máy vẽ tự động dùng vi điều khiển

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 1


CHƯƠNG I
TÌM HIỂU VỀ CAD/CAM/CNC


1.1. KHÁI NIỆM VỀ CAD/CAM

1.1.1 Khái niệm về CAD.
CAD là chử viết tắt (Computer Aided Design) chính là việc sử dụng hệ thống máy
tính để tạo ra các bản vẽ thiết kế, khả năng sửa chữa và phân tích nhờ tính năng đồ họa
và các chương trình phần mềm của máy tính.
Hệ thống máy tính gồm phần cứng và phần mềm để thiết kế tùy theo yêu cầu sử
dụng .
- Phần cứng: bao gồm máy tính, thiết bị trình bày đồ họa và thiết bị ngoại
vi.
- Phần mềm: là các chương trình đồ họa và các chương trình tính toán.

1.1.2 Khái niệm về CAM.
CAM (Coputer Aided Manufacturing) là việc sử dụng máy tính để trợ giúp quá
trình sản xuất như: lập kế hoạch sản xuất, quản lý và điều khiển các thao tác.

1.2. CÁC CÔNG CỤ CỦA HỆ THỐNG CAD/CAM
1.2.1 Công cụ của hệ thống CAD
Là phần giao của ba tập hợp sau:
- Khái niệm đồ họa máy tính
- Các công cụ thiết kế
- Mô hình hóa hình học
Công cụ CAD đòi hỏi nhanh chóng và đáng tin để có thể thiết kế chi tiết một cách
có hiệu quả mặt khác còn phải có nhiều tiện ích để quá trình thiết kế đạt hiệu quả cao.

1.2.2 Công cụ của CAM .
Là phần giao của ba tập hợp:
- Các khái niệm nối mạng
- Các công cụ sản xuất
- Các công cụ CAD

1.2.3 Công cụ của CAD/CAM
CAD/CAM là một công nghệ bao gồm cả phần cứng phần mềm. Ứng dụng nhiều
nhất là các ngành sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao và các chi tiết phức tạp.
Do đó khi áp dụng được công cụ CAD/CAM vào quá trình sản xuất rẽ rút gắn được
rất nhiều công đoạn.

1.3 NHỮNG LỢI ÍCH CỦA CAD/CAM
1.3.1 Lợi ích của CAD
Có rất nhiều lợi ích từ CAD: chất lượng công việc tốt hơn, có nhiều thông tin bổ
ích hơn, điều kiện điều khiển tốt hơn. Sau đây là những lợi ích mà hệ thống
CAD/CAM có thể mang lại.
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 2


- Năng suất thiết kế tăng
- Thời gian thiết kế giảm
- Giảm được số người thiết kế
- Dễ đáp ứng nhu cầu khách hàng
- Đáp ứng nhu cầu nhanh hơn
- Ít có lỗi hơn trong quá trình làm việc
- Chính xác hơn
- Dễ nhận ra sự đụng nhau giữa các bộ phận
- Phân tích tốt hơn, giảm được thử mẫu
- Giúp chuẩn bị sơ đồ

- Thiết kế hợp tiêu chuẩn hơn
- Giảm thởi gian đào tạo để vẽ và lập trình NC
- Lập trình NC ít hơn
- Tiết kiện được vật liệu và thời gian nhờ quá trình thiết kế tối ưu
- Đảm bảo kết quả làm việc
- Quản lý đội ngủ thiết kế dự án hiệu quả hơn
- Giúp kiển tra các chi tiết phức tạp
- Giúp cho kỹ sư công nghệ, thiết kế, vẽ, quản lý và các nhóm khác tạo
thành một ê kip làm việc hiệu quả và hiểu biết nhau nhiều hơn.

1.3.2 Lợi ích của CAM
Cùng với những lợi ích của CAD đã làm cho CAM trở nên hữu ích như sau:
- Thiết kế dụng cụ và đồ gá cho chế tạo
- Lập trình NC
- Lập kế hoạch gia công
- Lập danh sách chi tiết ghép cho sản xuất
- Kiểm tra nhờ máy tính
- Lập kế hoạch Roboties
- Công nghệ nhóm
- Chu trình sản xuất ngắn hơn nhờ lên lịch trình sản xuất hợp lý

1.4 TƯƠNG LAI CỦA CAD/CAM
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo ông nghệ tiên tiến
là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều
khiển bởi máy tính điện tử (CIM).
Các thành phần của hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính được quản lý và
điều hành dựa trên cơ sỡ dữ liệu trung tâm mà thành phần quan trọng là các dữ liệu từ
quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập qui trình
chế tạo, gia công điều khiển số (CAM) mà nó chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản
xuất điều khiển số, như các loại máy công cụ, máy gia công , người máy và các thiết bị

phụ trợ khác.
Rộng hơn, dữ liệu từ quá trình CAD là cơ sở để hoạch định sản xuất và điều khiển
quá trình kiểm soát chất lượng sản phẩm.

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 3


1.5 SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC.

Cùng với việc phát triển máy tính, khoàng cuối năn 50 máy CNC ra đời.
Ở máy cắt kim loại thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay
đổi vận tốc của các bộ phận máy đều thực hiện bằng tay. Với cách điều khiển này thời
gian phụ khá lớn, nên không thể tăng năng suất lao động cũng như đảm bảo độ chính
xác của vật gia công.
Do đó để giảm thời gian phụ ta cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình điều
khiển. trong sản xuất hàng loạt, từ lâu người ta dùng phương pháp gia công tự động
với việc tự động bằng các dấu tì, bằng cam trên trục phân phối …Đặc điển của loại
máy tự động này là rút ngắn đựoc thời gian phụ, nhưng thời gian chuẩn bị sản xuất
dài(thời gian thiết kế và chế tạo cam, thời gian điều chỉnh máy…) Nhược đểm này
không đáng kể nếu sản xuất với số lượng lớn. Trái lại với sản xuất nhở, mặt hàng phải
thay đổi thường xuyên, loại máy tự động này trở nên không kinh tế. Do đó cần phải
tìm ra phương pháp điều khiển mới, đảm bảo thời gian điều chỉnh máy để gia công tử
loại chi tiết này sang loại chi tiết khác được nhanh. Yêu cầu này được thực hiện vơi
việc điều khiển theo chương trình.
Điều khiễn theo chương trỉnh là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều
khiển(tín hiệu ra) thay đổi theo một quy luật đã định trước. Nói cách khác, trên máy
điều khiển theo chương trình, thứ tự giá trị của chuyển động cũng như thứ tự giá trị
của chuyển động, thứ tự chuyển động của các bộ phận của máy, đóng mở các hệ thống
làm nguội, bôi trơn, thay giao… đều đưôc thực hiện theo một trình tự đã được lập trình
sẵn. Các cơ cấu mang chương trình này được đặt vào thiết bị điều khiển và máy sẽ làm

việc tự động theo chương trình đã chọn.
Nếu các chương trình trên được ghi lại bằng các vấu tì, bằng hệ thống cam, bằng
mẫu chép hình… ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển vi số. Nếu các
chương trình được biểu thị bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi đó là chương
trình điều khiển theo dạng số.
Như vậy điều khiển theo chương trình số là một quá trình tự động cho phép đưa
một cơ cấu di động từ vị trí này đến vị trí khác bằng một lệnh. Sự dịch chuyển này có
thể là lượng di động thẳng hay góc quay theo các bậc tự do.
Trong nhiều trường hợp phương pháp điều khiển theo chương trình số được 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 điển. nhưng ta chũng thực hiện dễ dàng khi rút ngắn vô hạn khoảng cách
giữa hai điển di động kế tiếp nhau và sẽ đạt được một quá trình điều khiển quĩ đạo gọi
là “điều khiển theo đường”.

