LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PAL-EL ĐỂ
KHOAN MẠCH IN
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
I _ KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ
Hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính điện tử là một tập hợp
các thiết bị và phụ kiện liên quan. Để nắm đƣợc hết các nguyên lý hoạt động
và cấu tạo của chúng rõ ràng là một vệc không đơn giản. Thậm chí ngay cả
tên gọi của một số bộ phận trong hệ thống cũng gây phiền hà cho ngƣời sử
dụng. Trƣớc những tiến bộ nhƣ vũ bảo của ngành công nghiệp ngày nay và
nhu cầu ứng dụng máy tính vào mọi lĩnh vực, hệ thống điều khiển tự động
ngày càng đƣợc phát triển một cách hoàn hảo và có độ chính xác cao.
Hoạt động cơ bản của hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính
đƣợc thực hiện cũng giống nhƣ các loại giao tiếp khác. Dữ liệu đƣợc chứa
trong bộ nhớ của máy tính, sau đó đƣợc xuất ra qua cổng giao tiếp nối tiếp
đƣa đến máy khoan để điều khiển động cơ định vị đúng vị trí cần khoan, và
cứ thế hết vị trí này đến vị trí khác đến khi nào mà máy tính gởi lệnh dừng thì
động cơ không hoạt động nữa. Khi ấy hệ thống khoan mạch in hoàn thành.
II_ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 6
tuần, với vốn kiến thức và việc tìm hiểu về hệ thống điều khiển và cơ cấu cấu
tạo, cũng nhƣ các bộ phận chi tiết trong hệ thống điều khiển còn hạn chế, luận
văn này chỉ thực hiện trong phạm vi ứng dụng phần mềm Pal-El để khoan
mạch in bao gồm các phần sau:
Phần I
: Cơ sở lý thuyết về giao tiếp
Giao tiếp với máy tính
Giới thiệu về chuẩn RS-232
Phần II
: Các khái niệm về máy điều khiển theo
chƣơng trình số
Đại cương về điều khiển theo chương trình số
Truyền động bằng động cơ bước
Phần III
: Phần mềm
Ứng dụng phần mềm PAL-El để khoan mạch in
III _ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Dựa trên tài liệu và thiết bị điều khiển, đặt biệt máy khoan có sẵn, cũng
nhƣ phần mền điều khiển đƣợc dịch từ tài liệu PAL_EP ….. để viết một
chƣơng trình ứng dụng thực tế đơn giản nhằm góp phần phong phú thêm cho
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
việc hiểu biết về lĩnh vực này đồng thời có thể mở rộng và định hƣớng cho
những đề tài sau
CHƢƠNG I
GIAO TIẾP MÁY TÍNH
I _ CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MÁY TÍNH
Trải qua một thời gian dài từ phát minh đầu tiên ra máy tính cho đến
nay, máy tính đã không ngừng nâng cao và phát triển qua nhiều thế hệ. Tuy
nhiên hầu hết máy tính đang phổ biến hiện nay đều có nguồn gốc xuất phát từ
họ PC (Personal Computer). Đầu tiên là kiểu máy PCXT do hãng IBM chế
tạo với bộ xử lý (CPU) 8088 của hãng Intel. Đây là hệ thống xử lý dữ liệu 16
bit nhƣng dùng bus dữ liệu 8 bit.
Tiếp theo đó là máy AT ra đời với bộ xử lý 80286 có tính năng hơn hẳn
chip 8088 của máy PC XT. Nó có khả năng tạo ra bộ nhớ ảo, đa nhiệm vụ, tốc
độ nhanh, độ tin cậy cao và dùng bus dữ liệu 16 bit. Đa nhiệm (Multitasking)
là khả năng thực hiện một lúc nhiều nhiệm vụ:
– Vừa in một tài liệu
– Vừa tính toán một phép tính
Công việc này thực hiện đƣợc nhờ hoán chuyển nhanh theo sự theo dõi
của CPU đến các chƣơng trình mà nó đang nắm quyền điều khiển .Việc này
đƣợc thực hiện ngay bên trong CPU cộng với một vài giúp đỡ của hệ điều
hành.Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máy tính làm việc với một bộ nhớ
dƣờng nhƣ lớn hơn nhiều so với bộ nhớ vật lý hiện có: Công việc này thực
hiện đƣợc nhờ một phần mềm và sự thiết kế phần cứng cực kỳ tinh xảo.
Ngày nay các máy AT 386, 486, Pentium dùng chip CPU lần lƣợt là
80386, 80486, P5 là kết quả của trình độ kỹ thuật và công nghệ hiện đại.
Chƣơng trình một bộ nhớ lớn hơn tổ tiên là : 8088 hay 80286 cùng với nhiều
chức năng mới, thêm nữa là tốc độ vi xử lý không ngừng đƣợc nâng cao độ
rộng của data bus cũng mở rộng lên 32bit rồi 64 bit với Pentium.
II _ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO RA:
1. Vào ra điều khiển bằng chƣơng trình:
Thiết bị ngoai vi điều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua các
phần thích ứng về công nghệ chế tạo và logic. Thích ứng về công nghệ chế
tạo là điều chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi và công nghệ sản
xuất của mạch trong hệ vi xử lý. Thích ứng về Logic là nhiệm vụ tạo tín hiệu
điều khiển ngoại vi tín hiệu trên bus hệ thống.
Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổng vào ra
và CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnh xuất nhập
In/Out Lúc này cổng vào ra đƣợc xem nhƣ thanh ghi ngoài, chúng đƣợc viết
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
vào hoặc đọc ra nhƣ ô nhớ Ram qua hai lệnh trên. Để phân biệt hƣớng xuất
hoặc nhập dữ liệu từ cổng vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển đọc hoặc
viết. Để phân biệt vùng nhớ với thiết bị vào ra CPU phát ra tín hiệu điều
khiển IO/M. Khi có các lệnh này thì các lệnh In/Out mới có tác dụng.
Ngoài các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng nhƣ khả năng trao đổi dữ liệu
giữa thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra đƣợc gán nhƣ một địa chỉ ô
nhớ của bộ nhớ. Các thanh ghi liên quan tới cổng vào ra đƣợc xem nhƣ ngăn
nhớ. Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết bộ nhớ
không cần xác định nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bị vào ra. Nó chỉ hỏi nơi gởi
dữ liệu vào trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngoài sẽ giải mã
địa chỉ kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngăn
nhớ hay thiết bị vào ra.
2. Vào ra điều khiển bằng ngắt:
Với phƣơng pháp điều khiển vào ra bằng chƣơng trình, CPU phải liên
tục kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵn sàng, đó là sự lãng phí
thời gian của CPU và chƣơng trình dài và phức tạp. Khi bộ vi xử lý có nhiều
thiết bị ngoại vi CPU không đáp ứng yêu cầu của chúng. Có thể đáp ứng yêu
cầu ngoại vi nhanh chóng và không theo trình tự nhƣ định trƣớc nhờ cơ cấu
ngắt CPU.
Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ thiết
bị ngoại vi do đó các ngắt thƣờng đƣợc dùng ở những trƣờng hợp yêu cầu đap
ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ở bất kỳ thời điểm nào. Khi đó
CPU phải chuyển đến chƣơng trình con, yêu cầu ngắt ở cuối bất kỳ lệnh nào
trong chƣơng trình chính. Các chƣơng trình con phục vụ ngắt có thể lƣu trữ
nội dung các thanh ghi và khôi phục lại khi thực hiện xong chƣơng trình phục
vụ ngắt và trƣớc khi trở lại chƣơng trình chính.
Giao tiếp với maý tính là trao đổi dữ kiện giữa một máy tính với một
hay nhiều thiết bị ngoại vi.
Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với ngƣời sử dụng bằng
hai thiết bị:
– Bàn phím để nhập dữ liệu
– Màn hình để hiển thị
Ngoài ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua các
port nhƣ là các ngõ giao tiếp:
– Giao tiếp qua port com (nối tiếp)
– Giao tiếp qua port Parallel(song song)
Tùy theo trƣờng hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp.
