Bài giảng Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Chương 3: Giao tiếp qua rãnh căm máy tính
Chöông
3
GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
Maùy tính töông thích IBM laø loaïi maùy tính phoå bieán treân theá
giôùi, tuøy theo öùng duïng coù theå phaân thaønh:
- Maùy tính ñeå baøn (Desktop Personal Computer - Desktop PC)
söû duïng trong vaên phoøng, coâng sôû cho caù nhaân hay maùy traïm
trong maïng.
- Maùy tính chuû (Server PC) duøng laøm maùy chuû trong maïng.
- Maùy tính coâng nghieäp (Industrial PC) duøng trong moâi
tröôøng coâng nghieäp, chòu ñieàu kieän khaéc nghieät veà moâi tröôøng
nhö nhieät ñoä, ñoä aåm, chaán ñoäng, va chaïm vaø yeâu caàu cao veà ñoä
cöùng, raén chaéc, choáng va ñaäp vaø xaùc suaát hö hoûng thaáp.
- Maùy tính panel (Panel PC) coù maøn hình vaø baøn phím keát
hôïp vaø gaén treân baûng ñieàu khieån, thoâng thöôøng maøn hình loaïi
tinh theå loûng TFT LCD, moät soá maøn hình touchscreen vôùi phím
baám laäp trình tröïc tieáp treân maøn hình.
- Maùy tính kieåu nhuùng (Embedded PC) coù maùy tính (vi xöû lyù)
ñöôïc keát hôïp vaøo moät thieát bò khaùc (nhuùng).
Caáu taïo maùy tính thoâng thöôøng coù nguoàn caáp ñieän,
mainboard goàm CPU, boä nhôù, caùc chip ñieàu khieån phuï trôï chipset,
ñóa cöùng, ñóa meàm, ñóa CD vaø caùc raõnh caém duøng cho caùc card môû
roäng ISA, EISA, VESA, PCI,… vaø caùc ñaàu noái cho maùy in, maøn
hình, baøn phím, chuoät, modem, USB (Universal Serial Bus), Fire
Wire, hoàng ngoaïi (IrDA), maïng
Maùy tính coâng nghieäp cheá taïo döôùi daïng caùc board caém treân
moät ñeá, mainboard chöùa CPU cuõng cheá taïo döôùi daïng board caém,
ñóa cöùng ñoâi khi ñöôïc thay baèng ñóa theå raén (SSD - Solid State
Disk) thöïc chaát laø boä nhôù khoâng boác hôi laäp trình ñöôïc, dung
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
53
löôïng coù theå leân ñeán 1 Gbyte, coù vaän toác nhanh hôn vaø beàn hôn ñóa
cöùng (xem phuï luïc 2).
Maùy tính söû duïng trong heä thoáng ño löôøng ñieàu khieån phaûi
giao tieáp vôùi ngoaïi vi, coù nhieàu caùch giao tieáp nhö:
-
Qua caùc card ño löôøng, ñieàu khieån gaén vaøo raõnh caém treân
mainboard maùy tính.
-
-
-
-
Giao tieáp qua coång maùy in song song
Giao tieáp qua coång noái tieáp RS-232
Giao tieáp qua coång noái tieáp USB, Fire Wire
Giao tieáp duøng coång hoàng ngoaïi
Hình 3.1 Mainboard Pentium II vaø Pentium IV
Trong chöông 3 seõ taäp trung phaân tích caùch giao tieáp qua
raõnh caém.
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
54
3.1 GIAO TIEÁP RAÕNH ISA
Raõnh caém thoâng duïng nhaát laø raõnh ISA (Industry Standard
Architecture) do IBM ñöa ra naêm 1980 cho maùy 8086 XT
(Extended Technology), sau ñoù laø ISA 16 bit cho maùy AT
(Advanced Technology) vaø trôû thaønh chuaån AT Bus. Hieän nay caùc
mainboard P4 khoâng coøn raõnh caém naøy tuy nhieân vieäc nghieân cöùu
raõnh caém ISA vaãn laø caàn thieát. Raõnh caém ISA coù maøu ñen treân
mainboard goàm hai phaàn, phaàn ñaàu 62 chaân, moãi haøng 31 chaân
duøng cho trao ñoåi döõ lieäu 8 bit, phaàn thöù hai 36 chaân, moãi haøng
18 chaân duøng hoã trôï theâm khi caàn döõ lieäu 16 bit. Sô ñoà chaân
raõnh caém ñöôïc cho trong hình 3.2.