Phương pháp điều khiển chương trình số có thể được dùng để di động bất kỳ một
cơ cấu nào được truyền động bằng cơ. Phạm vi sử dụng của nó rất rộng, nhưng chủ
ỵếu là tự động hóa máy công cụ.
Chương trình ghi bằng các chữ số được thực hiện ở ngoài máy, dưới dạng băng
xuyên lỗ, bằng từ. đĩa từ, film… Các chương trình này có thể cât giữ vào kho, khi cần
sử dụng ta chỉ cần nạp vào máy để máy thực hiện chương trình và điều khiển các
chuyển động theo yêu cầu.
Vì làm các chương trình số có thể tiến hành xa máy và máy có hệ thống đo lường
riêng, nên hệ thống này có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng.
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 4


Hệ thống điều khiển theo chương trình số còn được gọi là hệ thống NC (Numerical
Control) và máy điều khiển theo chương trình số được gọi là máy NC. Như thế máy
NC là loại máy công cụ hoạt động tự động một phần hoặc toàn phần với các lệnh được
thể hiện bằng dạng tín hiệu số được ghi trên phiếu đục lỗ, đĩa từ, băng từ…

Công nghệ ngày càng được phát triển cao hơn nữa, đặc biệt là CAD (Computer
Aided Design), CAM (Computer Aided Menufacturer) giúp cho công việc sản xuất
diễn ra nhanh hơn và linh hoạt hơn, từ đó máy CNC ra đời. máy CNC là máy NC
nhưng được hỗ trợ bằng máy tính.

1.6 MÁY CNC NGÀY NAY
Xu thế phát triển máy NC là càng ngày càng hoàn thiện hơn máy NC. Trên cơ sở
máy NC tạo nên các trung tâm gia công (CNC), các hệ thống gia công (DNC), các hệ
thống sản xuất tổng hợp(CIM) và nhà máy tự động đi cùng với sự phát triển của ngành
vi địện tử, phát triển trí tuệ nhân tạo và công nghệ người máy.
CNC- Computer Numerical Control
Hệ thống dựa trên máy vi tính, chứa một hoặc một vài máy vi tính (bộ xử lý) trong
đó phần mềm giữ chức năng thi hành các thuật toán của việc điều khiển máy công cụ.
CNC là một loại máy điều khiển theo chương trình số, có cơ cấu vận hành tự động
thực hiện nhiều công việc khác nhau sau mỗi lần phôi được gá với sự điều khiển của
máy tính. Về cơ bản, hoạt động của may CNC do chương trình của máy tính lắp trên
consol của máy điều khiển.
Chương trình điều hành cơ bản được cài đặt để thực hiện các nhiệm vụ:
 Nạp dữ liệu chương trình và ghi nhớ dữ liệu
 Xử lý các dữ liệu để nhận được các chuyển động của máy
và các chức năng phụ như hệ thống đóng ngắt.
 Điều khiển các chuyển động của máy: chuyển dịch tọa độ,
tính toán sai số và hiệu chỉnh.
DNC – Direct Numerical Control
Đây là một hệ thống điều khiển phân phối với một máy chủ trung tâm, duy trì một
cơ sở dữ liệu của các kênh NC và phân phối chúng để đáp ứng yêu cầu của các đơn vị
điều khiển máy thông qua mạng liên kết giao tiếp. Các máy công cụ có thể có các kiểu
điều khiển đa dạng, bao gồm CNC.
DNC là một hệ thống gồm nhiều máy NC ghép lại và được điều khiển bởi một máy
tính điện tử trung tâm thực hiện mối liên hệ trực tiếp với các máy. DCN đầu tiên ra đời

vào năm 1961. Ở hệ thống này người ta có thể loại bỏ các cơ cấu mang thông tin trung
gian. Các chương trình gia công được lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính trung tâm và
được truyền đến các cụm điều khiển số trên máy NC bằng hệ thống dây cáp. Thông
thường các cụm điều khiển số có bộ nhớ khá lớn để lưu chương trình và có thể hiệu
chỉnh và sửa chữa, xóa và lập trình mới. Nên không cần có bộ thích nghi trung gian để
đảm bảo chức năng này.
Từ máy tính trung tâm, các thông tin chuyển đến các cụm điều khiển số gồm nội
dung chương trình điều khiển, số thứ tự của chương trình chi tiết gia công, danh mục
dụng cụ cắt và dữ liệu điều khịển máy.
Ngược lại, các cụm điều khiển số có thể gởi về máy tính trung tâm các thông tin
như: một chương trình của chi tiết sau khi gá lắp lên trên máy, danh mục các dụng cụ
cắt, tình trạng máy, các tính toán hiệu chỉnh…
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 5


Ở hệ thống này các chương trình có thể thay đổi một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Đây là ưu điểm nổi bật của máy DNC. Mặt khác nhờ có máy tính điện tử trung tâm,
DNC có thể cài đặt quá trình công nghệ vào hệ thồng xử lý dữ liệu của xí nghiệp, và
như thế toàn bộ quá trình gia công được tự động hóa hoàn toàn.
ANC – Adaptive Numerical Control
ANC là tập hợp các phần tử điều khiển số áp dụng các đặc tính tự thích nghi vào
hệ thống điều khiển hay bảo đảm tự động sửa chữa các lỗi trong trường hợp một thông
tin không đầy đủ. Nó có thể là một phần của hệ thống NC.
ANC được ra đời nhằm nâng cao năng suất máy và làm giảm thời gian chính. Vì
thế vào năm 1965 loại điều khiển thích nghi AC được đưa vào sử dụng lần đầu tiên
trên máy NC, và máy NC được điều khiển bằng hệ thống AC được gọi là máy ANC.
Điều khiển là một hệ thống nhằm điều khiển các thông số đặc trưng cua một quá
trình nào đó để đạt được một già trị phù hợp nhất, tối ưu nhất. Nói một cách khác, AC
có nhiệm vụ so sánh khả năng có thể có với một giá trị được cho trước nhằm đạt đến
một kết quả tối ưu(vd: lực cắt, độ dày mỏng đường cắt, moment, giá thành tối

thiểu…). Thông thường ở hệ thống AC phải cần máy tính điện tử. Trong hệ thống AC
việc đo đạc các đại lượng (vd: chiều sâu cắt, vận tốc cắt…) được làm một cách tự
động. Công suất, biến dạng trục chính, biến dạng dao cắt…có thể được đo một hoặc
nhiều đại lượng một lúc. Trị số lớn nhất cho phép của các đại lượng này tạo thành các
điều kiện giới hạn đưa cào máy qua nút nhấn hoặc qua cơ cấu chương trình.
FMS – Flexible Manufacturing System
FMS là một thuật ngữ chung để chỉ một bộ phận chế tạo và điều khiển bằng máy
tính mà có thể tự động gá, đặt, để các chi tiết khác nhau để sản xuất, được nhóm thành
các họ.
FMM – Flexible Manufacturing Module. Một phần trang thiết bị sản xuất của
FMS. Thí dụ một máy công cụ đa chức năng có bộ phận cấp phôi tại chổ (cơ cấu
truyền) chuyển chi tiết gia công và dụng cụ.
FML – Flexible Manufacturing Line. Một phân xưởng hay môt phần của phân
xưởng bao gốm một vài FMM với một hệ thống điều khiển dựa trên máy tính thông
thường, một băng chuyền và nhà kho. Máy tính lưu trử các dữ liệu chương trình điều
khiển, truyền chúng tới các bộ phận (MCU) và cũng đảm bảo điều khiển và lập kế
hoạch.
FMF – Flexible Manufacturing Factory. Một FMF bao gồm một vài FML, một vài
FMM với một hệ thống vận chuyển hệ thống thông thường, một nhà kho và một hệ
thống điều khiển dựa trên máy tính kiểu phân cấp phân phối thông tin thông qua một
mạch cục bộ LAN (Logical Area Network).
Ý tưởng kết hợp giữa máy NC và máy tính điện tử trong quá trình sản xuất đã được
M.E.Merchant đề ra năm 1961 và năm 1965 hệ thống sản xuất điều khiển
D.Williamson bằng máy tình đầu tiên đã ra tại Mỹ năm 1967 D.williamson (người
Anh) đã đưa ra hệ thống sản xuất mang đầy đủ ý nghĩa linh hoạt của nó.
Hệ thống máy sản xuất linh hoạt là hệ thống có trình độ tự động hóa cao, bao gồm
một số máy Nc,CNC, các thiết bị tự động cấp phôi, cấp dao, đo lường, vận chuyển và
lưu trữ chi tiết… với sự điều khiển của máy tính để đảm bảo linh hoạt và năng suất cao
cho sản xuất nhỏ, trung và lớn.
Tính linh hoạt cao của hệ thống được thể hiện ở các mặt sau:

