n ñưc t 10 ñn 10.000 Khz. Bưc c a ñ ng c ơ (giá tr c a góc gi a hai v trí n ñ nh k nhau c a Roto) càng nh thì ñ chính xác trong ñiu khi n càng cao. B ưc c a ñ ng c ơ ph thu c vào s cu n dây ph n ng, s c c c a Stato, s r ăng c a Roto và ph ươ ng pháp ñiu khi n b ưc ñ ho c ñiu khi n n a b ưc. Tùy theo yêu c u v ñ chính xác và k t c u c a ñ ng c ơ, mà bưc c a ñ ng c ơ thay ñi trong gi i h n t 1800 - 0,180. Trong ñó: ñng c ơ b ưc nam châm v ĩnh c u d ng c c móng và có t tr thay ñ i t 60 - 450, ñng c ơ b ưc có t tr thay ñi có góc b ưc n m trong gi i h n t : 1,80- 300, và ñng c ơ b ưc h n h p có góc bưc thay ñ i trong kho ng 0,360 - 150. Các giá tr góc c a các lo i ñ ng c ơ k trên ñưc tính trong ch ñ ñiu khi n b ưc ñ . Chi u quay c a ñng c ơ b ưc không ph thu c vào chi u dòng ñin ch y trong các cu n dây ph n ng, mà ph thu c vào th t cu n dây ph n ng ñưc c p xung ñiu khi n. Nhi m v này do b chuy n phát th c hi n. S cu n dây ph n ng (hay cò g i là cu n dây pha) c a ñng c ơ b ưc ñưc ch to t 2 - 5 cu n dây pha (hay còn g i là b i dây) và ñưc ñ t ñ i di n nhau trong các rãnh Stato. ð i v i cu n dây ph i có hai cu n dây thì ch dùng cho ñiu khi n l ưng cc (cu n dây có c c tính thay ñ i), v i 4 cu n dây có th dùng cho c hai ch ñ ñiu khi n l ưng c c và ñiu khi n ñơn c c ðng c ơ b ưc là m t thi t b ñưc s d ng r ng rãi dùng ñ chuy n các xung ñin thành chuy n ñ ng c ơ h c. m t s ng d ng, ch ng h n nh ư b ñiu khi n ñĩ a, máy in kim ma tr n và robot, thì ñng c ơ b ưc ñươ c dùng ñ ñiu khi n chuy n ñ ng. II. Nguyên lý ho t ñ ng c a ñ ng c ơ b ưc. 1. ðng c ơ nam châm v ĩnh c u. Nguyên lý làm vi c c a ñ ng c ơ này là d a vào tác ñng c a m t tr ưng ñin t trên m t mômen ñin t , t c là tác ñng gi a m t tr ưng ñin t và m t ho c nhi u nam châm v ĩnh c u. Roto c a ñ ng c ơ t o thành m t ho c nhi u c p t và mômen ñin t c a nam châm ñưc ñt th ng hàng trên t tr ưng quay do các cu n dây t o nên. ðng c ơ có hai cu n dây l p hai c c c a Stato, và m t nam châm v ĩnh c u Roto. Khi kích thích m t cu n dây c a Stato ( ñ ng th i ng t ñin cu n kia) s t o nên hai cc B c (North) và Nam (South) c a nam châm. Roto s th ng ñ ng v i h ưng t tr ưng. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 106
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Nu ta cho dòng ñin vào cu n dây W1 thì v trí 1 và 3 c a Stato t ươ ng ng s là cc Nam và c c B c. Gi s tr c c a nam châm v ĩnh c u c a Roto ñang l ch v i tr c 1-3 m t góc ( d ưi tác d ng c a l c hút do các c c trái d u c a nam châm s sinh ra m t l c quay Roto v v trí 1, v trí này g i là v trí cân b ng. Sau ñó cho dòng ñin I2 vào cu n dây W2 (lúc này dòng ñin cu n W1 b ng t), thanh nam châm s quay nhanh ñ n v trí 2 m t góc 900 nu vi c c p ñin liên t c và tu n t