III _ PHƢƠNG PHÁP GIAO TIẾP
1. Giao tiếp với máy tính thông qua slot card:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Bên trong máy tính, ngoài những khe cắm dùng cho card vào – ra, card
màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có
thể thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này. Ở máy tính
PC/XT rãnh cắm chỉ có 1 loại với độ rộng 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA
(Industry Standard Architecture). Rãnh cắm theo tiêu chuẩn IS có 62 đƣờng
tín hiệu, qua các đƣờng tín hiệu này máy tính có thể giao tiếp dễ dàng với
thiết bị bên ngoài thông qua card mở rộng.
Trên rãnh cắm mở rộng, ngoài 20 đƣờng địa chỉ, 8 đƣờng dữ liệu, còn
có một số đƣờng điều khiển nhƣ: RESET , IOR, IOW, AEN, CLK, … Do đó
card giao tiếp với máy tính qua slot card đơn giản, số bit có thể tăng dễ dàng,
giảm đƣợc nhiều linh kiện, tốc độ truyền dữ liệu nhanh (truyền song song).
Tuy nhiên, do khe cắm nằm bên trong máy tính nên khi muốn gắn card giao
tiếp vào thì phải mở nắp ra, điều này gây bất tiện cho ngƣời sử dụng.
2. Giao tiếp qua Serial Port (Port COM) :
IBM PC cung cấp 2 cổng nối tiếp: COM1 và COM2. Các cổng này giao
tiếp theo tiêu chuẩn RS232. Chúng có thể đƣợc nối với một Modem để dùng
cho mạng điện thoại, hay nối trực tiếp với một máy tính khác. Dữ liệu đƣợc
truyền qua cổng này theo cách nối tiếp, nghĩa là dữ liệu đƣợc gởi đi nối tiếp
nhau trên 1 đƣờng dây. Do các dữ liệu đƣợc truyền đi từng bit một nên tốc độ
truyền chậm, các tốc độ truyền có thể là 300, 600, 1200, 2400, 4800bps,
9600bps, chiều dài dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit và kết hợp với các bit
Start, Stop, Parity tạo thành một khung (frame). Ngoài ra cổng này còn có các
điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra. Cách giao tiếp này cho phép
khoảng cách truyền dữ liệu xa, tuy nhiên tốc độ truyền rất chậm tốc độ tối đa
là 20kbps.
3. Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in):
IBM PC cho phép sử dụng đến 3 cổng song song có tên là LP1, LP2 và
LP3. Kiểu giao tiếp song song đƣợc dùng để truyền dữ liệu giữa máy tính và
máy in. Khác với cách giao tiếp qua Port Com, ở cách giao tiếp này dữ liệu
đƣợc truyền song song cùng một lúc 8 bit. Vì thế nó có thể đạt tốc độ cao.
Connector của Port này có 25 chân bao gồm 8 chân dữ liệu và các đƣờng tín
hiệu bắt tay (Handshaking ). Tất cả các đƣờng Data và tín hiệu điều khiển đều
ở mức logic hoàn toàn tƣơng thích với mức TTL. Hơn nữa, ngƣời lập trình có
thể điều khiển cho phép hoặc không cho phép các tín hiệu tạo Interrupt từ ngõ
vào nên việc giao tiếp đơn giản và dễ dàng. Tuy nhiên, giao tiếp với mức
logic TTL nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port
Com, đồng thời cáp truyền cũng phức tạp hơn. Đó là nhƣợc điểm của cách
giao tiếp này.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƢƠNG II
GIỚI THIỆU CHUẨN RS-232C
Vào năm 1960, cùng với sự phát triển mạnh của các thiết bị đầu cuối
máy tính chia sẻ thời gian, các Modem đã đƣợc tung ra ngày càng nhiều nhằm
đảm bảo cho các thiết bị đầu cuối có thể dùng các đƣờng điện thoại để thông
tin giữa các máy tính với nhau ở những khoảng cách xa. Modem và các thiêt
bị đƣợc dùng để gửi số liệu nối tiếp thƣờng đƣợc gọi là thiết bị thông tin số
liệu DCE (Datommunication Equipment). Các thiết bị đầu cuối hoặc máy tính
đang gửi hay nhận số liệu đƣợc gọi là các thiết bị đầu số liệu DTE (Data
Terminal Equipment). Nhằm đáp ứng với nhu cầu về tín hiệu và các chuẩn bắt
tay (handshake standards) giữa DTE và DCE, hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA
đã đƣa ra chuẩn RS-232C. Chuẩn này mô tả chức năng 25 chân tín hiệu và bắt
tay cho việc chuyển dữ liệu nối tiếp. Nó cũng mô tả các mức điện áp, trở
kháng, tốc độ truyền cực đại và điện dung cực đại cho các đƣờng tín hiệu này.
RS-232 ấn định 25 chân tín hiệu, và quy định các đầu nối DTE phải là
male (đực) và các đầu nối DCE phải là female (cái). Một loại đầu nối đặc biệt
không đƣợc cho, nhƣng thƣờng dùng nhiều nhất là đầu nối mele DB-25P
(hình 2-1). Ngoài ra, đối với nhiều hệ thống còn dùng loại 9 chân nhƣ loại
DE-9P mele (hình 2-2).
Hình 2-1
Hình 2-2
Đƣợc EIA đƣa vào năm 1969 để truyền dữ liệu nối tiếp và tín hiệu điều
khiển giữa Modem và thiết bị đầu cuối (hoặc máy tính) với tốc độ truyền tối
đa là 20kbps ở cự ly khoảng 15m. đây là một dạng giao tiếp loại TTL + bộ
kích đƣờng dây không cân bằng.
Việc mô tả chuẩn này đƣợc chia làm ba phần: Các đặc điểm kỹ thuật về
điện, mô tả các đƣờng dữ liệu điều khiển và sử dụng bộ kết nối chân ra.
I _ ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VỀ ĐIỆN CỦA RS232C
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
IN
NUMBERS
FOR 9
PINS
PIN
NUMBERS
FOR 25
PINS
COMMON
NAME
RS232C
NAME
SIGNAL
DIRECTION
ON DCE
3
2
7
8
1
2
3
4
5
TxD
RxD
RTS
CTS
AA
BA
BB
CA
CB
–
IN
OUT
IN
OUT
6
5
1
6
7
8
9
10
DSR
GND
CD
CC
AB
CF
–
–
OUT
–
OUT
–
–
11
12
13
14
15
SCF
SCB
SBA
ĐB
–
OUT
OUT
IN
OUT
4
16
17
18
19
20
DTR
SBB
SCA
CD
OUT
OUT
–
IN
IN
9
21
22
23
24
25
CG
CE
CH/CI
DA
OUT
OUT
IN/OUT
IN
–
Hình 2-3 Qui ñònh veà chaân cuûa RS232C
Möùc ñieän aùp logic cuûa RS-232C laø khoaûng ñieän aùp
giöõa +15V vaø –15V. Caùc ñöôøng döõ lieäu söû duïng möùc
logic aâm: logic 1 coù ñieän theá giöõa –5V vaø –15V, logic 0 coù
ñieän theá giöõa +5V vaø +15V. tuy nhieân caùc ñöôøng ñieàn khieån
(ngoaïi tröø ñöôøng TDATA vaø RDATA) söû duïng logic döông: gía
trò TRUE = +5V ñeán +15V vaø FALSE =-5V ñeán –15.
ÔÛ chuaån giao tieáp naøy, giöõa ngoõ ra boä kích phaùt vaø
ngoõ vaøo boä thu coù möùc nhieãu ñöôïc giôùi haïn laø 2V. Do vaäy
ngöôõng lôùn nhaát cuûa ngoõ vaøo laø ±3V traùi laïi möùc ± 5V laø
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
ngöôõng nhoû nhaát vôùi ngoõ ra. Ngoõ ra boä kích phaùt khi khoâng
taûi coù ñieän aùp laø ± 25V.
Caùc ñaëc ñieåm veà ñieän khaùc bao goàm
RL (ñieän trôû taûi) ñöôïc nhìn töø boä kích phaùt coù giaù trò
töø 3 ÷ 7kΩ.
CL (điện dung tải) đƣợc nhìn từ bộ kích phát không đƣợc vƣợt quá
2500pF.