 Có khả năng sản xuất 20-30 loại chi tiết có quy trình gia công khác nhau.
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 6


 Có khả năng thay đổi nhanh số lượng sản phẩm và thực hiện các đơn đặp hàng
cấp tốc.
 Tổn phí cho việc tạo lập phần mềm it.
 Tùy thuộc vào quy mô cấu trúc, hệ thống sản xuất linh hoạt có thể phân thành
các loại sau:
 Đơn vị sản xuất linh hoạt (FMC- Flexible Manufacturing Cell). Nhóm
sản xuất linh hoạt bao gồm hai hay nhiều máy NC, tối thiểu là một CNC với bàn gá
dao và cơ cấu cấp phôi, cấp dao tự động ở tùng máy. Điều khiển của máy và toàn bộ
hoạt động của FMC do may tình trung tâm thực hiện phối hợp với các mạng may vi
tính độc lập. Phôi được hoàn tất tòan phần hay môt phần sau khi rời MFC. MFC chủ
yếu dùng cho sản xuất hàng loạt nhỏ hay trung bình.
 Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexible Manufacturing System):
FMS bao gồm một hoặc nhiều FMC do hệ thống do hệ thống vận chuyển tự động (xe
điều khiển tự động như xe bốc xếp băng tải… điều khiển máy tính) Hệ thống vận
chuyển di động các bàn gá dao, phôi vật liệu, dụng cụ giữa các máy, kho và nơi làm
việc. Điều khiển toàn bộ hệ thống là máy tính điện tử trung tâm. FMS dùng cho sản
xuất hàng loạt trung bình và lớn cho những chi tiết có dạng gần giống nhau.
Với sự phát triển hạn chế trong những năm đầu đến nay các nước đều tiếp nhận
hiệu quả kinh tế của FMS. Cho đến năm 1980 toàn thế giới đưa vào sử dụng khoảng
70 FMS, cho đến năm 1987 đã có gần 300 hệ thống.
CIM – Computer Integrated Manufacturing.
CIM là sự liên kết toàn bộ giữa CAD và CAM vào một quá trình được giám sát
và điều khiển hoàn toàn bằng máy tính.
Với sự phát triển của họ máy NC như CNC, DNC, của các hệ thống sản xuất linh
hoạt FMC, FMS; của kỹ thuật người máy và hệ thống phần mềm điều khiển tự động
của máy tính điện tử, đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống sản xuất tổng hợp vào năm

1978. Hiện SIM mới chỉ phát triển ở các nước công nghiệp phát triển và nó gần như
là một kho công cụ về thể chất và tinh thần của xu thế tự động hóa ngày nay.
CIM là một hệ thống sản xuất sử dụng trí tuệ nhân tạo tổng hợp ở trình độ cao,
các thiết bị sản xuất, các hệ thống thông minh, các phần mềm điều khiển để thực
hiện môt quá trình công tác tự động.
Đứng về mặt xử lý thông tin, CIM là:
- Một hệ thống tổng hợp các hệ thống thiết kế và kiển tra tất cả các tài nguyên của
quá trình sản xuất.
- Một phương tiện phục vụ cho tự động hóa thu thập thông tin giữa các hệ thống
máy tính và sử dụng nó cho việc hình thành một hệ thống phản hồi kín để thiết kế
và điều khiển.
Về phần cứng SIM có :
- Nhiều đơn vị gia công dùng cho từng mục tiêu riêng biệt, hoặc xây dựng thành
một hệ thống sử dụng cho nhiều mục đích.
- Hệ thống băng tải tự động nối liền các đơn vị gia công.
- Hệ thống cấp phôi và cấp dao tự động cũng như hệ thống tải phôi.
- Một máy tính điện tử trung tâm.
Sự khác biệt giữa một máy CIM và NC là trình độ tự động hóa tổng hợp của quá
trình công tác. Ở máy NC tự động hóa được thực hiện trên từng phần công việc, không
có mối quan hệ trực tiếp giữa các khâu công tác của các máy độc lập. Ở CIM các đơn
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 7


vị gia công thực hiện từng phần công việc liên quan chặt chẻ với nhau tạo thành một
quá trình sản xuất tổng hợp. Mối quan hệ giữa từng công đoạn không chỉ theo thứ tự
công nghệ mà còn rất nghiêm ngặt về nhịp độ thời gian để chi tiết gia công đi từ may
này sang máy khác một cách ngắn nhất. CIM có thể sản xuất với bất kỳ loại nào thậm
chí có thể sản xuất cùng một lúc nhiều loại chi tiết khác nhau.
Về thực chất, nội dung hoạt động của SIM là tổng hợp của năm lĩnh vực hoạt động
riêng đó là: hệ thống thiết kế sản xuất bằng máy tính điện tử CAD (Computer Aided

Disign), hệ thống thiết kế quá trình và điều khiển sản xuất bằng máy tính CAPPC
(Coputer Aided Planing Control), hệ thống thiết kế quy trình công nghệ bằng máy tính
CAPE (Computer Aided Production Engineering), hệ thống tồn trữ và vận chuyển
bằng máy tính CAST (Computer Aided Storage and Transporttation), hệ thống tổ chức
và điều khiển sản xuất bằng máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing).
CIM đang có xu hướng phát triển mạnh ở Mỹ và Canada.
Tóm lại điều khiển theo chương trình số ngày nay đã phát triển trên nền tảng vi
điện tử, thực sự đã làm nên cuộc cách mạng thứ hai của tự động hóa. Các máy NC với
khả năng định vị nhanh và chính xác, sử dụng các dụng cụ tiêu chuẩn, sử dụng các
chương trình có thể thay đổi nhanh trên các băng từ , đĩa từ… thực sự đã trở thành
công cụ tự động hóa có ý nghĩa kinh tế cao. Với việc điều khiển hệ thống bằng các
thiết bị thích nghi, kỹ thuật NC đã có thể thay thế vai trò của công nhân kỹ thật vì hệ
thống AC có khả năng xác định và điều chỉnh các điều kiện gia công tối ưu. Với sự ra
đời của máy CNC, các chức năng thiết kế đơn giản để tạo thành các quỷ đạo chuyển
động phức tạp cũng được tự động hóa. Hệ thống DNC đã có thể điều chỉnh chất lượng
sản phẩm . CIM đã thực sự trở thành hệ thống tổng hợp để chế biến vật liệu và xử lý
thông tin. Từ hệ thống này, nếu trình tự động hóa quá trình tổ chức và điều khiển sản
xuất cũng như quá trình vận chuyển và tốn trữ vật liệu được nâng lên một bậc, nhà
máy tự động sẽ ra đời. Nhà máy tự động loại này đã có nhưng để cho trình độ tự động
của hệ thống sản xuất được to và rộng hơn, cần phải tiến hành nghiên cứu thiết kế
công nghệ một cách hiệu quả hơn.

CCNC Cimple Computer Numerical Control
Ngày nay, người ta đã quen với máy CNC và không lấy làm ngạc nhiên về sự
huyền diệu của nó. Điều này làm cho giá của nhiều loại máy CNC giảm xuống, nhiều
cơ sở nhỏ và gia đình cũng đã có khả năng sử dụng nó.
Tuy nhiên máy CNC sẽ không thể phát huy được hết các ưu điểm của nó nếu
không có một phần mềm chuyên tạo các thiết kế một cách nhanh chóng và có độ chính
xác cao. Các phần mềm CAD, chẳng hạn như Autocad , sẽ giúp được chúng ta trong
việc tạo các bản vẽ đạt được những yêu cầu trên. Vậy tất cả những cái ta cần là một

máy tính, phần mềm CAD, phần mềm CNC, mạch điều khiển và phần cơ khí dùng
được tích hợp hàng loạt động cơ bước.







LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 8


CHƯƠNG II

GIỚI THIỂT TỔNG QUÁT VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐỒ HỌA


2.1 MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐỒ HỌA
2.1.1 Thiết bị quét Raster.
Thiết bị quét Raster (gọi tắt là Raster) cũng là một loại thiết bị thể hiện (màn hình)
chính. Thiết bị Raster thể hiện hình ảnh từ những điểm màu thay vì đường. mỗi điểm
còn được gọi là pixel.