vào cu n dây W1, W2, W1, W2, . Và ño chi u dòng ñin sau m i b ưc, thanh nam châm s quay thành nh ng vòng tròn, t m t ph n t ư vòng tròn ñn m t ph n t ư vòng tròn khác. Các cu n dây c a Stato g i là các pha. ðng c ơ b ưc có th có nhi u pha: 2, 3, 4, 5 pha, nó ñưc c p ñin cu n này sang cu n khác v i vi c ño chi u dòng ñin sau m i bưc quay. Chi u các ñ ng c ơ ph thu c vào th t cung c p ñin cho các cu n dây và hưng c a t tr ưng. 2. ðng c ơ b ưc t tr thay ñ i. Nguyên lý làm vi c c a ñ ng c ơ b ưc t tr thay ñ i d a trên c ơ s ñ nh lu t c m ng ñin t , t c là d a trên s tác ñ ng gi a m t tr ưng ñin t và m t Roto có t tr thay ñi theo góc quay. C u trúc tiêu bi u c a ñ ng c ơ có b ưc t thay ñ i. Hì -6 t öø b g h ô Roto ñng c ơ ñin ñưc ch t o b ng v t li u d n t , trên b m t Roto th ưng có nhi u r ăng. M i r ăng c a Roto ho c c a Stato g i là m t c c. Trên hai c c ñ i di n ñưc mc n i ti p hai cu n dây (ví d nh ư cu n dây AA') t o thành m t ph n c a ñ ng c ơ. Nh ư v y ñ ng c ơ nh ư hình v có ba pha A, B, C, t tr thay ñ i theo góc quay c a r ăng. Khi các r ăng c a Roto ñ ng th ng hàng v i các c c c a Stato, t tr ñó s nh nh t. Nu ta cho dòng ñin ch y vào cu n dây BB' nó s t o nên t tr ưng kéo c c g n nó nh t ca roto và làm Roto quay m t góc 300 theo chi u ng ưc chi u kim ñ ng h . N u dòng ñin ñưc ñưa vào cu n dây CC', Roto l i ti p t c quay m t góc 300 n a Các cu n dây AA', BB', CC' g i là các pha. Hưng quay c a ñ ng c ơ không ph thu c vào chi u c a dòng ñin mà ph thu c vào th t c p ñin cho cu n dây. Nhi m v này do các m ch logic trong b chuy n phát th c hi n. V i cách thay ñ i th t ho c thay ñ i cách kích thích các cu n dây ta c ũng làm thay ñi các v trí góc quay. ðng c ơ b ưc có t tr thay ñ i có chuy n ñ ng êm, s b ưc l n và t n s làm vi c c ũng khá l n (t 2 ñ n 5 Khz). Mt s công th c tính cho ñ ng c ơ b ưc t tr thay ñ i Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 107
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Nr : S r ăng c a roto. Ns : S r ăng c a stato. Np : S pha. Pr : Góc ñ r ăng roto. φs : Góc b ưc. Rs : Giá tr b ưc. X = Ns/Np : S r ăng stato cho m t pha. Góc ñ r ăng gia hai r ăng k nhau ñưc xác ñ nh nh ư sau 369 0 360 0 Pr = ; Ps = Nr Pr Góc b ưc ñưc xác ñ nh b i bi u th c: 360 0 φs = ( ñ/b ưc) Nr .Np Giá tr b ưc 360 Rs = φs Nu t n s xung là f thì t c ñ Roto là: 69 f 60 f φs ψ = = = (vòng/phút) Rs Np .Nr 6 S r ăng Roto cho m t pha: Nr X = Np +1 3. ðng c ơ h n h p. ðng c ơ h n h p là s k t h p nguyên t t làm vi c c a ñ ng c ơ có b ưc nam châm v ĩnh c u và ñng c ơ b ưc có t tr thay ñ i nh m có ñưc ñ t tính t t nh t c a hai lo i k trên là momen l n và s b ưc l n. 1 2 Sơ ñ ñ ng c ơ b ưc h n h p. ðng c ơ g m hai n a Roto (1) và (2). N a(1) có nhi u r ăng trên