Để ngăn cản sự dao động quá mức, tốc độ thay đổi (Slew rate ) của
điện áp không đƣợc vƣợt qúa 30V/µs.
Đối với các đƣờng điều khiển, thời gian chuyển của tín hiệu (từ TRUE
sang FALSE, hoặc từ FALSE sang TRUE ) không đƣợc vƣợt qúa 1ms. Đối
với các đƣờng dữ liệu, thời gian chuyển (từ 1 sang 0 hoặc từ 0 sang 1) phải
không vƣợt qúa 4% thời gian của 1 bit hoặc 1ms.
II _ CÁC ĐƢỜNG DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA RS232
– TxD: Dữ liệu đƣợc truyền đi từ Modem trên mạng điện thoại.
– RxD: Dữ liệu đƣợc thu bởi Modem trên mạng điện thoại.
Các đường báo thiết bị sẵn sàng:
– DSR : Để báo rằng Modem đã sẵn sàng.
– DTR : Để báo rằng thiết bị đầu cuối đã sẵn sàng
– Các đƣờng bắt tay bán song công.
– RTS : Để báo rằng thiết bị đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu.
– CTS : Modem đáp ứng nhu cầu cần gửi dữ liệu của thiết bị đầu cuối
cho thiết bị đầu cuối có thể sử dụng kênh truyền dữ liệu. Các đƣờng
trạng thái sóng mang và tín hiệu điện thoại:
– CD : Modem báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng đã nhận đƣợc một sóng
mang hợp lệ từ mạng điện thoại.
– RI : Các Modem tự động trả lời báo rằng đã phát hiện chuông từ mạng
điện thoạïi địa chỉ đầu tiên có thể tới đƣợc của cổng nối tiếp đƣợc gọi là
địa chỉ cơ bản (Basic Address). Các địa chỉ ghi tiếp theo đƣợc đặt tới bằng
việc cộng thêm số thanh ghi đã gặp của bộ UART vào địa chỉ cơ bản.
– Mức tín hiệu trên chân ra RxD tùy thuộc vào đƣờng dẫn TxD và thông
thƣờng nằm trong khoảng –12 đến +12. Các bit dữ liệu đƣợc gửi đảo
ngƣợc lại. Mức điện áp đối với mức High nằm giữa –3V và –12V và mức
Low nằm giữa +3V và +12V. Trên hình 2-4 mô tả một dòng dữ liệu điển
hình của một byte dữ liệu trên cổng nối tiếp RS-232C.
– Ở trạng thái tĩnh trên đƣờng dẫn có điện áp –12V. Một bit khởi động
(Starbit) sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu. Tiếp đó là các bit dữ liệu riêng lẻ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
sẽ đến, trong đó các bit giá trị thấp sẽ đƣợc gửi trƣớc tiên. Còn số của các
bit thay đổi giữa 5 và 8. Ở cuối của dòng dữ liệu còn có một bit dừng
(Stopbit) để đặt trở lại trạng thái ngõ ra (-12V).
Địa chỉ cơ bản của cổng nối tiếp của máy tính PC có thể tóm tắt trong
bảng các địa chỉ sau:
COM 1 (cổng nối tiếp thứ nhất) Địa chỉ cơ bản = 3F8(Hex)
COM 2 (cổng nối tiếp thứ hai) Địa chỉ cơ bản = 2F8(Hex)
COM 3 (cổng nối tiếp thứ ba) Địa chỉ cơ bản = 3E8(Hex)
COM 4 (cổng nối tiếp thứ tƣ) Địa chỉ cơ bản = 2E8(Hex)
Cũng nhƣ ở cổng máy in, các đƣờng dẫn tín hiệu riêng biệt cũng cho
phép trao đổi qua các địa chỉ trong máy tính PC. Trong trƣờng hợp này, ngƣời
ta thƣờng sử dụng những vi mạch có mức độ tích hợp cao để có thể hợp nhất
nhiều chức năng trên một chip. Ở máy tính PC thƣờng có một bộ phát/nhận
không đồng bộ vạn năng (gọi tắt là UART: Universal Asnchronous Receiver/
Transmitter) để điều khiển sự trao đổi thông tin giữa máy tính và các thiết bị
ngoại vi. Phổ biến nhất là vi mạch 8250 của hãng NSC hoặc các thế hệ tiếp
theo.
Thông thƣờng với các yêu cầu ứng dụng tốc độ thấp ngƣời ta giao tiếp
qua ngõ nối tiếp, nó giao tiếp theo tiêu chuẩn RS232C và dùng để giao tiếp
giữa máy tính với Modem hoặc Mouse. Ngoài ra cũng có thể dùng giao tiếp
với printer hay plotter nhƣng không thông dụng lắm bởi tốc độ truyền quá
chậm. Đối với máy AT cho ta hai ngõ giao tiếp COM1 và COM2. Trong một
số card I/O ta có thể có đến 4 cổng COM.
Để giao tiếp nối tiếp với 2 ngõ COM này Bus hệ thống của CPU (Data
Bus và Address Bus) hãng IBM sử dụng hai Chip lập trình của Intel là 8250
D0 D1
D4 D5
D3
D5
D6
D5
D7
D5
Stopbit
Starbit
+12V
LOW
1 1 0 1 0 0 1 0
-12V
HIGHT
T =1/fBaud
10
4µS
1.04ms
Hình 2-4: Dòng dữ liệu trên cổng RS 232 với tốc độ
9.600 baud
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
UART (Universal Asynchronus Receiver Transmitter). Địa chỉ theo bộ nhớ
của hai Chip này là 0040:0000 cho UART của ngõ COM1 và 0040:0002 cho
UART của ngõ COM2 (Địa chỉ logic do hệ điều hành chỉ định) và địa chỉ
theo Port để truy xuất khi sử dụng là 3F8-3FF cho COM1 và 2F8-2FF cho
COM2.
Dữ liệu truyền qua cho Port COM dƣới dạng nối tiếp từng Bit một,
đơn vị dữ liệu có thể là 5 Bit, 6 Bit hay 1 byte tùy theo sự cài đặt lúc khởi tạo
Port COM. Ngoài ra để truyền dữ liệu qua Port COM còn cần những tham số
sau: Bit mở đầu cho một đơn vị dữ liệu START Bit. STOP Bit (Bit kết thúc).
Parity (Kiểm tra chẵn lẻ). Baud Rate (Tốc độ truyền) tạo thành một Frame
(Khung truyền).
Port COM là một thể khởi tạo bằng BIOS thông qua chức năng 0 của
Interrupt 14, nạp vào thanh ghi DX1 chỉ số chọn kênh (COM1 = 0, COM2
= 1). Thanh ghi AL đƣợc nạp vào các tham số của việc truyền dữ liệu.
A L D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
Bit D0 D1 : Cho biết độ rộng của dữ liệu
0 0
: Dữ liệu có độ rộng 5 Bit
0 1
: Dữ liệu có độ rộng 6 Bit
1 0 : Dữ liệu có độ rộng 7 Bit
1 1 : Dữ liệu có độ rộng 8 Bit.
Bit D2
: Cho biết số Stop Bit.
0
: Sử dụng một bit Stop
1
: Sử dụng hai bit Stop
Bit D3 D4 : Các Bit parity (chẵn lẻ)
0 0
: Không kiểm tra tính Parity
1 1
: Không kiểm tra tính Parity
0 1
: Odd (lẻ)
1 0
: Even (chẵn)
Bit D5D6D7 : Cho biết tốc độ truyền (Baud Rate)
0 0 0 : Tốc độ truyền 110bps (bit per second)
0 0 1 : Tốc độ truyền 150bps (bit per second)
0 1 0 : Tốc độ truyền 300bps (bit per second)
0 1 1 : Tốc độ truyền 600bps (bit per second)
1 0 0 : Tốc độ truyền 1200bps (bit per second)
1 0 1 : Tốc độ truyền 2400bps (bit per second)
1 1 0 : Tốc độ truyền 4800bps (bit per second)
1 1 1 : Tốc độ truyền 9600bps (bit per second)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
III _ MODEM RỖNG CỦA RS232C
Mặc dù chuẩn RS_232C của EIA đƣợc dành riêng để áp dụng kết nối
giữa Modem với thiết bị đầu cuối, nhƣng một thuê bao của RS_232C cũng
thƣờng đƣợc sử dụng khi hai thiết bị đầu cuối đƣợc nối với nhau, hoặc một
máy tính và một máy in mà không sử dụng các Modem.
Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, các đƣờng TxD và RxD phải đƣợc
đặt chéo nhau và các đƣờng điều khiển cần thiết phải đƣợc đặt ở TRUE hoặc
phải đƣợc tráo đổi thích hợp bên trong cáp kết nối. Sự nối lắp cáp của
RS232C mà có sự tráo đổi đƣờng dây đƣợc gọi là Modem rỗng (null Modem).
Cáp nhƣ vậy thích hợp để nối trực tiếp 2 thiết bị DTE qua các port
RS232C. Hai sơ đồ có thể kết nối lẫn nhau đƣợc trình bày trong hính 2-5 và
hình 2-6 chú ý rằng trong trƣờng hợp đơn giản nhất chỉ cần kết nối 4 dây lẫn
nhau, trong thực tế 2 đƣờng dây đất (SIG GND 0 và CHAS GND) thƣờng
đƣợc kết hợp lại, mặc dù điều này không đƣợc đề cập tới.
IV _ CÁC IC KÍCH PHÁT VÀ THU CỦA RS232C
Nhờ tính phổ biến của giao tiếp, ngƣời ta đã chế tạo các IC kích phát và
thu. Hai vi mạch nhƣ vậy đƣợc Motorola sản xuất là IC kích phát MC 1488 có
dạng vỏ vuông. Và MC 1489.Mỗi IC kích phát 1488 nhận một tín hiệu mức
TTL và chuyển thành tín hiệu ở ngõ ra tƣơng thích với mức điện áp của
RS232C. IC 1489 phát hiện các mức vào của RS232C và chuyển chúng thành
các ngõ ra có mức TTL.
V _ MINH HỌA THÔNG TIN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ
Đối với các máy PC, các cổng liên lạc nối tiếp (serial port) còn đƣợc
gọi là các cổng COM. Hoàn toàn có thể sử dụng các cổng này để kết nối máy
PC với các máy tính khác, với các Modem, các máy in, máy vẽ, các thiết bị
điều khiển, mouse, mạng …
Tất cả các máy tính PC có khả năng làm việc tối đa là 4 cổng nối tiếp
khi sử dụng các card giao tiếp I/O chuẩn. Các cổng nối tiếp thƣờng đƣợc thiết
kế theo các qui định RS-232 theo các yêu cầu về điện và về tín hiệu. BIOS chỉ
hỗ trợ các cổng nối tiếp RS-232C. Còn các chuẩn khác nhƣ: RS-422, BiSync,
SDLC, IEEE-488 (GPIB),… cần phải có các trình điều khiển thiết bị bổ sung
để hỗ trợ.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Tốc độ tối độ của cổng nối tiếp tùy thuộc vào bộ phát tốc độ Baud
trong card giao tiếp cổng nối tiếp, phần mềm BIOS, và hệ thống có thể thực
hiện chƣơng trình BIOS nối tiếp nhanh đến mức nào. Ngoài ra, nếu hệ thống
đang xử lý chƣơng trình khác có độ ƣu tiên cao hơn thì tốc độ tin cậy có thể bị
suy giảm đáng kể.
Hoạt động của cổng nối tiếp chủ yếu cũng đƣợc xử lý bởi 1 chip
UART. Các thiết kế ban đầu đã sử dụng một chip NS-8250. Các thiết bị sau
này chuyển sang một phiên bản CMOS, chip 1650, có chức năng hoạt động
giống nhƣ 8250. Một số thiết bị mới sử dụng chip 16550 hay các biến thể
khác nhằm bổ sung thêm việc đệm dữ liệu để giảm bớt gánh nặng cho CPU.
Một phần của BIOS hệ thống (ngắt 14 h) cung cấp các dịch vụ để liên
lạc với các card giao tiếp nối tiếp.
Giống nhƣ các cổng song song, POST (Power on Self Test- chƣơng
trình của BIOS tự kiểm tra cấu hình hệ thống khi bật máy) kiểm tra xem liệu
một cổng nối tiếp có đƣợc gắn vào hệ thống không, và ghi lại các địa chỉ I/O
của các cổng hoạt động trong vùng dữ liệu của BIOS. Tất cả các hệ thống đến
4 cổng nối tiếp, BIOS không hỗ trợ các cổng bổ sung thêm khác.
Để truy suất phần cứng của một cổng nối tiếp, cần đọc một trong 4 từ
(word) trong vùng dữ liệu BIOS chứa địa chỉ I/O cơ sở đối với 4 cổng nối tiếp
có thể có.
2
2
TxD
TxD
3
3
CHAS GND
SIGNAL GND
1
1
7
7
8
8
CD
CD
CTS
CTS
5
5
4
4
RTS
RTS
6
6
RxD
DSR
DTR
RxD
DTE B
DTE A
20
20
DTR
DSR
HÌNH 2-5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Ví dụ: Để truy suất cổng nối tiếp số 2, trƣớc tiên phải đọc địa chỉ cổng
I/O cơ sở từ vùng dữ liệu BIOS. Điều này có nghĩa là một côûng nối tiếp
không có địa chỉ cổng I/O cố định.
a. Lưạ chọn cổng COM
Mỗi cổng nối tiếp sử dụng 8 byte của bộ nhớ máy PC và một ngắt phần
cứng đặc biệt. Việc sử dụng các địa chỉ bộ nhớ và ngăùt phần cứng này là
điều quan trọng đối với ngƣời lập các chƣơng trình liên lạc và các chƣơng
trình điều khiển thiết bị đối với các thiết bị nối tiếp.
Bảng sau mô tả các địa chỉ bộ nhớ và các ngắt phần cứng đối với 4
cổng nối tiếp chuẩn cho các máy tính tƣơng thích với máy tính PC. Thông tin
quan trọng nhất ở đây là địa chỉ cơ sở, là địa chỉ bộ nhớ đầu tiên trong mỗi
cổng COM (vùng đệm phát/thu – Transmit/ Receive Buffer) địa chỉ của
đƣờng yêu cầu ngắt (IRQ) đối với mỗi cổng.
Một thiết bị nối tiếp chỉ có thể sử dụng một địa chỉ cổng COM. Khi cài
đặt một Modem nội trong máy PC, hay bất kỳ thiết bị nào khác sử dụng cổng
nối tiếp cho giao diện của nó, trƣớc tiên phải đảm bảo rằng đã xác lập nó đối
với một cổng COM (bao gồm địa chỉ và số IRQ).
COM1
COM2
COM3 COM4
Mô tả
2
2
TxD
TxD
3
3
CHAS GND
SIGNAL GND
1
1
7
7
8
8
CD
CD
CTS
CTS
5
5
4
4
RTS
RTS
6
6
RxD
DSR
DTR
RxD
DTE B
DTE A
20
20
DTR
DSR
CTS
(optional)
HÌNH 2-6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
IRQ4
3F8
3F9
3FA
3FB
3FC
3FD
3FE
IRQ3
2F8
2F9
2FA
2FB
2FC
2FD
2FE
IRQ4
3E8
3E9
3EA
3EB
3EC
3ED
3EE
IRQ3
2E8
2E9
2EA
2EB
2EC
2ED
2EE
Interrupt Request Line
Transmit/Receive Buffer và LSB of the
Divisor Latch
Interrupt Enable Register và MSB of the
Divisor Latch
Interrupt Identification Registers
Line Control Register
Modem Control Register
Line Status Register
Modem Status Register
b. Hoạt động của cổng nối tiếp.
Sự khởi động của BIOS.
Sau khi bật máy (hay Reset máy), chƣơng trình POST kiểm tra xem liệu
có bất kỳ cổng nối tiếp nào đƣợc cài đặt hay không. POST khảo sát nhóm
cổng I/O: 3F8 3FEh. Để phát hiện một cổng hoạt động, thanh ghi IIR
(Interrupt Identification Register) đƣợc đọc từ cổng 3FAh hay 2FAh. Nếu tất
cả các bit từ 37 của thanh ghi IIR đều là 0, thì POST xem nhƣ cổng nối tiếp
có hoạt động.