Giới thiệu một số thiết bị Raster:
- Màn hình ( Monitor): màn hình hiển thị trong hệ thống đồ họa máy tính là càu
nối chính trong việc trao đổi thông tin giữa người sử dụng và hệ thống. có nhiều loại
công nghệ được sử dụng để phối hợp các loại màn hình đồ họa. Độ phân dải liên quan
đến khả năng màn hình thể hiện các chi tiết hình ành. Các màn hình đạt đến độ phân
giải 1280x1024 là rất tốt. Ở đây các con số thể hiện các điểm có thể phân biệt trên
màn hình.

- Vùng đệm khung: Vùng đệm khung chiếm rất nhiều bộ nhớ. Giả sử kích thước
hình là d dòng, c cột và cần cho b bit cho một điểm thì cần d*c*b bit. Một thiết bị
Raster chất lượng cao có thể có d=1024, c=1024,b=24.Nhưvậy cần 25 triệu bit (3MB),
như thế vùng đệm này nằm ở đâu và làm sao truy cập được nó.
Với một số hệ Raster, vùng đệm khung thực sự là một phần bộ nhớ của máy, chúng
được gọi là thiết bị bit_maped. Bộ xử lý có thể truy xuất từng điểm và có một mạch
logic để làm tươi màn hình. Để tạo ảnh ứng dụng sẽ ghi màu(là giá trị) trực tíêp lên bộ
nhớ thích hợp. Tại cấp thấp nhất, sẽ có những chỉ thị máy làm việc này.tuy nhiên để
tạo thuận tiện người ta tạo thủ tục Setpixel(row,col,A) để nạp giá trị A cho điểm
tại(raw,col).
- Máy in kim: Cơ cấu in của máy in ma trận điểm là tập hợp từ 7 đền 24 cây kim
cứng sắp xếp trên đầu in, di chuyển theo phương nằm ngang trên bề mặt tờ giấy. Các
máy in này làm việc như thiết bị quét dòng và càn có sự chuyển đổi cho các hình ảnh
dạng quét vecter. Việc in màu nhờ thực hiện ruy ban màu.
Các màu được bổ sung bằng cách gõ hai vùng đệm trên suy ban lên cùng một điểm
trên giấy.
- Máy in, vẽ phun: Cũng là thiết bị quét dòng(raster scan), nó là thiết bị in màu rẽ
tiền. Cơ cấu của nó là gốm các đầu vòi mực gắn ở đầu in, di chuyển trên bề mặt giấy
và phun mục với các màu sắc khác nhau. Các vòi phun được gắn với các hốc mực
bằng các rãnh rất nhỏ được bao bọc bởi các tinh thể áp điện. một xung điện đặt vào các
tinh thể sẽ tạo ra một cái giật nhẹ, làm bắn ra một giọt mực độ phân dải của máy in này
được quy định bởi kích thước vòi phun tạo ra nó. Vòi phun thường rất nhỏ nên khi in
thường gặp một số vấn đề phức tạp.
- Máy in Lazer: là thiết bị quét dòng (raster scan), trong đó chùm tia lazer
quét lên một cái trống quay được tích điện dương, phủ bằng một lớp selen. Phần
mặt trống được chiếu bởi chùm tia lazer sẽ bị mất điện tích dương. Nhựng phần
tích điện còn lại tương ứng với những phần đen trên giấy. một bộ vi xử lý trên
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 9

máy in lazer sẽ thực hiện việc chuyển đổi sang dạng quét dòng.
- Máy in tĩnh điện: là thiết bị nạp điện tích âm cho các phần của loại giấy
được chế tạo đặc biệt, sau đó làm cô đặc bột tỉnh điện dạng lỏng, tích điện dương
lên tờ giấy. Bột tĩnh điện ẽ phủ lên và làm tối phần giấy tích điện âm. Đây là thiết
bị dạng quét dòng , chứa bộ xử lý để thực hiện ciệc chuyển đổi.

2.1.2. Thiết bị vẽ đường:
Có hai loại thường gặp nhất của máy vẽ là dạng trống và dạng phẳng.
- Máy vẽ dạng phẳng: máy vẽ dạng phẳng truy cập đến các vị trí xy trên
mặt phẳng bàng cách chyển động các cần vẽ gắn trên bàn vẽ. Trên cần vẽ gắn
một cây viết vẽ có thể chuyển động dọc theo hai hướng x và y. Cây viết có thể hạ
xuống hoặc nhấc lên, tùy theo việc đường vẽ hay vị trí cây viết thay đổi. Tờ giấy
được giữ trên mặt bàn vẽ bằng tĩnh điện hoặc chân không.
- Máy vẽ dạng trống: máy vẽ dạng trống có một vài điểm rất phức tạp hơn
dạng phẳng, mặc dù các chế độ hoạt động tương đối giống nhau. Trong máy vẽ
dạng trống, tờ giấy được cuốn lên trống vẽ sao cho không có sự trượt. Trống xẽ
sẽ quay tới quay lui, trong khi đầu vẽ trượt trên một cần vẽ cố định, truy cập đến
các điểm trên tờ giấy.
 Nhận xét:
Các thiết bị vẽ đường (lines drawing) chỉ có thể vẽ đường. Thông dụng nhất là
bút vẽ Plotter. Khi Plotter vẽ đường, trước hết bút được di chuyển đến điểm đầu,
đặt bút xuống, sau đó bút di chuyền theo đường thẳng tới đầu kia của đường. Các
thiết bị vẽ đường có hệ tọa độ định sẵn cho bút vẽ.

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CẦN BIẾT KHI THIẾT KẾ MỘT CHƯƠNG
TRÌNH ĐỒ HỌA.

2.2.1 Khái niệm:
Chúng ta đã gặp nhiều dạng “lệnh thiết bị” tùy theo thiết bị. Các thiết bị vẽ đường
như Plotter thì có các thủ tục Pen_up, Pen_down,Go_to(x,y). thiết bị Raster thì có các

thủ tục Setpixel, line. Trong mọi trường hợp ta phải gởi đi tọa độ thiết bị, và mỗi thiết
bị có riêng hệ tọa độ định sẵn. Điều đó gây ra hai vấn đề:
- Khó để tìm hiểu các ý tưởng và phương pháp cơ bản mà không biết chi
tiết về thiết bị.
- Khó thay đổi một ứng dụng viết cho thiết bị này sang thiết bị khác. Như
vậy cần phải “che giấu” chi tiết về thiết bị trong các thủ tục điều khiển để có
được dạng giao tiếp thống nhất cho ứng dụng.
Ví dụ:
Chúng ta cần thủ tục như Draw_line(x1,y1,x2,y2:real) để vẽ đường thẳng từ
điểm(x1,y1) đến (x2,y2).
Bên trong là những lệnh có thể phụ thuộc tọa độ thiết bị, nhưng chương trình ứng
dụng không cần biết ứng dụng này. Vì vậy nó được xem như thủ tục”độc lập thiết bị”.
2.2.2 Sự độc lập thiết bị:
Xuất phát từ nhu cầu “Nếu ta dùng thiết bị khác, mà không phải viết lại chương
trình điều khiển khác hoặc ngay cả không cần biên dịch lại, mà chỉ cần nới kết chương
trình với thiết bị điều khiển mới”.Độc lập thiết bị sẽ giúp bạn làm được điều đó.
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 10


Để đảm bào tính linh động, các tiêu chuẩn đồ họa đã thiết lập cho chương trình ứng
dụng các thay đổi tối thiểu, cho phé có định địa chỉ các thiết bị nhập khác nhau. Khởi
đầu, người lập trình tạo ra một hệ thống tọa độ mô hình, trong mô tả một đối tượng
gọi là hệ tọa độ thực. Tiếp theo, người lập trình mô tả một hệ thống tọa độ thiết bị
chuẩn, bằng cách xác định các vùng hai chiều của bề mặt quan sát mà trên đó hình ảnh
sẽ xuất hiện. Sau đó các tọa độ thiết bị chuẩn sẽ chuyển sang tọa độ thiết bị.