Hình 3.2: Sô ñoà chaân raõnh caém ISA
Sau ñaây laø yù nghóa vaén taét caùc tín hieäu cuûa raõnh caém (daáu - ôû
tröôùc baùo tín hieäu laø tích cöïc thaáp).
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
55
Baûng 3.1
SA19 ÷ SAO (System Address bus 19 ÷ 0) (I/O)
Tuyeán ñòa chæ 20 bit duøng truy caäp boä nhôù 1
Mbyte vaø ngoaïi vi. Coù theå duøng vôùi LA23 ÷ LA17
truy caäp 16 Mbyte boä nhôù. Khi truy caäp ngoaïi vi
duøng 16 bit thaáp cho pheùp truy caäp 64K ñòa chæ
ngoaïi vi. ÔÛ cheá ñoä ñoïc hay ghi khi BALE möùc
cao, ñòa chæ ñöôïc xuaát ra vaø ñöôïc caøi laïi ôû caïnh
xuoáng cuûa BALE. Caùc tín hieäu naøy ñöôïc ñieàu
khieån bôûi vi xöû lyù hay boä ñieàu khieån DMA nhöng
cuõng coù theå ñöôïc chieám bôûi card ñieàu khieån gaén
vaøo raõnh caém
LA23 ÷ LA17 (Unlatched Address bus 23 ÷ 17)(I/O)
AEN (Address Enable) (O)
Duøng cuøng vôùi SA19÷0 ñeå truy caäp 16 Mbyte boä
nhôù, khoâng ñöôïc caøi laïi
Cho pheùp boä ñieàu khieån DMA chieám tuyeán cuûa vi
xöû lyù khi ôû möùc cao
Duøng ñeå caøi ñòa chæ LA23 ÷ 17 hay duøng ñeå giaûi
maõ caùc ñòa chæ naøy.
BALE (Buffered Address Latch Enable) (O)
CLK (System Clock) (O)
Xung nhòp 4.77 MHz
16 bit döõ lieäu
SD15 ÷ SD0 (System Data) (I/O)
–DACK0 ÷ –DACK3, –DACK5 ÷ –DACK7
(DMA Acknowledge) (O)
0÷ 3 vaø 5 ÷ 7 duøng thoâng baùo cho bieát vi xöû lyù
chaáp nhaän DMA khi coù yeâu caàu ôû caùc chaân
DRQ0 ÷ DRQ3 vaø DRQ5 ÷ DRQ7
DRQ0 ÷ DRQ3, DRQ5 ÷ DRQ7
Duøng khi ngoaïi vi yeâu caàu chieám tuyeán cuûa vi xöû
lyù ISA phuïc vuï cho DMA (Direct Access Memory)
ñeå trao ñoåi thoâng tin tröïc tieáp vôùi boä nhôù. DRQ
seõ ôû möùc cao cho ñeán khi DACK töông öùng ôû
möùc thaáp
(DMA Requests) (I)
– IOCHCK (I/O Channel Check) (I)
– IOCHRDY (I/O Channel Ready) (I)
ÔÛ möùc cao khi coù loãi, ngoaøi ra coù theå do board
ISA ñieàu khieån ñeå yeâu caàu ngaét NMI
Cho pheùp caùc board chaäm baét vi xöû lyù chôø baèng
caùch keùo ñöôøng naøy xuoáng thaáp khi ñang ôû chu
kyø ñoïc vieát, luùc ñoù vi xöû lyù seõ vaøo chu kyø chôø cho
ñeán khi ñöôøng naøy leân möùc cao
– IOR (Read) (I/O)
Baùo ngoaïi vi xuaát döõ lieäu ra tuyeán
Baùo ngoaïi vi ñoïc döõ lieäu treân tuyeán
– IOW (Write) (I/O)
IRQ9 ÷ IRQ12, IRQ14 ÷ IRQ15 IRQ3 ÷ IRQ7
(Interrupt Requests)
Tín hieäu vaøo baùo ngoaïi vi caàn ngaét, IRQ seõ ôû
möùc cao cho ñeán khi vi xöû lyù chaáp nhaän baèng
chöông trình phuïc vuï ngaét
– SMEMR (System Memory Read)(O)
Ñieàu khieân boä nhôù döôùi 1 MB xuaát döõ lieäu ra
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
56
– SMEMW (System Memory Write) (O)
– MEMR (Memory Read) (O)
– MEMW (Memory Write) (O)
– REFRESH (Memory Refresh) (I/O)
OSC (Oscillator) (O)
Ñieàu khieån ghi döõ lieäu vaøo boä nhôù döôùi 1 Mbyte
Duøng ñeå ñoïc döõ lieäu töø boä nhôù
Ghi döõ lieäu vaøo boä nhôù
ÔÛ möùc thaáp nhaát trong chu kyø laøm töôi boä nhôù
Xung nhòp 14.31818 MHz.