Một khi đã xác định đƣợc nhóm cổng I/O nối tiếp có hoạt động, địa chỉ
cổng I/O cơ sở đƣợc lƣu trữ trong vị trí BIOS RAM cổng nối tiếp chƣa sử
dụng thấp nhất. Có 4 từ đƣợc dành trong RAM bắt đầu tại địa chỉ 40:0h để
chứa địa chỉ I/O của cổng nối tiếp có hoạt động. Nhiều POST của các hãng
cung cấp máy sẽ không bao giờ kiểm tra các cổng COM3 và COM4, vì IPM
không định nghĩa một địa chỉ cổng chuẩn cho các cổng này.
Nói chung, hầu hết các hệ thống chỉ kiểm tra có 2 cổng. Tuy nhiên, các
hệ thống cùng họ mới hơn thƣờng kiểm tra 4 địa chỉ cổng có thể có. Các hệ
thống MCA kiểm tra 8 địa chỉ cổng nối tiếp khác nhau có thể có trong một lần
thử để tìm ra 4 cổng nối tiếp có hoạt động.
Thứ tự kiểm tra
Hầu hết hệ
thống
Một số hệ thống
AT và EISA
Các hệ thống
MCA
Thứ 1
Thứ 2
Thứ 3
Thứ 4
Thứ 5
Thứ 6
Thứ 7
Thứ 8
3F8
2F8
Không
Không
Không
Không
Không
Không
3F8
2F8
Không
Không
Không
Không
Không
Không
3F8
2F8
3220h
3228h
4220h
4228h
5220h
5228h
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Bảng trên mô tả thứ tự theo đó các BIOS sẽ tìm kiếm các cổng hoạt
động. Chỉ cổng I/O cơ sở đối với mỗi nhóm đƣợc hiển thị trong bảng này.
Trên hệ thống MCA, một khi 4 cổng đã đƣợc tìm thấy, các cổng khác không
đƣợc kiểm tra nữa.
Khi hoàn tất các công việc kiểm tra POST nối tiếp, các địa chỉ cổng nối
tiếp đƣợc cất giữ. Điều này thƣờng tạo ra một trong 4 trƣờng hợp đƣợc mô tả
trong bảng sau:
Địa chỉ
RAM
Cổng
nối tiếp
Trƣờng hợp 1
Địa chỉ I/O
Trƣờng hợp 2
Địa chỉ I/O
Trƣờng hợp 3
Địa chỉ I/O
Trƣờng hợp 4
Địa chỉ I/O
40:0h
40:2h
40:4h
40:6h
1
2
3
4
3F8
2F8
0
0
3F8
0
0
0
2F8
0
0
0
0
0
0
0
Caùc keát quaû POST coù theå coù veà vieäc phaùt hieän
coång noái tieáp.
– Trƣờng hợp 1
: Mô tả POST phát hiện 2 cổng nối tiếp.
– Trƣờng hợp 2 và 3 : Cho thấy chỉ có một cổng nối tiếp đƣợc phát hiện.
– Trƣờng hợp 4
: Cho thấy không phát hiện đƣợc cổng nối tiếp nào.
Các phép thử này không khẳng định liệu có một thiết bị nối tiếp thực sự
đƣợc nối với cổng I/O hay không. Phép thử chỉ kiểm tra xem liệu phần cứng
cổng nối tiếp có tồn tại hay không tại một địa chỉ I/O cụ thể. Tổng số cổng nối
tiếp hoạt động đƣợc phát hiện thấy (0 4) đƣợc cất giữ trong byte thiết bị tại
địa chỉ BIOS RAM 40:10h từ các bit 9 11.
Quá trình phát nối tiếp
Để phát một byte trên đƣờng dây kết nối nối tiếp, cổng đƣợc giả định là
đã đƣợc khởi sự với tốc độ baud và các phần chọn khung (Frame) nối tiếp
thích hợp. Chúng ta cũng giả định rằng các byte sẽ đƣợc phát đi trên cổng nối
tiếp số 1 (COM1).
1. Trƣớc tiên, xác định địa chỉ cơ sở cổng I/O bằng cách đọc một từ (Word)
từ vùng dữ lệu BIOS tại 40:OH đối với cổng nối tiếp COM1. Nếu trị = 0:
Không có cổng nối tiếp hoạt động nào đƣợc gắn ở đây và dĩ nhiên không
có dữ liệu nào đƣợc gửi đi.
2. Hai đƣờng điều khiển MODEM là DTR (DATA Terminal Ready) và RTS
(Request to Send) đƣợc xác lập lên mức cao (DTR = 1, RTS = 1).
– DTR thông báo cho thiết bị kết nối biết rằng máy tính đang hoạt động
và sẵn sàng để liên lạc.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
– RTS báo cho thiết bị kết nối biết rằng máy tính muốn gửi dữ liệu.
– Hai đƣờng này đƣợc kích khởi bằng cách ghi trị 3 thanh ghi MCR
(MODEM control Regester) của UART.
3. Kế đó, kiểm tra hai đƣờng trạng thái CTS (Clear To Send). Những đƣờng
này nằm trong các bit 4 và 5 của thanh ghi MSR (MODEM Status
Regester).
– DSR báo cho máy tính biết thiết bị kết nối đã đƣợc bật lên và sẵn sàng.
– CTS báo cho máy tính biết rằng thiết bị kết nối đã sẵn sàng đối với dữ
liệu.
– Các đƣờng trạng thái này nên đƣợc kiểm tra trong 2ms hay cho đến khi
cả hai đều chuyển sang mức cao. Khi cả hai đƣờng này đều ở mức cao,
thiết bị đƣợc kết nối với cổng nối tiếp đã báo hiệu cho biết nó đã sẵn
sàng cho một byte. Một lỗi đáo hạn (timeout error) đƣợc báo hiệu bởi
phần mềm nếu một trong hai đƣờng dẫn còn ở mức thấp lâu hơn
khoảng 2ms.
4. Đến đây thiết bị kết nối đã sẵn sàng tiếp nhận một byte, UART phải đƣợc
kiểm tra xem liệu thanh ghi chứa dữ liệu phát THR (Transmit Holding
Regester) đã sẵn sàng có một byte chƣa. Thanh ghi LSR (Line Status
Regester), bit 5, đƣợc xác lập lên mức cao khi thanh ghi chứa dữ liệu này
trống rỗng và sẵn sàng cho một byte. Một lần nữa, giống ở bƣớc 3 nếu
thanh ghi THR không thể trở nên hữu dụng trong 2ms, thì phần mềm sẽ
báo một lỗi đáo hạn, và bỏ qua việc phát đi.
5. Nếu cho đến bây giờ chƣa xảy ra việc đáo hạn, byte có thể đƣợc gửi đến
thanh ghi chứa dữ liệu phát của UART.
6. Sau đó, UART phát byte từ thanh ghi chứa dữ liệu phát vào thanh ghi dịch
TSR (từ đây các bit dữ liệu đƣợc dịch ra và gửi đi), và tạo dạng khung nối
tiếp.
Quá trình nhạân nối tiếp.
Để nhận 1 byte từ đƣờng dây kết nối nối tiếp, cổng đƣợc giả định nhƣ trên
(cho cổng COM3):
1. Trƣớc tiên, xác định địa chỉ cơ sở cổng I/O bằng cách đọc một từ (Word)
từ vùng dữ liệu BIOS tại 40:4H đối với cổng nối tiếp COM3. Nếu trị = 0:
Không có cổng nối tiếp hoạt động nào đƣợc gắn ở đây và dĩ nhiên không
có dữ liệu nào đƣợc gửi đi.
2. Hai đƣờng điều khiển MODEM là DTR (DATA Terminal Ready) và RTS
(Request to Send) đƣợc xác lập lên mức cao (DTR = 1, RTS = 1).
– Điều này thông báo cho thiết bị kết nối biết rằng máy tính đang hoạt
động và sẵn sàng liên lạc. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách ghi trị 1
các thanh ghi MMC của UART.