Chương trình ứng dụng sẽ giao tiếp với hệ thống tọa độ chuẩn theo cách thức phù
hợp, không quan tâm đến thiết bị xuất được sữ dụng. Do đó tạo ra được sự độc lập

thiết bị trong việc tạo ảnh của đối tượng.



Hệ thống
t
ọa độ
Hệ thống tọa độ
chu
ẩn(NDC)

Hệ thống tọa
đ
ộ thiết
Thiết bị
v
ật lý

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 11


CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU CÁC GIẢI THUẬT VẼ

3.1 GIẢI THUẬT SINH ĐƯỜNG THẲNG.
3.1.1 Nguyên lý chung:
Trên mặt phẳng bất kỳ. Một điểm được xác định bởi cặp hai giá trị tọa độ: một
theo trục x và một theo trục y, mô tả khoảng cách từ điểm đó đến các trục. Đểm sẽ
nằm trên đường thẳng khi giá trị tọa độ điểm thỏa mãn phương trình biểu diễn đường

thẳng đó. Việc biểu diễn đường thẳng có rất nhiều phương pháp khác nhau.
Nếu hai điểm với tọa độ (x1,y1) và (x2,y2) được sử dụng để xác định nên một
đường thẳng, thì phương trình của đường thẳng qua hai điển được viết lại như sau:
)1/()1( xxyy


= (y2-y1)/(x2-x1)
Từ phương trình này chúng ta có thể xây dựng quá trình vẽ các đường thẳng khi
cho x biến thiên theo các khoảng x

và kết quả ta có thể thu được giá trị của biến y
thay đổi với các khoảng y

tương ứng ( xky



).
Do các đường thẳng được mô tả trong hệ tọa độ thực khi hiển thị trong máy tính,
hệ tọa độ chính là lưới nguyên nên bản chất của quá trình vẽ các đường thẳng chính là
sự nguyên hóa các tọa độ các điểm thuộc đường thẳng và vẽ các pixel tương ứng.
Nguyên lý chung là cho một thành phần tọa độ x hay y biến đổi theo từng đơn vị
và tính tọa độ nguyên còn lại sao cho gần với tọa độ thực nhất. Việc quyết định chọn x
hay y biến đổi phụ thuộc vào độ rộng của đường thẳng.

3.1.2 Giải thuật trung điểm sinh đường thẳng (MidPoint):
Giài thuật điểm giữa (Midpoint) được Pitteway đưa ra những năm 1967 và được
VanAken áp dụng cho việc sinh các đường thẳng và đường tròn năm 1985 cho ra các
công thức đơn giản và tạo được các điểm tương tự với giải thuật Bresenham.

Giải sử điểm (xi,yi) là điểm hiện thời và với giải thuật Bresanham, việc quyết định
điểm A hay B là điểm kế tiếp là sự lựa chọn các giá trị y
i+1
hay y
i
dựa vào khoảng cách
từ A  S hay từ B  S. Và như vậy giải thuật đã bỏ qua yếu tố đánh giá là: điển
M, trung điểm của đọan AB, mà qua đó việc so sánh chỉ đơn giản là quá trình xem xét
M nằm trên hay dưới đường thẳng cần sinh:















M




LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 12

Nếu M nằm dưới thì điểm A được chọn, ngược lại M nằm trên thì điểm B được
chọn. Giải sử như ta có phương trình đoạn thẳng biểu diễn dưới dạng không tường
minh cùng với các hệ số a,b như sau:

F(x,y) = ax+by+c=0

Nếu đặt dx= x2-x1 và dy=y2-y1, phương trình chuyển về dạng:

y = (dx/dy).x+B

Hay F(x,y)= dx .x- dy.y + B.dx=0

Như vậy a=dx; b= - dy; c= B.dx
Với phương trình trên thì F(x,y)=0 với mọi điểm (x,y) nằm trên đường thẳng,
F(x,y)>0 với các điểm nằm dưới đường thằng, và <0 với các điểm nằm trên đường
thẳng.

Đặt d=F(x
i
+1,y
i
+1/2) là trung điểm của đoạn AB ta có:

di= a(x
i
+1)+ b(y
i
+ 1/2) + c

Việc so sánh, hay kiểm tra M sẽ được thay bằng việc xét giái trị d. nếu d>0 thì
điểm B được chọn, nếu d<0 điểm A được chọn. trong trường hợp d=0 chúng ta có thể
chọn điểm A hay B bất kỳ.
- Nếu B được chọn thì M sẽ tăng theo x một đơn vị, khi đó:

d
i+1
= F(x
i
+2,y
i
+1/2)


d
i+1
= d
i
+a= d
i
+ dy

- Nếu A được chọn thì M thì tăng theo hai hường x và y cùng một đơn vị.
khi đó:

d
i+1
=F(x
i
+2,y

i
+3/2)


d
i+1
=d
i
+a+b= d
i
+dy-dx

Để tính được giá trị d1, là giá trị đầu tiên cho quá trình tính toán, thay vào công
thức trên ta có:
F(x
i
+1,y
i
+1/2) = a(x
1
+1)+ b(y
1
+1/2)+c

= F(x
1
,y
1
)+a+b/2

Với (x
i
,y
i
) là điểm đầu thuộc đường thẳng

F(x
1
,y
1
)= 0



d1= a+b/2= dy – dx/2

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 13


x=x1
y=y1
dx=x2-x1
dy=y2-y1
d=dy-dx/2
putpixel
d<=0
d = d+dy-dx
y=y+1 d=d+dy
x<x2

End
x= x+1
yes

No

Yes

NO

Start

Lưu đồ giải thuật trung điểm sinh đường thẳng








LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 14


3.2 GIẢI THUẬT TRUNG ĐIỂM SINH ĐƯỜNG TRÒN

3.2.1 Nguyên lý chung.
Phương trình đường tròn đi qua tâm (x
c
,y
c
) được biểu diễn dưới dạng tổng quát:
(x-x
c
)
2
+ (y-y
c
)
2
= R
2


với R là bán kính đường tròn.
Việc sinh ra đường tròn có thể tạo thành khi cho biến x chạy x
c
đến x
c
+R, hay
đường tròn có tâm trùng với gốc tọa độ thì tham biến x chạy từ 0 đến R.
Vì đường tròn có hình dạng cong nên mật độ điểm được tạo ra dàn trải không đều
trên màn hình Raster thông qua các giá trị tọa độ được tính theo công thức :

x = x
c

+ rcos


y = y
c
+ rsin



Thông thường để rút gọn giải thuật người ta chỉ tính với góc

= 45
0
mà từ đó
lấy đối xứng các cung ¼ khác qua gốc tọa độ, trục tung hoặc hoành. Giải thuật này
cực kỳ phức tạp vì tồn tại khá nhịều phép nhân chia và các hàm sin ,cos… điều đó là
nguyên nhân khiến giải thuật không được sử dụng trong các chương trình đồ họa. Các
giải thuật thực tế trong chương trình đồ họa thường thông qua việc nguyên hóa các tọa
độ dựa và độ phân giải của màn hình.

3.2.2 Giải thuật trung điểm sinh đường tròn.
Như trong các tính năng đã phân tích trong phần Midpoint cho đường thẳng. Việc
phát triển giải thuật sinh đường tròn cũng thu được các ưu điểm tương tự.