Roto, n a (2) là nam châm v ĩnh c u. Do ñó có s k t h p gia hai ph n nên t o ra s kích thích roto mnh h ơn. ðng c ơ lo i này có s b ưc ñ t ñ n 400 b ưc, nh ưng giá thành ñt. III. Các ph ươ ng pháp ñiu khi n ñ ng c ơ b ưc. Mi ñ ng c ơ b ưc ñ u có ph n quay roto là nam châm v ĩnh c u, ñưc bao xung quanh là ph n t ĩnh, g i là stato. ðng c ơ b ưc có 4 cu n dây stato ñưc s p x p theo c p qua tâm ñi x ng. ð ng c ơ b ưc d ng này g i là ñng c ơ b ưc 4 pha. ðim gi a cho Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 108
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi phép thay ñi chi u dòng ñin c a m t trong hai lõi khi m t cu n dây ñưc n i ñ t, do ñó ñi c c c a stato. L ưu ý r ng, tr c c a ñ ng c ơ thông th ưng thì quay t do, còn tr c ñng c ơ b ưc thì quay theo t ng b ưc c ñ nh, l p l i và ñm t ng v trí c th . ð ng c ơ quay nh ư v y là t c ơ s lý thuy t t tr ưng: các c c cùng d u ñ y nhau và các c c ng ưc d u hút nhau. Chi u quay ñưc xác ñ nh b i t tr ưng c a stato, mà t tr ưng này thì do dòng ñin ch y qua lõi cu n dây gây nên. Khi h ưng c a dòng thay ñi thì c c c a t tr ưng c ũng thay ñ i theo, gây ra chuy n ñ ng ng ưc l i c a ñ ng c ơ ( ño chi u). ðng c ơ b ưc ñây có 6 ñ u dây: 4 ñ u c a cu n dây stato và 2 ñu dây chung ñim gi a c a các c p dây. Khi chu i xung ngu n ñưc c p ñ n t ng cu n dây stato thì ñng cơ s quay. M i chu i xung có th có c p ñ chính xác khác nhau. B ng sau gi i thi u chu i 4 b ưc thông th ưng. Bng 1 Chi u kim Bưc Cu n dây Cu n dây Cu n dây Cu n dây Chi u quay ñng h A B C D b ñ m 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 3 0 1 1 0 4 0 0 1 1 A B COM C D COM Hình1 : B trí cu n dây Stato. L ưu ý chúng ta có th b t ñ u v i chu i xung nào ñó trong b ng 1, song khi ñã b t ñu b ng chu i xung nào thì c n ph i ti p t c theo ñúng th t c a chu i xung ñó. Ví d , nu b t ñ u b ng b ưc th 3 là chu i (0110) thì c n ti p t c v i chu i c a b ưc 4 r i sau ñó l p l i 1,2,3 v.v. Mt s thông s và khái ni m. Góc b ưc ( step Angle):Câu h i ñ t ra là m i b ưc có ñ d ch chuy n là bao nhiêu? ðiu này ph thu c vào c u trúc bên trong c a ñ ng c ơ, ñc bi t là s r ăng c a stato và roto. Góc b ưc là ñ quay nh nh t c a m t b ưc. Các ñ ng c ơ khác nhau có góc b ưc khác nhau. B ng 2 gi i thi u góc b ưc c a m t s ch ng lo i ñ ng c ơ, trong ñó có dùng thu t ng s b ưc trong m t vòng. ðây là t ng s b ưc c n ñ quay h t m t vòng 360 0 B ng 2: Góc b ưc c a ñ ng c ơ. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 109