3. Kế đó kiểm tra tín hiệu trên đƣờng trạng thái DSR. Tín hiệu này xuất hiện
trong bit 5 của thanh ghi MSR. DSR báo cho máy tính biết rằng thiết bị
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
kết nối đã đƣợc bật lên và sẵn sàng. DSR sẽ đƣợc kiểm tra cho đến khi nó
lên mức cao hay cho đến khi hết 2ms trƣớc khi một lỗi đáo hạn đƣợc báo
hiệu.
4. Kế đó, vùng đêïm nhận đƣợc kiểm tra để xem dữ liệu đã nhận đƣợc dữ liệu
nào chƣa. Bit 0 của thanh ghi LSR chứa một cờ hiệu báo dữ liệu đã sẵn
sàng. Nó đƣợc xét lên 1 khi vùng đệm có dữ liệu. Nếu cờ báo dữ liệu sẵn
sàng không đƣợc xét sau 2ms, thì phần mềm sẽ khai báo một lỗi đáo hạn,
và tác vụ bị bỏ qua.
5. Nếu cho đến bây giờ chƣa xảy ra việc đáo hạn, byte có thể đƣợc đọc từ
vùng đệm nhận của UART.
– Trong chế độ bất đồng bộ, 8251 A dịch số liệu trên dây RxD từ bit một.
Sau mỗi bit, thanh ghi thu đƣợc so sánh với thanh ghi chứa ký tự SYN.
Nếu hai thanh ghi chƣa bằng nhau thì 8251 A dịch bit khác và tiếp tục
so sánh cho đến khi hai thanh ghi bằng nhau. 8251 A kết thúc chế độ
bất đồng bộ và đƣa tín hiệu SYNDET (Synch Detect) để báo đồng bộ
đã hoàn tất.
– Nếu USART đƣợc nạp từ điều khiển để làm việc với hai ký tự SYNC,
quá trình bất đồng bộ cũng nhƣ trên. Nhƣng hai ký tự kế tiếp nhau sẽ
đƣợc so sánh với hai ký tự SYNC trƣớc khi đạt đƣợc sự đồng bộ. Ở chế
độ bất đồng bộ bit chẵn/lẻ sẽ không phải kiểm tra. USART ở chế độ
đuổi bắt đồng bộ với hai điều kiện:
– USART đƣợc khởi động ở chế độ đồng bộ.
– USART đã nhận lệnh ở chế độ bất đồng bộ.
Khối phát
Khối này nhận số liệu song song từ đơn vị trung tâm, chèn thêm các
thông tin rồi chuyển sang nối tiếp và gửi ra thân TxD (Transmiter DATA).
– Ở chế độ bất đồng bộ, khối phát chèn thêm bit START, bit kiểm tra
chẵn lẻ paraty và một hay hai bit STOP.
– Trong chế độ đồng bộ, khối phát chèn thêm các ký tự SYNC. Những ký
tự đồng bộ này phải đƣợc phát trƣớc khi bản tin bắt đầu. Nếu trong khi
phát có khoảng trống giữa hai ký tự thì USART tự động chèn các ký tự
đồng bộ vào.
– Trong cả hai chế độ đồng bộ và bất đồng bộ, quá trình phát chỉ đƣợc
cho phép khi tín hiệu TxE (Transmiter Enable) và tín hiệu CTS, ở trạng
thái tích cực. Nếu USART đƣợc đặt ở chế độ đồng bộ từ ngoài, chân
SYNDET sẽ là cửa vào và nhận tín hiệu để đồng bộ khi thu.
– Khối phát có thể gửi tín hiệu cắt (BREAK). Đó là một chu kỳ liên tục
các bit SPACE trên đƣờng dây liên tục và đƣọc dùng ở chế độ truyền
song công để cắt quá trình gửi thông tin ở đầu cuối.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
– USART sẽ gửi tín hiệu cắt liên tục nếu bit D3 của byte lệnh đƣợc thiết
lập
Khối điều khiển Modem
Khối này tạo và nhận tín hiệu RTS (Request to Send).
Ngoài ra, còn có các tín hiệu ra DTR (Data Terminel Ready) và tín hiệu
vào DSR (Data Set Ready). Đó là những tín hiệu vạn năng.
Tín hiệu DTR điều khiển bởi bit D2 bởi byte lệnh.
Tín hiệu DSR thể hiện ở bit D7 của thanh ghi trạng thái.
USART không định nghĩa các tín hiệu này một cách cứng ngắc. Thông
thƣờng:
– Tín hiệu DTR qua Modem để chỉ rằng thiết bị đầu cuối sẵn sàng truyền.
– DSR là tín hiệu từ Modem để chỉ trạng thái sẵn sàng liên lạc.
Khối điều khiển vào/ra
Logic điều khiển đọc/ghi giải mã các tín hiệu điều khiển từ Bus điều
khiển của đơn vị trung tâm thành những tín hiệu đều khiển các cổng dẫn số
liệu đến Bus nội của USART.
Bảng sau cho biết sự liên quan giữ các tín hiệu CE, C/D\ RD\
CE
C/D\
RD\
WR\
Ý Nghĩa
0
0
0
0
1
0
1
0
1
x
0
0
1
1
x
1
1
0
0
x
CPU đọc số liệu từ USART
CPU đọc trạng thái từ USART
CPU ghi số liệu vào USART
CPU ghi lệnh vào USART
Bus của USART ở trạng thái trở kháng cao
Khoái thu
Khoái thu nhaän döõ lieäu noái tieáp ôû chaân RxD vaø
chuyeån thaønh soá lieäu song song (P/PC). Tröôùc khi boä thu
laøm vieäc, bit D2 trong Command world cuûa byte leänh phaûi ôû
traïng thaùi cho pheùp. Neáu bit naøy khoâng ñöôïc laäp, boä thu
seõ khoâng taïo ra tín hieäu RxRDI.
– Trong cheá ñoä baát ñoàng boä, 8251 A kieåm tra möùc ñieän
aùp cuûa ñaàu vaøo RxD. Khi coù thay ñoåi möùc logic töø 1
xuoáng 0, 8251 A khôûi ñoäng boä ñeám thôøi gian trong khoái
thu khi ñaët thôøi gian ½ bit, 8251 A kích maãu ñaàu vaøo RxD.
Taïi thôøi ñieåm naøy coù 2 tröôøng hôïp xaûy ra:
– Neáu ñaàu vaøo RxD coù möùc logic cao thì söï thay ñoåi töø 1
xuoáng 0 ôû RxD tröôùc luùc kích maãu laø do nhieãu hay khoái
thu ñaõ khôûi ñoäng boä ñeám trong khi nhaän bit soá lieäu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Nhö vaäy coù sai 8251 boû leänh ñang thöïc hieän vaø chuaån
bò kyù töï môùi.
– Neáu ñaàu vaøo RxD coù möùc logic thaáp trong thôøi ñieåm
kích maãu. 8251 tieáp tuïc kích maãu ñeå nhaän giaù trò cuûa
caùc bit soá lieäu, bit kieåm tra chaün leû vaø caùc bit döøng.
Sau ñoù, 8251 taùch caùc bit khung vaø chuyeån soá lieäu qua
Bus trong ñeán thanh ghi ñeäm soá lieäu thu. Tín hieäu RxRDI
ñöôïc taïo ra ñeå baùo cho trung taâm bieát soá lieäu thu ñaõ
saün saøng.
– Trong cheá ñoä ñoàng boä, khoái thu kích maãu caùc bit soá
lieäu cuûa kyù töï roài ñöa ñeán ñeäm soá lieäu thu vaø laäp
côø RxRDI. Vì boä thu nhoùm moät soá bit thaønh kyù töï neân
ñöôïc xaùc ñònh bit soá lieäu ñaàu tieân laø caàn thieát. Ñeå
ñoàng boä giöõa boä thu vaø boä phaùt, neáu coù troáng trong
daõy kyù töï thì 8251 töï ñoäng cheøn kyù töï SYNC vaøo. Quaù
trình ñoàng boä ñöôïc thöïc hieän trong quaù trình baát ñoàng
boä.
Khoái ñeäm vaøo ra
–
Khoái ñeäm vaøo ra chöùa: Thanh ghi traïng thaùi, thanh ghi
soá lieäu thu (thanh ghi ñeäm soá lieäu thu), thanh ghi soá lieäu
phaùt vaø leänh (thanh ghi ñeäm soá lieäu phaùt vaø leänh).