Lấy ¼ đường tròn lám thí dụ. khi x chạy từ
20 R
và giả sử điểm trên
đường tròn là P có tọa độ (xi,yi). Mục đích của giải thuật là tìm ra điểm kế tiếp
(x

i+1
,y
i+1
) có hai sự lựa chọn là A và B.
Theo phương trình đường tròn dưới dạng không tường minh:

F(x,y) = x
2
+y
2
-R
2

Gía trị dương cho những điểm trong đường tròn và giá trị âm cho những điểm
ngoài đường tròn. Điểm giữa M của A và B sẽ quyết định việc lựa chọn. Nếu M<0
điểm a sẽ là điểm kế tiếp và ngược lại nếu M > 0 thì điểm B là điểm cần tìm.
Giá trị d của trung điểm sẽ được tính theo công thức:
di = F(x
i
+1,y
i
-1/2 )

= (x
i
+1)
2
+ (y
i
+1/2)

2
-R
2

Như vậy di < 0 thì điểm kế tiếp là A sẽ dịch một đơn vị theo x và giá trị d
i+1
được
tính theo công thức:
d
i+1
= F(x
i
+2, y
i
-1/2 )

= (x
i
+2)
2
+(y
i
-1/2)
2
-R
2





d
i+1
= di + (2xi + 3)
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 15


a


= 2xi+ 3
Trường hợp di > 0 thì điểm kế tiếp là B sẽ tăng giái trị theo x và giàm theo y với
cùng một đơn vị.

d
i+1
= F(x
i
+2,y
i
-3/2)

= (x
i
+1)
2
+ (y
i
-3/2)
2
- R

2




d
i+1
= d
i
+ (2x
i
-2y
i
+5)

b


= 2x
i
-2y
i
+5

Giá trị d1 tại điểm đầu (x1,y1) có tọa độ tương ứng là (0,R) và trung điểm tiếp theo
được suy ra từ (1,r-1/2). Theo công thức:

di = F(1,R- 1/2) = 1+(R
2
-R+1/4) – R

2

= 5/4- R


Lưu đồ giãi thiật trung điểm sinh đường tròn
Start

x=0
y= R
d = 5/4-R
Put pixel
d<0
d= d+2x+3

x<R


End

d= d+ 2(x-y)+5
y= y-1 x= x+1
Yes
No
Yes

No

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 16

3.3 GIẢI THUẬT VẼ ĐƯỜNG SPLINE.
3.3.1 Giới thiệu về B_Spline:
Ta đã biết các hàm liên kết trơn Bezier sử dụng các đa thức Bernstein phụ thuộc
các điểm điều khiển. Các đường công này có sự điều khiển toàn bộ. di chuyển một
điểm điều khiển sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ đường cong. Để tráng các đa thức bậc cao
và giảm sự ảnh hưởng một cách tổng quát này, các đường cong Bezier thường được
xây dựng bằng cách kết nối nhiều phân đoạn bậc thấp hơn. Điều nầy cho phép điều
khiển cục bộ và có quyền tự do thay đổi bậc tại các điểm sử dụng tính liên tục. Mỗi
phân đoạn đường cong Bezier có các tính chất đề cập ở trên, những đường cong phức
hợp có những tính chất khác. Phương pháp được chọn để kết nối các phân đoạn với
nhau phụ thuộc vào bậc mong muôn của tính liên tục. Nếu các phân đoạn đơn giản chỉ
có chung điểm cuối thì xuất hiện tính tiên tục C
0
. Tính liên tục bậc cao hơn thu được
bằng cách buộc theo các ràng buộc hình học tại các đỉnh.
Có thể sử dụng các hàm liên kết trơn B_Spline xen kẽ (luân phiên) với các đa thức
Bernstein để tạo ra đường cong đa thức tham số thửng khúc riêng lẽ thông qua các
điểm điều khiển. Bậc của đa thức có thể được người thiết kế lựa chọn độc lập với số
lượng các điểm điều khiển. Đó là bậc của các hàm liên kết tron hay các hàm cơ sở, mà
nó điều khiển bậc của đường cong B_Spline cuối cùng. Các đường cong B_spline kế
thừa sự điều khiển cục bộ, nghĩa là khi một điểm dịch chuyển thì chỉ một vài phân
đọan của nó bị ảnh hưởng, phần còn lại của đường cong không thay đổi. Tính liên tục
giũa các phân đoạn B_Spline là một hàm có bậc của hàm cơ sở. Do đó, tính liên tục là
một nhân tố quan trọng trong việc hạ bậc có thể chọn bởi người thiết kế. Đối với các
ứng dụng như thiết kế các đường cong tự do, trong đó độ trơn là một yếu tố quan
trọng, tính liên tục độ cong C
2
được ưu tiên hơn. Điều này được thỏa mản trong
đường cong B_Spline bậc ba.

3.3.2. Phép biểu diễn B_Spline tổng quát.
Ở dạng tổng quát các đường cong B_Spline có thể biểu diễn bằng các hàm liên
kết trơn của chúng:
P(t) =


n
i
VitkNi
0
)(,
Trong đó, Vi là tập hợp các điểm điều khiển và Ni,k biểu diễn các hàm liên kết
trơn bậc (k-1) khi nó được định nghĩa như một đa thức bậc (k-1) từng khúc có tính
kiên tục C
k-2
. Nói cách khác :
- Bậc của đa thức không vượt quá k-1 trong mỗi đoạn [ti,ti+1]
- Vị trí và các đạo hàm từ 1 đến (k-2) liên tục.
Đối với trường hợp B_Spline bậc ba:
- k=4
- Bậc = k-1= 3
- Tính liên tục bậc hai được thỏa mãn.
Hàm liên kết trơn thứ ilà Ni,k(t) được định nghĩa bằng phương trình đệ quy

Ni,k = 1 với


t
ti

t
i+1

= 0 ngược lại

Ni,k(t) = (t-t
i
)/(t
i+k-1
- ti)* N
i,k+1
(t) + (t
i+k
- t )/(t
i+k
-t
i+1
)* N
i+1,k-1
(t)
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 17




Trong đó véc tở nút là [ti….,t
i+k
].
Véc tơ có ảnh hưởng đáng kể đến các hàm liên kết trơn N
i,k

(t) và cả bản thân
đường cong B_Spline.
Các véc tơ nút có thể phân loại thành:
- Đều/ tuần hoàn
- Không tuần hoàn
- Không đều
Vì các véc tơ nút ảnh hưởng đến hình ảnh của đường B_Spline, điều đó có thể suy
ra rằng các đường cong B_Spline cũng có sự phân loại như thế.
 Đều và tuần hoàn:
Véc tơ nút có giá trị cách đều nhau ti, sao cho ti- t
i-1
= a đối với tất cả các đoạn,
và a là số thực. Ví dụ :[0 1 2 3 4 ] với a=1
 Không tuần hoàn:
Một véc tơ nút không tuần hoàn hoặc mở có các giá trị nút lặp lại tại các điểm
cuối, số lượng giá trị lặp lại này bằng cấp k của hàm số và các nút trong có bước
bằng nhau. Ví dụ : cấp 2, số lượng các nút bằng 6

véc tơ nút [00 1 2 33]
 Không đều :
Trong véc tơ nút không tuần hoàn, giá trị các nút xuất hiện tại các biên được lặp
lại và các nút bên trong có giá trị bằng nhau. Nếu một trong hai điều kiện này
không được thỏa mản thì véc tơ nút gọi là không đều. Ví dụ: [0 1 2 3 3 4 5]

LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 18


CHƯƠNG IV

NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUALBASIC VÀ ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN THÔNG MSCOMM


4.1. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUALBASIC
Sử dụng ngôn ngữ Visualbasic trong lập trình ngày càng được yêu thích hơn
trong các đề án, luận văn thực hiện trong và ngoài nước.VISUALBSIC là một công
cụ phát triển phần mềm, lợi điểm của nó so với các ngôn ngữ khác là tiết kiện thời
gian, dễ tiếp cận và có thể tạo ra được các ứng dụng theo yêu cầu.
Khi thiết kế một chương trình với VISUALBASIC, chúng ta có thấy thấy ngay
kết quả qua từng thao tác và giao diện chương trình thực hiện. Điều này nói lên
tính tường minh hữu ích của VB, nó có thể cho phép chúng ta nhanh chóng thay
đổi kết cấu giao diện, màu sắc, kích thước hình dạng… của các đối tượng trong
ứng dụng.

4.2 ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THÔNG (Microsoft Control 6.0).