RESET DRV (Reset Drive) (O)
TC (Terminal Count) (O)
Tín hieäu reset, ôû möùc cao khi boot maùy
Baùo ñaõ ñeám heát trong hoaït ñoäng DMA
– MASTER (I)
Khi board ISA coù yeâu caàu DMA nhaän ñöôïc DACK,
noù seõ cho Master möùc thaáp ñeå kieåm soaùt caùc
tuyeán
– MEM CS16 (Memory Chip Select 16) (I)
– IO CS16 (Chip Select 16) (I)
ÔÛ möùc thaáp khi truyeàn döõ lieäu 16 bit vôùi boä nhôù
Do ngoaïi vi dieàu khieån ôû möùc thaáp khi muoán
truyeàn döõ lieäu 16 bit
– OWS (Zero Wait State) (I)
Do ngoaïi vi ñieàu khieån ôû möùc thaáp cho bieát
khoâng caàn traïng thaùi chôø
– SBHE (System Byte High Enable)
ÔÛ möùc thaáp khi truyeàn byte cao
Thoâng qua raõnh caém ISA coù theå truy caäp 1024 ñòa chæ ngoaïi
vi töø 000 ñeán 3FF, trong ñoù moät soá ñaõ söû duïng cho caùc thieát bò coù
saün cuûa maùy tính nhö trong baûng 3.2:
Baûng 3. 2: Caùc ñòa chæ ngoaïi vi ñaõ söû duïng cuûa moät maùy Pentium 2
000 –00F
020 –021
040 – 043
060 – 060
061 – 061
064 – 064
070 – 071
081 – 083
087 – 087
089 – 08B
08F – 091
0A0 – 0A1
0C0 – 0DF
0F0 – 0FF
168 – 16F
Truy caäp boä nhôù tröïc tieáp ( DMA Direct memory access controller)
Ñieàu khieån ngaét ( PIC Programmable interrupt controller)
Timer heä thoáng (System timer)
Baøn phím ( Keyboard)
Loa trong ( System speaker)
Baøn phím
RAM heä thoáng vaø ñoàng hoà thôøi gian thöïc (System CMOS/ RTC)
DMA
DMA
DMA
DMA
PIC
DMA
Ñoàng xöû lyù soá hoïc (Numeric data processor)
Ñieàu khieån ñóa cöùng (Standard IDE/ESDI Hard Disk Controller)
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
Ñieàu khieån IDE (Secondary IDE controller Intel 82371 AB/EB )
57
170 – 177
1F0 – 1F7
201 – 201
208 – 20F
220 – 22F
274 – 277
2F8 – 2FF
330 – 331
36E – 36F
376 – 376
378 – 37F
388 – 38B
3B0 – 3BB
3C0 – 3DF
3F2 – 3F5
3F6 – 3F6
3F8 – 3FF
Ñieàu khieån IDE (Primary IDE controller)
Que troø chôi (Game port Joystick)
Daønh cho mainboard (Motherboard resources)
Card aâm thanh (ES 1868 Plug and Play Audio Drive)
IO read data port for ISA Plug and Play enumerator
Coång truyeàn thoâng 2 (COM2)
Card aâm thanh
Ñieàu khieån ñóa cöùng (Standard IDE/ESDI Hard Disk Controller)
Ñieàu khieån IDE (Secondary IDE controller)
Coång song song (LPT1)
Card aâm thanh
Card video S3 Inc. Trio3D/2X (Engineering Release)
Card video S3 Inc. Trio3D/2X (Engineering Release)
Ñiieàu khieån oå ñóa meàm (Standard Floppy Disk Controller)
Ñieàu khieån IDE (Primary IDE controller)
Coång truyeàn thoâng 1 (COM1)
Caùc thieát bò ngoaïi vi thöôøng duøng ngaét ñeå taùc ñoäng ñeán CPU
yeâu caàu laøm vieäc gì ñoù baèng caùch ñöa chaân IRQ leân möùc cao. Caùc
chaân naøy thöôøng ñöôïc daønh saün cho caùc thieát bò cuï theå
Baûng 3. 3: Caùc ngaét cuûa moät maùy Pentium 2
0
1
Timer heä thoáng
Baøn phím
2
PIC
3
Coång truyeàn thoâng 2
4
Coång truyeàn thoâng 1