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Góc b ưc S b ưc/vòng 0.72 500 1.8 200 2.0 180 2.5 144 5.0 72 7.5 48 15 24 Dưng nh ư trái v i n t ưng ban ñ u, ñ ng c ơ b ưc không c n nhi u ñ u dây cu n stato ñ có góc b ưc nh h ơn. T t c ñ ng c ơ b ưc nói ph n này ch dùng 4 ñu cu n dây stato và 2 ñu dây chung nút gi a. M c dù nhi u hang s n xu t ch dùng m t ñu dây chung, song v n ph i có 4 ñu dây stato. Quan h s b ưc/giây và s vòng quay/phút RPM. Quan h gi a s vòng quay/phút RPM v i s b ưc c a m t vòng quay và s bưc/giây là quan h tr c quan và ñưc bi u di n nh ư sau: S b ưc trong giây = RPM x s b ưc trong vòng quay/60 Chu i xung b n b ưc và s r ăng trên roto. Chu i xung chuy n m ch trình bày b ng 1 ñưc g i là chu i chuy n m ch 4 b ưc, bi vì sau 4 b ưc thì hai cu n dây gi ng nhau s ñưc b t lên ON. V y sau 4 b ưc này ñng c ơ quay ñưc bao nhiêu? Sau khi th c hi n xong 4 bưc thì roto ch quay, ñưc m t bưc r ăng. Do v y, ñ ng c ơ 200 b ưc/vòng thì roto có 50 r ăng vì 50*4=200 b ưc c n ñ quay h t m t vòng. Nh ư v y, có th k t lu n là góc b ưc t i thi u luôn là hàm s c a răng trên roto. Nói cách khác r ăng càng nh thì roto quay ñưc càng nhi u r ăng. Ngoài chu i xung 4 b ưc còn có chu i xung 8 b ưc, chu i này còn ñưc g i là (half-stepping), vì chu i 8 b ưc thì m i b ưc là m t n a c a góc bình th ưng. Bng 3: Chu i xung 8 b ưc. Chi u kim Bưc Cu n dây Cu n dây Cu n dây Cu n dây Chi u quay ñng h A B C D b ñ m 1 1 0 0 1 2 1 0 0 0 3 1 1 0 0 4 0 1 0 0 5 0 1 1 0 6 0 0 1 0 7 0 0 1 1 8 0 0 0 1 Tc ñ ñ ng c ơ. Tc ñ ñ ng c ơ ñưc ño b ng s b ưc trong m t giây là m t hàm c a t c ñ chuy n mch.B ng vi c thay ñ i th i gian ta có th ñ t ñưc các t c ñ quay khác nhau. Moment gi . Moment gi ñưc ñ nh ngh ĩa là l ưng moment ngoài c n thi t ñ làm quay tr c ñ ng cơ t v trí gi c a nó v i ñiu ki n tr c ñ ng c ơ ñang ñng yên hay ñang quay v i t c ñ RPM = 0. ði l ưng này ñưc ño b ng t l di n áp và dòng c p ñ n ñ ng c ơ. ðơ n v c a moment gi là kilogram – centimet. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 110
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Chu i 4 b ưc ñiu khi n d ng sóng. Ngoài chu i 4 b ưc và 8 b ưc nói trên, còn có m t chu i khác ñưc g i là chu i 4 bưc d ng sóng. Chu i này ñưc gi i thi u b ng 4. Chu i 8 b ưc trình bày b ng 3 là s k t h p ñơn giãn c a các chu i 4 b ưc th ưng và chu i 4 b ưc ñiu khi n d ng sóng cho b ng 1 và b ng 4. Bng 4: Chu i xung 4 b ưc. Chi u kim Bưc Cu n dây Cu n dây Cu n dây Cu n dây Chi u quay ñng h A B C D b ñ m 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 PH N III: C U TRÚC CH C N ĂNG C A CÁC CON VI M CH. I. Chip UCN5804B. ðây là chip trung tâm ñiu khi n ñ ng c ơ b ưc, và ñiu khi n ñ ng có b ưc theo ph ưc pháp 4 b ưc thông d ng( hay g i là ph ươ ng pháp b ưc ñ ). Sơ ñ chân c a chip UCN5804B Chân 9,10,14,15 c a chip dùng ñ ñiu khi n ngõ ra theo m t chu k ỳ, b ưc ñ , haff-step và ñiu khi n ho t ñ ng ngõ ra. Chip này ho t ñ ng hay không ph thu c vào tín hi u xung ngõ vào trên chân 11 ñ thúc ñ y ñ ng c ơ làm vi c. Tín hi u này có th ñưc c p ngu n bên ngoài hay t công tc tác ñ ng b ng tay. ðc ñim c a chip ñiu khi n này là: Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 111