Ngôn ngữ Visual Basic(VB) có module phần mềm MSCOMM.OCX phục vụ
cho truyền thông. Đây thực sự là một thế mạch của VB, hầu hết các phần mềm
khác muốn truyền thông nồi tiếp đều thông qua VB. Với Visual Basic 6.0 là
MSCOMM32.OCX
Muốn cài module truyền thông vào toolbar: ta click vào Project/
components/controls/microsoft comm control6.9 OK ,biểu tượng sẽ hiện
lên toolbar, ta có thề click chuột để đưa và form của chương trình, các bước trên có
thể làm tắt bằng kết hợp hai phím Ctrl+ T. Thành phần Comm khi mới đưa vào
Form thường được gán tên mặc định(Default) MSComm1 và ta có thể thay đổi
cổng Com tùy ý.
Các tính chất chính của module:
CommPort, DTREnable, EOFEnable, Handshacking, InBuffersize, InputLen,
InputMode, NullDiscard, OutBuffersize, ParityReplace, Rthreshold, RTSEnable,
Settings, Sthreshold được đặt khi viết chương trình, có thể thay đổi khi chạy
chương trình bằng các lệnh điều khiển.
Đặt cổng Com sử dụng:
Object.CommPort[= Value]
Value = 1 đến 16, mặc định là 1 khi khởi động Visual Basic
Lệnh này phải đặt trước khi mở cổng, nếu biểu thức trong ngoặc không có thì
trả về cồng Com đang hoạt động.
Đặt cấu hình cổng:
Object.Settings[= value]
Value = “BBBB,P,D<S”
BBBB: baud rate (1
10, 300, 600, 1200, 2400, 9600, 14400, 19200, 28800,
38400, 56000, 128000, 256000; mặc định là 9600 )
P: Parity (E: parity chẵn, M: đánh dấu, N: không có parity, O: parity lẽ, S:
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 19

là khoảng trắng ; mặc định là N)
D : số bits data (4, 5,6, 7, 8; mặc định là 8)
S : stop bit (1, 1.5, 2; mặc định là 1)
Mở cổng:
Object .PortOpen [= value]
Value = True : mở cổng
Value = False : đóng cỏng và xóa bộ đệm truyền, MSCOMM tự động đóng
cổng khi chương trình ứng dụng kết thúc.
Nhập dữ liệu:
Object.Input [= string]
Object.InputLen [=num Styte %]
Chiều dài chuổi định bởi tính chất InputLen, quy định số ký tự đọng bởi
Input
InputLen=0 sẽ đọc toàn bộ Buffer.
Object.InputSize [= num byte %]
Đặt và trả về kích thước theo byte của Input Buffer. Có thể xóa đệm nhận
bằng InBufferCount=0
Object.InputMode [= value]
Value = 0 : ComInputModeText
Value =1 : ComInputMode Binary
Xuất dữ liệu:
Object.Output[=value]
Object .OutBufferSize[=numbyte%]
OutputBufferSize đặt và trả về kích thước theo byte của OutputBuffer, mặc
đỉnh là 512 bytes
Object.OutBufferCount[=Count%]
Cho biết số ký tự chờ truyền có trong bộ đệm nhận, có thể xóa bộ đệm
truyền bằng cách OutBufferCount=0
Gởi tín hiệu Break:
Object.Break[=value]

Value= true/false
Đọc chân DCD (Carrier Detect).
Object.CDHolding
Nếu là True thì Carrier Detect line ở mức cao.
Đặt thời gian chờ sóng mang:
Object. CDTimeout[miliseconds]
Chờ khoảng thời gian cho DCD ở mức cao, nếu hết thời gian mà
CDHolding = false thì tạo sự kiện Oncomm CDTO (carrier Detect Timeout
Error)
Đọc CTS (Clear To Send):
Object.CTSHolding
Giái trị trả về = 1 khi CTS ở mức cao
Giái trị trả về = 0 khi CTS ở mức thấp.

Đặt thời gian chờ CTS (Clear To Send):
Object.CTSTimeOut [= miliseconds]
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 20


Khi DTE gởi RTS thì modem phải gởi CTS, lệnh trên định thời gian chờ, nếu quá
thời gian chờ mà không có CTS thì tạo sự kiện CTSO.
Đọc DSR (Data Set Ready):
Object.DSRHolding
Giá trị = 1 khi DSR ở mức cao
Giá trị = 0 khi DSR ở mức thấp
Đặt thời gian chờ DSR (Data Set Ready):
Object.DSRTimeout
Điều khiển DSR (Data Set Ready):
Object.DSR Enable [= value]
Value = True : DSR lên high (ON) khi port mở và xuống low (OFF) khi port đóng

Value = False : không dùng DSR (mặc định)
Điều khiển RTS (Request To Send ):
Object.RTSEnable [=value]
Value = True: RTS lên high (ON) khi port mở và xuống low (OFF) khi port đóng.
Value = False: không dùng RTS (mặc định)
Sthreshold : Đặt số byte có trong bộ đệm truyền để báo sự kiện
Object.Sthreshold [=value]
Nếu Sthreshold=1 thì tạo sự kiện khi bộ đệm truyền rổng
Nều Sthreshold= 0 thì không báo sự kiện (mặc định)
Rthreshold: đặt số byte của bộ đệm thu tối thiểu để báo sự kiện
Object.Rthreshold [= value]
Nếu Rthreshold = 1 thì sẽ báo khi nhận đựoc một ký tự
Nếu Rthreshold = 0 thì không báo sự kiện (mặc định)
Giao thức bắt tay(Handshaking):
Object.Handshaking [=value]
Value = 0 : không bắt tay (mặc định)
Value = 1 : bắt tay theo RTS/CTS
Value = 2 : bắt tay theo Xon/ Xoff
Value = 3 : bắt tay theo RTS /Xon/Xoff
Đặc tính Commevent:
Object.Commevent [=Value]
Đặc tính này hầu hết các sự kiện hoặc lổi truyền thông. Mặc dù sự kiện OnComm
phát sinh cả lổi truyền thông và các sự kiện như đặc tính Commevent lại chứa mã số
các lỗ và sự kiện đó.
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 21


Các lỗi truyền thông bao gồm:

Hằng số Giá

trị
Mô tả
Com Break 1001

Tín hiệu Break đã được nhân
Com CDTO 1007

Carrier Detect Timeout
ComCTSTO 1002

Clear To Send TimeOut
ComFrame 1004

Phần cứng phát hiện mọi lổi sai khung truyền
ComOver 1006

Phần cứng không đọc ký tự trước khi ký tự tiếp theo
được gởi đến
ComRxOver 1008

Tràn bộ đệm nhận, không đủ chổ chứa các ký tự tiếp
theo vào bộ đễm nhận
ComRxParity

1009

Phần cứng phát hiện một lỗi chặn lẽ
ComRxFull 1010

Đầy bộ đệm truyền khi cố gắng đưa ký tự vào

Sự kiện truyền thông OnComm:
Sự kiện OnComm phát sinh bất cứ lúc nào giá trị của đặc tính CommEvent bị thay
đổi.

Xác lập Giá trị Mô tả
ComEvCD 5 Sự thay đổi trên đường CD(Carrier Detect)
ComEvCTS 3 Sự thay đổi trên đường CTS(Clear To Send)
ComEvDSR 4 Sự thay đổi trên đường DSR(Data Set Ready)
ComEvEOF 7 Kết thúc ký tự file(ASCII= 26) được nhận
ComEvSend 1 Ký tự đã được truyền
ComEvRing 6 Tiếng chuông được phát hiện. Một vài vi
mạch UART có thể không cung cấp sự kiện này
ComEv Receive 2 Sự kiện này liên tục phát sinh đến khi ta đọc
data từ bộ đệm nhận





LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 22


CHƯƠNG V

GIAO TIẾP MÁY TÍNH

5.1 CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG
Có ba phương thức truyền thông được dùng trong mục đích truyền thông tin gồm:

Đơn công, bán song công và sonf công
5.1.1 Đơn công (Simplex communication):
Đường truyền đơn công chỉ có khả năng truyền dữ liệu theo một hướng. nguyên
nhân không phải do tính chất của đường dây mà đơn giản là ở một đầu cuối chỉ có một
máy phát và ở đầu cuối kia chỉ có một máy thu. Cấu hình này ít được sử dụng trong
các máy tính vì không có cách nàp để máy thu phát tín hiệu đến máy phát cho biết
thông điệp đã nhận đúng. Phát thanh và truyền hình là ví dụ điển hình về phương thức
truyền đơn công.
5.1.2 Bán song công (Half- duplex communication):
Đường truyền bán song công có thể phát và thu dữ liệu theo cả hai hướng không
đồng thời. Trong suốt quá trình truyền, một modem là máy phát, modem còn lại sẽ là
máy thu. Nhược điểm của phương thức này là thời gian cần để truyền bán song ông từ
hướng hài sang hướng khác có thể dài gấp nhiều lần truyền một ký tự.