–
Nhö vaäy, chæ coù moät thanh ghi chöùa thoâng tin chuyeån
töø ñôn vò trung taâm vaøo USART. Thoâng tin naøy bao goàm
soá lieäu vaø leänh, do vaäy phaûi coù söï phaân chia thôøi gian
giöõa leänh vaø soá lieäu. Leänh phaûi ñöôïc göûi tröôùc soá
lieäu. Tröôùc khi göûi soá lieäu vaøo USART. Ñôn vò trung taâm
phaûi kieåm tra tín hieäu saün saøng phaùt TxRDI. Neáu göûi
thoâng tin khi TxRDI ôû traïng thaùi chöa saün saøng soá lieäu
chuyeån ñi coù theå sai
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƢƠNG I
ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO
CHƢƠNG TRÌNH SỐ
I _ KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ
Ở máy thông thƣờng việc điều khiển chuyển động cũng nhƣ thay đổi
vận tốc của các bộ phận máy điều khiển đƣợc thực hiện bằng tay. Với cách
điều khiển này thời gian phụ thuộc khá lớn, nên không thể nâng cao năng suất
lao động.
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình điều
khiển. Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu ngƣời ta dùng phƣơng
pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển. Đặc điểm
của loại máy tự động này là rút ngắn thời gian phụ, nhƣng thời gian chuẩn bị
sản xuất quá dài (thời gian thiết kế và chế tạo,thời gian điều chỉnh máy …).
Nhƣợc điểm này không đáng kể, nếu sản xuất với khối lƣợng lớn. Trái lại với
lƣợng sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thƣờng xuyên, loại máy tự động trở
nên không kinh tế. Do đó cần phải tìm ra phƣơng pháp điều khiển mới, đảm
bảo thời gian điều chỉnh máy để gia công từ loại chi tiết này sang chi tiết khác
đƣợc nhanh. Yêu cầu này đƣợc thực hiện với việc điều khiển theo chƣơng
trình.
Điều khiển theo chƣơng trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều
khiển (tín hiệu ra) đƣợc thay đổi theo một qui luật trƣớc. Nói cách khác, trên máy điều
khiển theo chƣơng trình, thứ tự, giá trị của các chuyển động cũng nhƣ thứ tự đóng mở các
bộ phận máy, đóng mở hệ thống làm nguội, bôi trơn, thay mũi khoan… Điều đƣợc thực
hiện đúng theo một chƣơng trình đã vạch sẵn. Các cơ cấu mang chƣơng trình này đƣợc đặt
vào thiết bị điều khiển, và sẽ làm tự động theo chƣơng trình đã cho.
Nếu các chƣơng trình trên đƣợc ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng
mẫu ghép hình … Ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển theo chƣơng trình
phi số. Nếu các chƣơng trình đƣợc biểu thị bằng các chữ số dƣới dạng mã hiệu, ta gọi hệ
điều khiển theo chƣơng trình số.
Nhƣ vậy điều khiển theo chƣơng trình số là một quá trình tự động cho phép đƣa
một cơ cấu di động từ vị trí này đến vị trí khác bằng một lệnh. Sự dịch chuyển ấy có thể là
lƣợng di động thẳng (hoặc một góc quay theo các bậc tự do).
Trong nhiều trƣờng hợp, phƣơng pháp điều khiển theo chƣơng trình số đƣợc thiết
kế tự động hóa việc di chuyển một cơ cấu từ vị trí này đến vị trí khác, ta gọi là “điều khiển
theo điểm”. Nhƣng ta cũng dễ dàng khi rút ngắn vô hạn khoảng cách giữa các điểm di
động kế tiếp nhau và sẽ đạt đến một quá trình điều khiển quỹ đạo gọi là điều khiển theo
đƣờng.
Phƣơng pháp điều khiển theo chƣơng trình số có thể dùng để di động bất kỳ một
cơ cấu nào đƣợc truyền động bằng động cơ. Phạm vi sử dụng nó rất rộng, nhƣng chủ yếu là
tự động hóa máy công cụ.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Vì chƣơng trình số có thể tiến hành cách xa máy và máy có hệ thống đo lƣờng
riêng, nên hệ thống điều khiển này có thể điều khiển một cách dể dàng và nhanh chóng.
Hệ thống điều khiển theo chƣơng trình số còn đƣợc gọi tắt là hệ thống NC
(Numerical Control) và máy điều khiển theo chƣơng trình số đƣợc gọi là máy NC. Nhƣ
thế: Máy NC là loại máy công cụ hoạt động tự động một phần hoặc toàn phần với các lệnh
đƣợc thể hiện bằng dạng tín hiệu là các chữ số đƣợc ghi trên băng từ, đĩa từ hoặc phim…
Bƣớc phát triển cao của máy điều khiển theo chƣơng trình số là sự ra đời của trung
tâm gia công CNC. Vậy trung tâm gia công là một loại máy điều khiển theo chƣơng trình
số có cơ cấu tự động để thực hiện nhiều loại nguyên công khác nhau sau một lần kẹp chi
tiết, với sự trợ giúp của máy tính điện tử.
CNC có thể phân thành 2 loại: Loại dùng để gia công có dạng thân hộp tấm, loại
gia công chi tiết tròn xoay.
II _ ĐẶC ĐIỂM CỦA CNC
–
Tập trung nguyên công cao độ.
–
Có cơ cấu cấp dao tự động với dung lƣợng lớn.
–
Phần lớn CNC thƣờng có bàn máy phụ và đồ gá.
–
Đạt đƣợc độ chính xác cao ở nguyên công tinh.
–
Các CNC thƣờng dùng hệ thống điều khiển theo đƣờng.
III _ HỆ TOẠ ĐỘ MÁY
Các điểm mà trong khi gia công đƣợc xác định trong một chƣơng trình để mô tả vị
trí của các điểm náy trong vùng làm việc, ta dùng hệ tọa độ. Nó bao gồm ba trục vuông góc
với nhau cũng cắt nhau tại điểm gốc 0.
Với hệ toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng đƣợc xác định thông qua các tọa độ
của nó. Hệ tọa độ máy do nhà chế tạo xác định, thông thƣờng nó không thể thay đổi.
Hình 1-1 : Hệ tọa độ vuông góc trên máy
–
Trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị. Trên máy khoan nằm song song với bàn
máy ( bàn kẹp chi tiết).
–
Trục Y là trục thứ 2 trong mặt phẳng định vị. Trên máy khoan nó nằm trên mặt máy và
vuông góc với bàn máy.
–
Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này đƣợc nhà chế tạo xác
định. Chiều dƣơng của trục Z chạy từ chi tiết hƣớng đến mũi khoan. Điều đó có nghĩa
là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, mũi khoan sẽ đi tới bề mặt chi tiết.
Để xác định nhanh chiều của các trục,
dùng luật bàn tay phải(Hình 1-1): Ta đặt
ngón giữa bàn tay phải theo chiều của
trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ về chiều của
Hình 1-2: Xác định nhanh chiều
trục tọa độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
trục x và ngón tay trỏ sẽ chỉ theo chiều
của trục Y.
Hệ toạ độ cơ bản đƣợc gắn liền với
chi tiết.
Bởi vậy khi lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chổ xác định chi tiết đứng yên còn
mũi khoan thì chuyển động. Điều đó có nghiã là:
Khi khoan rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhƣng để đơn giản hơn cho việc lập
trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn mũi khoan thì dịch chuyển. Ta gọi đó là
chuyển động tƣơng đối của mũi khoan.
Để mô tả đƣờng dịch chuyển của mũi khoan (dữ liệu tọa độ) trên một số máy CNC có
cả hai khả năng.
a) Dùng toạ độ Đề_Cac :
Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề Các, ta đƣa ra khoảng cách đo song song với trục từ một
điểm tới một điểm khác.
Các khoảng cách theo chiều dƣơng của trục có kèm theo dấu dƣơng (+) phía trƣớc. Các
khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm (-) phía trƣớc.
Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức:
Đo tuyệt đối:
Với các số đo tuyệt đối, ta đƣa ra tọa độ các điểm đích tính từ một điểm cố
định trong vùng làm việc. Nghĩa là trong mỗi chuyển động đều xác định mũi khoan
phải dịch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.
Đo theo chuổi kích thƣớc:
Với các số đo theo chuỗi kích thƣớc, ta đƣa ra tọa độ các điểm đích
tính từ các điểm dừng lại của mũi khoan sau một lổ khoan đƣợc khoan. Nghĩa
là trong mỗi chuyển động đều đƣa ra số liệu của mũi khoan cần đƣợc dịch
chuyển tiếp một lƣợng là bao nhiêu nữa theo từng trục toạ độ.
b) Dùng tọa độ cực :
Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ tọa độ cực, ta đƣa ra vị trí của một điểm thông qua
khoảng cách và góc so với một trục cơ sở.
Các tọa độ cực chỉ có thể đo trên một mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một hệ tọa
độ cực có 3 mặt phẳng chính. Từ 3 trục x, y và z của hệ thống sẽ có 3 mặt kẹp, đó là: Mặt
x/y, mặt x/z, mặt y/z.
Những điểm quan trọng trong một hệ tọa độ cực
Điểm chuẩn : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ máy.
Điểm 0 chi tiết : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ chi tiết, nó đƣợc giữ cố định cho một
chi tiết.
Điểm 0 lập trình : Là điểm gốc 0 từ đó xác định các dữ liệu cập nhật trong một
chƣơng trình. Điểm này có thể thay đổi thông qua lệch dịch chuyển điểm 0.
IV _ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN
Phù hợp với yêu cầu đa dạng trong thực tế, ngƣời ta phân biệt hệ điều khiển theo ba
mức điều khiển khác nhau :
–
Điều khiển theo điểm.
–
Điều khiển theo đoạn.
–
Điều khiển theo đƣờng.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
1. Điều khiển theo điểm:
Là hệ thống điều khiển không có mối
quan hệ hàm số (vô hàm) giữa các chuyển
động dọc theo trục tọa độ. Nhiệm vụ chủ yếu
của hệ thống điều khiển là định vị chính xác
mũi khoan hoặc chi tiết vào ví trí yêu
cầu. Hệ thống này không kiểm tra theo
qũi đạo, vận tốc, mà kiểm tra theo vị trí
định vị.
Điển hình nhất của hệ thống này là điều khiển để khoan lỗ tức là cần điều khiển chuyển
động tƣơng đối giữa dao và phôi đến từng điểm xác định. Chẳng hạn từ điểm A(X1,Y1
),
B(X2,Y2
). Đặc điểm của loại điều khiển này là trong quá trình điều khiển mũi khoan không
làm việc. Quá trình gia công chỉ đƣợc tiến hành theo bất cứ tọa độ nào: Có thể trƣớc tiên
theo tọa độ X, sau đó theo Y hoặc ngƣợc lại, hoặc đồng thời thực hiện cùng một lúc trên
hai trục với vận tốc lớn nhất .
2. Điều khiểu theo đoạn :
Cũng giống nhƣ hệ thống điều khiển
theo điểm, tức là không có quan hệ hàm
số giữa các chuyển động theo tọa độ.
Điểm khác là khi định vị, mũi khoan làm
việc nên không thể định vị theo một
đƣờng bất kỳ, mà thông thƣờng phải
theo hƣớng song song với một trục tọa
độ.
Thí dụ :
Khi khoan cạnh song song với trục tọa độ đƣợc xác định bởi các điểm (X1,Y1) và
(X2,Y2) thì phải di động bàn máy (hoặc mũi khoan) theo tọa độ Y. Trong lúc đó bàn trƣợt
theo hƣớng X phải đứng yên. Chỉ sau khi khoan xong các điểm song song với trục Y rồi
mới tiến hành định vị các điểm song song với trục X.
Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển theo điểm và theo đoạn không khác nhau.
Do đó, ta có thể thực hiện hệ thống này theo sơ đồ sau.
Y
Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển
theo điểm
y2
y1
x1
x2
X
A
B
Hình 1-4: Sơ đồ điều khiển theo
đoạn
X
Y
y2
y1
x1
x2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo điểm và đoạn khởi đầu bằng các số liệu về
hình dáng và số liệu công nghệ chi tiết gia công. Hai số liệu ấy tạo thành dữ liệu gia công.
Thông qua quá trình lập trình, nhờ cơ cấu ghi mã hiệu, các dữ liệu gia công đƣợc biến
thành các mã hiệu ghi vào chƣơng trình. Chƣơng trình này bao gồm tất cả mọi tín hiệu cần
thiết cho việc điều khiển các cơ cấu của máy.
Những khâu kể trên có thể thực hiện ở bất cứ nơi nào, tách xa khởi máy, nên gọi là
phần xử lý dữ liệu bên ngoài. Dữ liệu gia công cũng có thể đƣa trực tiếp vào bảng điều
khiển số đặt trên máy (nhƣ máy NC đơn giản) hoặc truy nhập trực tiếp vào máy tính trung
tâm nhƣ ở hệ thống CNC. Các khâu kế tiếp của xích điều khiển điều đặt bên trong máy,
nên gọi là phần xử lý dữ liệu bên trong.
Khâu đầu tiên của phần xử lý dữ liệu bên trong là cơ cấu đọc. Vì chƣơng trình ghi
các dữ liệu gia công dƣới dạng mã hiệu, nên phải qua cơ cấu giải mã để biến mã hiệu thành
những tín hiệu điều khiển: Tín hiệu hành trình và tín hiệu khởi động.
Tín hiệu khởi động có nhiệm vụ đóng ngắt các cơ cấu tác động, nên ta không đề
cập đến trong sơ đồ cấu trúc. Còn tín hiệu hành trình là những trị số đã đƣợc xác định để
định vị bàn máy theo tọa độ X-Y. Tín hiệu hành trình cần đƣa qua cơ cấu chuyển đổi,
nhằm tạo nên những tín hiệu giống nhau để đƣa vào cơ cấu so sánh.
Cơ cấu so sánh có hai tín hiệu vào: một tín hiệu là những trị số xác định từ chƣơng
trình đƣa đến gọi là giá trị cần, một tín hiệu là những trị số thực tế từ thiết bị đo hành trình
của bàn máy đƣa đến gọi là giá trị thực. Qua cơ cấu so sánh, nếu hai gía trị chênh lệch
nhau, sẽ tạo nên một tín hiệu sai lệch. Qua cơ cấu khuếch đại, tín hiệu sai lệch làm khởi
động động cơ (động cơ quay bàn máy) để bù sai số. Khi đạt đến vị trí đã định, giá trị cần
và giá trị thực bằng nhau, tín hiệu sai lệch sẽ bằng không, cơ cấu khởi động dừng.
SƠ ĐỒ CẤU TRÚC
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THEO
ĐIỂM VÀ ĐOẠN
Số liệu hình dáng
Số liệu công nghệ
Dữ liệu gia công
Lập chƣơng trình
Cơ cấu ghi mã hiệu
hiệu
C
h
ƣ
ơ
n
g
t
r
ì
n
h
Xử lý dữ liệu
Bên ngoài
Bên trong
Cơ cấu đọc
C
ơ
c
ấ
u
T
ín
hiệ
T
ín
hiệ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
C
Hệ thống điều khiển vừa mô tả trên là hệ thống kín. Để tạo nên hệ thống kín thông
thƣờng rất tốn kém. Vì thế, ngƣời ta đang cố gắng để tạo nên một hệ thống điều khiển đơn
giản hơn.
Thí dụ nhƣ hệ thống dùng cơ cấu ngắt. Ở đây, các tín hiệu khởi động điều khiển
trực tiếp các động cơ điều khiển, chứ không phải tìm hiệu số sai lệch của cơ cấu so sánh
sau khi đƣợc khuếch đại. Việc so sánh tín hiệu cần với tín hiệu thực cũng đƣợc tiến hành
nhƣ trên. Nhƣng khi có sai lệch nó sẽ tác động động cơ ngắt, làm dừng động cơ điều khiển.
Cơ cấu khuếch đại
Động cơ điều khiển