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi - Dòng ñin l n nh t ngõ ra là 1.5A. - ðin áp ch u ñ ng ngõ ra là 35V. - Tiêu chu n ho t ñ ng b ưc ñ , n a b ưc và b ưc ñiu khi n d ng sóng. - S d ng các Diod ñ b o v bên trong chip. - Kh n ăng ñiu khi n ngõ ra OE và ñiu khi n tr c ti p. - Reset l i n ăng l ưng. - Có m ch t n nhi t tích h p bên trong. B ng ñ ñiu khi n ki u ho t ñ ng. Các ki u ho t ñ ng c a chip . Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 112
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi II. Chip FTDI- FT245AM. 1.T ng quan v chip FTDI-FT245AM. ðây là chip ñ chuy n d li u t ki u n i ti p c a c ng USB sang truy n song song ñ ñiu khi n ñ ng c ơ b ưc thông qua chip 5804BM. V i các d c tính sau: - 3.3V LDO ñin áp ñiu ch nh: là máy ñiu ch nh ñin áp LDO 3.3V trong quá trình USB truy n d li u t b nh ñ m ra ngõ ra. - USB truy n nh n: Kh i truy n nh n USB cung c p 1 giao di n v t lý c a USB 1.1 ñn cáp USB. T i ngõ ra cung c p m c ñin áp 3.3V ñ ñiu khi n tín hi u, trong khi mt máy thu khác và 2 tín hi u k t thúc t máy thu cung c p d li u t c ng USB, SEO và USB dò tìm ñiu ki n. - USB DPLL: Kh i này d dàng nh n ra các bit mã hóa NRZI d li u t USB cung c p ñ n, và t t o ra xung clock và d li u ñ n SIE block. - Dao ñng 6 Mhz: Dao ddoognj t o ra t dao ñng th ch anh ngoài chip hay t hi n t ưng c ng h ưng c a các ph n t . - SIE (Serial Interface Engine): ñm nh n nhi m v truy n nh n d li u. - USB Protocol Engine: qu n lý lu ng d li u t thi t b ñiu khi n USB. - Fifo Receive Buffer ( 128 byte): B ñm USB nh n d li u t i ña 128 byte, d li u ñưc ñ c và ghi t b nh FIFO thông qua chân n i ti p truy n thông d li u USB. - 384 byte b nh nh n d li u, 128 byte b nh truy n tín hi u m c cao - 2.S ơ ñ chân. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 113
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi Chân Tín hi u Lo i Ch c n ăng 7 USBDP I/O Tín hi u d li u USB ph thu c váo tr 1.5k ñ gi m ñin áp ngõ ra còn 3.3V 8 USBDM I/O Kt n i chân d li u âm c a USB 6 3.3VOUT OUT Chân t o ñin áp 3.3V t i ngõ ra 27 XTIN IN Ly tín hi u t dao ñ ng 6Mhz t dao ñ ng th nh anh 28 XTOUT OUT ðư a tín hi u 6Mhz ra chân dao ñ ng th ch anh 31 RCCLK I/O RC-Timer ñm b o xung clock trên mode Sleep và tác ñng m c Low trong su t qua trình ch n mode Reset hay Sleep 4 RESET IN Reset toàn b thi t b s d ng network RC ngoài 32 EECS I/O Tùy ch n EEPROM-chip ch n 1 EESK I/O Tùy ch n EEPROM-xung ñng h 2 EEDATA I/O Tùy ch n EEPROM-I/O d li u 5 TEST IN ðt thi t b vào mode Text- thi t b ph i