5
Card aâm thanh
6
Ñieàu khieån oå ñóa meàm
7
Coång song song (LPT1)
8
RAM heä thoáng vaø ñoàng hoà thôøi gian thöïc
Modem (Motorola SM56 PCI Speakerphone Modem)
IRQ cho PCI
9
9
10
11
11
Ñieàu khieån oå ñóa cöùng
Ñieàu khieån USB (Inter 8237-1 AB/EB PCI to USB Universal Host Controller)
IRQ cho PCI
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
58
12
13
14
15
Chuoät PS/2
Ñoàng xöû lyù soá hoïc
Ñieàu khieån IDE thöù nhaát
Ñieàu khieån IDE thöù hai
Tuyeán ISA coù nhieàu chaân nhöng thöïc teá söû duïng ta chæ caàn caùc
ñöôøng ñòa chæ SA0..SA9, döõ lieäu SD0..SD15, ñieàu khieån –IOR, -IOW,
AEN, -IOCS16, -SBHE, ngoõ vaøo ngaét IRQ, xung nhòp CLK vaø
nguoàn. Caùc ngoaïi vi ñöôïc goïi laø port thöôøng laø 8 bit vaø vieäc xuaát
nhaäp thöïc hieän theo 8 bit, neáu xuaát nhaäp 16 bit thì duøng hai port
ñòa chæ keá nhau
Hình 3.3 Giaûn ñoà thôøi gian
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
59
Vieäc thieát keá card ISA xuaát nhaäp 8 bit töông ñoái ñôn giaûn, bao
goàm maïch giaûi maõ ñòa chæ, maïch choát döõ lieäu ra vaø maïch ñeäm döõ
lieäu vaøo. Ví duï söû duïng ñòa chæ 300 ta duøng maïch logic taïo tín hieäu
/CS, maïch choát vaø ñeäm duøng vi maïch 74LS373
Hình 3.4: Sô ñoà nguyeân lyù xuaát nhaäp
3.2 GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ IC THÖÔØNG DUØNG
3.2.1 Vi maïch ADC vaø DAC
ADC0804: ADC 8bit xaáp xæ lieân tieáp (National Semiconductor)
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
60
ADC0808/0809: ADC 8 keânh 8 bit
Choïn keânh: caùc chaân ABC duøng ñeå choïn moät trong 8 ngoõ vaøo analog, vieäc choïn thöïc
hieän ôû caïnh leân cuûa chaân ALE.
Chuyeån ñoåâi: START coù moät xung döông, laøm EOC xuoáng 0, sau thôøi gian chuyeån ñoåi
EOC leân möùc 1.
Ñoïc döõ lieäu: OE=1, N= 256*(VIN-VREF(-))/(VREF(+)-VREF(-))
ICL7109:ADC tích phaân 12bit nhò phaân(Harris Semiconductor)
Keát quaû chuyeån ñoåi ñieän aùp vi sai giöõa hai chaân INHI vaø INLO ñöôïc xuaát ra 12 bit
B12..B1 theo coâng thöùc N=2048*VIN/VREF, cöïc tính ñieän aùp chæ bôûi POL (logic 1: döông),
neáu quaù taàm OR on. Caùc chaân naøy ôû trang thaùi toång trôû cao. Khi chuyeån ñoåi xong chaân
STATUS logic 0. Ñieän aùp giöõa V+ vaø REF OUT laø 2.8 V oån ñònh. ICL7109 coù nhieàu caùch ñeå
ñoïc keát quaû. Neáu chaân MODE ñeå hôû laø cheá ñoä DIRECT, /CELOAD =0, /HBEN=0, /LBEN=0 thì
caùc chaân döõ lieäu tích cöïc.
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
61
AD7524: DAC 8 BIT
AD7845: DAC 12 BIT
3.2.2 Vi maïch giao tieáp soá
8255: xuaát nhaäp song song 24 bit goàm ba port A, B, C vaø thanh ghi
ñieàu khieån. Coù ba mode hoaït ñoäng.
Mode 0: vaøo ra tröïc tieáp, caùc port xuaát nhaäp ñoäc laäp
Mode 1: vaøo ra baét tay, Port A vaø Port B xuaát hay nhaäp vôùi tín hieäu ñieàu khieån töø port C.