ñưc n i ñt. 25 D0 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit0 24 D1 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit1 23 D2 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit2 22 D3 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit3 21 D4 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit4 20 D5 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit5 19 D6 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit6 18 D7 I/O Bus d li u truy n tr c ti p Bit7 Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 114
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi 16 RD# IN Byte d li u D0 .D7 ñưc tác ñ ng m c th p b i d li u truy n t FIFO 15 WR IN Ghi byte d li u trên D0 D7 vào FIFO truy n khi WR ñưc tác ñ ng cao →th p 14 TXE# OUT Khi tác ñng high, không d li u vào FIFO. Khi low d li u có th ñưc ghi vào FIFO. 12 RXF# OUT Khi m c cao, không ñ c d li u t FIFO. Khi mc th p có th ñưc ñ c b i RD# sau ñó chuy n t th p sang m c cao. 11 EEREQ# IN Yêu c u EEPROM k t n i ñ x lý qua bus d li u 10 EEGN# OUT m c th p, cho phép EEPROM n i ñ x lý qua bus d li u 3,13,26 VCC PWR Thi t b chuy n ñin áp t 4.4V – 5.25V 9,17 GND PWR 30 AV CC PWR Thi t b ngu n xung clock PH N IV: NGUYÊN LÝ HO T ð NG C A M CH. Ngu n ñưc c p b i m t ngu n DC bên ngoài hay ngu n DC P1. ðin áp có th dao ñng t 6 →30V, ph thu c vào t c ñ c a ñ ng c ơ b ưc. ð ng c ơ b ưc s d ng hu h t các dong trong m ch, vì v y nó ñưc c p ngu n thông qua tr R1,R2. ðây là tr gi i h n dòng ñn ñ ng c ơ và cho phép ñng c ơ ho t ñ ng v i ngu n ñin áp cung c p ln h ơn ñin áp gi i h n cho phép ñ ng c ơ làm vi c. ðin áp n ñ nh tr ng thái (không t i) c a m ch thu ñưc b ng cách ñiu ch nh ñin áp ngõ và d ưi 5V v i con chip ñiu ch nh ñin áp LM78L05. ðây là m t IC ñiu ch nh ñin áp, v i C7, C1, C5 cung c p thêm vào ñin áp l c. U1-UCN5804BM có ch c n ăng cung c p dòng 100mA, ñây là trung tâm b ñiu khi n ñ ng c ơ b ưc làm vi c theo t ng ph ươ ng pháp ñiu khi n. Nó g m 1 CMOS x p xp và l ưu gi m c logic ph n ñin áp l ưng c c ngõ ra ñ tr c ti p ñiu khi n ñ ng c ơ. UNC5804BM có th phát tín hi u ñiu khi n v i 3 mode khác nhau: FULL-STEP, HALF-STEP, FULL-STEP WAVE. D1-4 là m t t h p Diod ñ ng ăn c n nguy hi m ñ n chip UNC5804BM n u công tc ngõ ra m c th p khi ñ ng c ơ ñang ho t ñ ng v i t i l n. Mi LED1-4 sáng t ươ ng ng v i ngõ ra làm vi c m c th p và là v t có ích ñ nh n xét tr ng thái làm vi c c a ngõ ra. Tr R3 cung c p dòng ñin gi i h n ñ n LED. PIN 9,10,14 và 15 c a chip UCN5804BM ñ ñiu khi n ngõ ra theo các ph ươ ng pháp ñiu khi n tùy ch n. Công t c DIP1-4 cho phép ñiu khi n b ng tay m i h ưng làm vi c c a ñ ng c ơ b ưc theo b ng tr ng thái sau: Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 115
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi ñây ta dùng m ch ghép n i ñ di u khi n ñ ng c ơ b ưc ho t ñ ng b ng máy tính, UCN5804BM ph thu c vào chân 11 có ñưc tác ñ ng hay không ñ thúc ñ y ñng c ơ làm vi c. Tín hi u này ñưc c p t chip FT245-USB. Chip FT245_USB chuy n tín hi u l y ra t c ng USB sang d ng tín hi u truy n song song 8 bit d li u tác ñ ng ñ n chip UCN5804BM ñ ñiu khi n ñ ng c ơ b ưc làm vi c theo các mode ñ nh s n và t c ñ quy ñ nh. Ta ch c n truy n d li u vào các chân ñiu khi n c a chip UCN5804BM theo s ơ ñ k t n i ñ ñiu khi n ñ ng c ơ làm vi c theo 1 trong 3 ph ươ ng pháp trên. Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 116
Tài li u môn h c: Ghép n i và ñiu khi n thi t b ngo i vi ð tài 4: Thi t k m ch c ng n i ti p RS232 m ch này làm nhi m v ño ánh sáng và ñiu khi n ñèn. Ch ươ ng I: Gi i thi u chung v truy n thông n i ti p Hi n nay các tiêu chu n truy n thông c ũng theo hai h ưng phân bi t nhau da vào cách truy n : song song hay n i ti p. Cách truy n song song r t d b nhi u tác ñ ng nên không th truy n ñi xa ñưc, do ñó c ũng ít ñưc s d ng. Truy n n i ti p c ũng có 2 lo i : ñ ng b hay không ñ ng b . Trong cách truy n ñng b , dãy ký t ñưc truy n s kèm theo ký t ñ ng b là SYN (mã ASCII là 22). Ph ươ ng th c này cho t c ñ truy n khá cao nh ưng do m ch x lý truy n và nh n (bao g m m ch thêm ký t ñ ng b , phát hi n và báo sai ) khá ph c t p nên ch dùng trong các ng d ng có yêu c u cao v t c ñ truy n. Còn trong các ng d ng thông th ưng, nh t là các ng d ng trong l ĩnh v c ñiu khi n t ñ ng, thì không có yêu c u v t c ñ mà yêu c u v ñ tin c y nh ưng m ch th c hi n ñơ n gi n, r ti n. Khi ñó, cách truy n không ñ ng b r t phù h p. Theo cách truy n này thì các ký t ñưc truy n riêng r , phân làm t ng frame có bit b t ñ u, các bit d li u c a ký t c n truy n, bit ch n l ( ñ ki m tra l i ñưng truy n), và các bit k t thúc.Trong khuôn kh Lu n V ăn này ,ta ch s d ng chun truy n thông RS-232C (RS :Recommended Standard) ,là m t chu n truy n n i ti p b t ñng b r t ph bi n hi n nay. Chu n này l n ñ u tiên ñưc gi i thi u vào n ăm 1962 do hi p h i k thu t ñin t EIA (Electronics Industries Association) ñưa ra nh ư là chu n giao ti p truy n thông gi a máy tính và thi t b ngo i vi nh ư :modem, máy v , mouse, máy tính khác 1. C u t o c ng n i ti p: Bng 1.1 S p x p chân c a c ng n i ti p máy tính: 9 chân 25 chân Ch c n ăng 1 8 DCD _ Data Carrier Detect (L i 2 3 vào) 3 2 RxD _ Receive Data (L i vào) 4 20 TxD _ Transmit Data (L i ra) 5 7 DTR _ Data Terminal Ready (L i 6 6 ra) 7 4 GND _ Ground (N i ñ t) 8 5 DSR _ Data Set Ready (L i vào) 9 22 RTS _ Request to Send (L i ra) CTS _ Clear to Send (L i vào) RI _ Ring Indicator (L i ra) Gi ng viên: Nguy n V ăn Minh Trí 117