Mode 2: vaøo ra hai höôùng cho Port A vôùí tín hieäu ñieàu khieån töø PC cao
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
62
8254: ñeám/ ñònh thì, goàm ba boä ñeám luøi nhò phaân 16 bit vaø thanh
ghi ñieàu khieån. Moãi boä ñeám coù 6 mode, xung nhòp vaøo CLK, tín
hieäu ra OUT vaø tín hieäu ñieàu khieån GATE
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
63
3.2.3 Vi maïch giaõi maõ
74LS138: Giaûi maõ 3 ra 8
74LS139: hai boä giaõi maõ 2 ra 4
74LS 682: so saùnh nhò phaân 8 bit
3.3 MOÄT SOÁ CARD ISA
Sau ñaây trình baøy card peripheral adapter 16 bit vaø hai card
thu thaäp soá lieäu gaén vaøo raõnh ISA (Hình 3.5, 3.6, 3.7).
Card peripheral adapter söû duïng hai vi maïch 74245 ñeäm
tuyeán hai chieàu cho soá lieäu, hai vi maïch 74244 ñeäm tuyeán ñòa chæ
vaø ñieàu khieån. Vi maïch 74138 giaûi maõ ñòa chæ 300 ñeán 3FF, khi
truy caäp vuøng ñòa chæ naøy, chaân Y4 cuûa U5 (/IO decode) xuoáng
thaáp ñöa vaøo U8 (74LS244) cho pheùp xuaát ra ñöôøng MEMW vaø
I/O decode 8 bit. Caàu noái 8/16 bit cho pheùp choïn cheá ñoä 8 bit hay
16 bit. Khi choïn cheá ñoä 8 bit (caàu noái hôû). thì 8 bit cao ñöôïc
truyeàn khi ñöôøng ñòa chæ Ao ôû möùc cao (ñòa chæ leû) vaø 8 bit thaáp
ñöôïc truyeàn khi ñöôøng ñòa chæ Ao ôû möùc thaáp (ñòa chæ chaün)
Maïch chuyeån ñoåi AD vaø DA 8 bit trình baøy ôû hình 3.6, 3.7.
Hình 3.8 laø maïch chuyeån ñoåi AD duøng IC 7109.
Vi maïch ADC ICL 7109 chuyeån ñoåi tín hieäu analog ra daïng
soá nhò phaân 12 bit vaø gheùp noái vôùi maùy tín qua vi maïch giao tieáp
Taùc giaû: TS Nguyeãn Ñöùc Thaønh
64
song song 8255 duøng hai port A vaø B, port C ñieàu khieån caùc chaân
LBEN. HBEN, R/H
Vi maïch ICL 7109 hoaït ñoäng ôû mode direct, khi R/H = 1
chuyeån ñoåi lieân tuïc, khi R/H = 0 seõ ngöøng chuyeån ñoåi..
Khi /LBEN ôû möùc 0 thì xuaát byte thaáp ra port A, khi /HBEN
ôû möùc 0 xuaát byte cao goàm 4 bit döõ lieäu cao, PDL (cöïc tính), OR
(quaù taàm) vaø Status (traïng thaùi)
Quaù trình ñoïc keát quaû nhö sau:
Cho R/H leân möùc cao ñeå baét ñaàu chuyeån ñoåi, sau ñoù chôø
Status xuoáng möùc 0 ñoåi xong, roài cho LBEN vaø HBEN möùc 0 ñeå
ñoïc döõ lieäu vaøo.
Hình 3.9 laø boä ñeám duøng IC 8254.
Hình 3.10 a vaø b trình baøy maïch giao tieáp 16 bit duøng 2 IC
8255
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
66
Hình 3.6: 8 bit Interface Card
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
68
Hình 3.8: Card chuyeån ñoåi AD 12 bit
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
TRANG 69
Hình 3.9: Maïch ñeám duøng 8254 giao tieáp maùy tính
TAÙC GIAÛ: TIEÁN SÓ NGUYEÃN ÑÖÙC THAØNH
TRANG 70
Phöông trình cuûa PAL 16V8
!CS1n = (!IORn # !IOWn) & !AEN & !P_EQ_Qn;
!ENAn = (!IORn # !IOWn) & !AEN & !P_EQ_Qn;
DIR = !IORn & IOWn;
Hình 3.10a: Maïch giao tieáp song song 16 bit slot ISA,
phaàn ñeäm vaø giaõi maõ ñòa chæ
HCMC, Thaùng 4 naêm 2006
CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH
TRANG 71
Hình 3.10b: Maïch giao tieáp song song 16 bit slot ISA, phaàn
xuaát nhaäp ngoaïi vi
Tải về để xem bản đầy đủ
35 trang
27/04/2022
5240
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Chương 3: Giao tiếp qua rãnh căm máy tính", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_do_luong_va_dieu_khien_bang_may_tinh_chuong_3_giao.pdf