4.1.3 Song công (Full duplex):
Ngược lại với phương pháp truyền bán song công, đường truyền song công có khả
năng phát nhận đồng theo cả hai hướng khác nhau. Một cách khái quát, đường truyền
song công tương đương với hai đường truyền đơn công, mỗi đường cho mỗi hướng. Vì
hai đường truyền có thể tiến hành song song, mỗi đường cho một hướng nên truyền
song công có thể phát nhiều thông tin hơn đường truyền bán song công với cùng một
tốc độ truyền dữ liệu. Truyển song công không mất thời gian để thay đổi hướng
truyền.

5.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP MÁY TÍNH.
Ngày nay máy tính đựơc dùng vào rất nhiều việc và trơ nên phổ biến trong cuộc
sống cũng như trong kỹ thuật. Trong kỹ thuật nó được dùng nhiều nhất trong việc thu
thập dữ liệu sau tính toán rồi xuất ra tín hiệu điều khiển cho các thiết bị bên ngoài. Để
các hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy tính có thể hoạt động đuợc thì
ngoài việc thiết kế Card giao tiếp với máy tính chúng ta còn phải có phần mềm để giao
tiếp với mạch điện bên ngoài. Để viết được phần mềm trước hết chúng ta phải nắm

được các cách giao tiếp với máy tính. Máy tính có ba cách giao tiếp với ngoại vi, tùy
từng trường hợp mà ta có các cách giao tiếp phù hợp.

5.2.1 Giao tiếp qua Slot:
Trong máy tính ngaòi các Slot dùng cho các card I/O, card màn hình …Nhà sản
xuất đã chế tạo sẵn các Slot còn trống cho phép người sử dụng có thể gắn thêm các
card khác do mình tạo ra. Mỗi Slot đều có riêng đường data, các đường địa chỉ, các
nguồn cung cấp VV 12,5


,GND và các đường điều khiển như CLK,IRQ… vì vậy nếu
ta thiết kế Card giao tiếp qua Slot sẽ giảm được nhiều linh kiện chẳng hạn như các linh
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 23


kiện về nguồn, dễ điều khiển do đó cũng giảm được giá thành của Card. Đây là ưu
điểm lớn của Card giao tiếp. Ngoài ra còn có một tiện lợi là qua Slot chúng ta có thể
gắn nhiều loại Card 8 bit, 16 bit, 32 bit. Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có nhiều nhược
điểm:
Do card giao tiếp gắn bên trong máy tính nên sẽ có kích thước tiêu chuẩn nhất
định, do đó ngoài card giao tiếp ra chúng ta còn phải làm thêm một phần mạch nữa ở
bên ngoài máy tính nếu mạch của chúng ta có quá nhiều linh kiện.

5.2.2 Giao tiếp qua cổng máy in:
Cổng nối với máy in còn được gọi là giao diện Centronies. Việc thực hiện giao tiếp
qua cổng máy in được nối qua ổ cắm 25 chân ở phía sau máy tính. Đặc biệt đây không
phải chổ nối để truỵền dữ liệu với máy in, mà khi sử dụng máy tính cho mục đích đo
lường và điều khiển thì việc ghép nối cũng có thể được thực hiện qua cộng này. Qua
cổng cắm này dữ liệu được truyền đi song song nên đôi khi còn được gọi là cổng ghép
nối song song và vì thế tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức đáng kể. Tất cả các

đường dẩn của cổng này đều tương thích TTL, nghĩa là chúng đều cung cấp một mức
điện áp 0
V5


.Bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác tổng
cộng ta có trao đổi một cách riêng biệt với 17 đường dẩn, bao gồm 12 đường dẫn ra
và 5 đường dẫn vào.
Ngoài ưu điểm là tốc độ truyền nhanh, dữ liệu vào ra song song, thích hợp cho việc
ứng dụng vào điều khiển, đo lường ngoại vi có kích thước lơn. Nhược điển của đường
truyền này là dễ bị nhiễu hơn loại truyền qua cổng nối tiếp, cáp truyền có qúa nhiều
sợi và mức tín hiệu nằm trong khoảng 0 V5


thì sẽ không thích hợp cho việc truyền
thông có khoảng cách truyền xa.

5.2.3. Giao tiếp qua cổng COM (Cổng nối tiếp RS-232):
5.2.3.1 Khái quát về RS-232:
Trong đề tài này sử dụng phương thức giao tiếp qua cổng COM với máy tính theo
chuần RS – 232, nên trong chương này sẽ giới thiệu chi tiết về chuẩn RS-232 và cách
kết nối.
Chuẩn RS-232 được chế tạo năm 1969 do EIA sản xuất để chỉ rỏ cách kêt nối
đường điều khiển và dữ liệu nối tiếp giữa một modem và một thiết bị đầu cuối
(terminal) hoặc máy tính. Chuẩn này xem modem như là một DCE (data
communication Equipment) và máy tính hay thiết bị đầu cuối như là DTE (Data
terminal Equipment). Chuẩn RS-232 dùng với tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất 20Kbps
với khoảng cách truyền lớn nhất gầp 15 m. Đây là một dạng giao tiếp loại TTL cộng
với bộ kích đường dây không cân bằng. Cách giao tiếp này được sử dụng rộng rải và
phổ biến nhất. Theo chuẩn RS-232 các bit dữ liệu nối tiểp nhau trên một đường truyền,

và thường được dùng để giao tiếp với modem,mouse, các thiết bị phần cứng khác…
Dữ liệu truyền dưới dạng nối tiếp với tốc độ do người lập trình quy định (1200bps,
2400bps, 9600bps, 14.4Kbps, 28,8Kbps, 33,6Kbps )
Chiều dài ký tự có thể là 5,6,7,hoặc 8 bit, kết hợp với các bit Start, Stop, Parity tạo
thành một frame. Ngoài đường truyền dữ liệu, port giao tiếp này còn có các đường
điều khiển, thu phát và kiển tra lỗi. Cách giao tiếp này cho phép truyền ở những
khoảng cách lớp vì khả năng gây nhiễu là khá nhỏ. Trước kia tốc độ truyền nối tiếp là
thấp, ngày nay chúng được nâng cấp lên một mức cao hơn. Cổng nối tiếp trên máy tính
LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 24


RS-232 thường được gọi là cổng COM. Cổng nối tiếp được sử dụng một cách rất
thuận tiện cho mục đích đo lường và điều khiển. Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền
dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi cũng như các ứng dụng khác với các lý do
sau:
- Khoảng truyền xa hơn so với cổng song song, tính chống nhiểu cao hơn.
- Số dây kết nối ít, tối thiểu ba dây
- Có thể gép với đường dây điện thoại cho phép khoảng cách truyền chỉ bị
giới hạn bởi tổng đài điện thoại.
- Có thể truyền không dây, dùng hồng ngoại.
- Ghép nối dễ dàng với vi điều khiển và PLC.
- Cho phép nối mạng.
Tín hiệu truyền nối tiếp theo dạng xung chuẩn RS-232C của EIA (Electronics
Industry Associations) có mức logic 0 còn gọi là “Space” giữa + 3V và + 15V, mức
logic 1 còn gọi là “Mark ” giữa -3V và -25V.
Từ DTE, tín hiệu được truyền giữa hai dây TXD và GND theo khuôn dạng sau:

-10V
D
0

D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
P
ST
OP
+10V

DO

D7 :8 Bit dữ liệu; P : parity

Khi không truyền đường dây sẽ ở trạng thái Mark, khi bắt đầu truyền, xung
Start được truyền (+10V) sau đó 8 bit dữ liệu được truyền, nếu bit dữ liệu là 1 thì
điện áp trên đường dây tương ứng là -10 V, sau bit dữ liệu là bit kiển tra chẵn lẻ rồi
bit stop logic 1 (-10V).DTE nhận tín hiệu truyền ngược lại theo đường RXD.

Nếu nối hai DTE với nhau thì dùng sơ đồ:

GND


TXD




RXD
TXD



RXD


LVTN: Máy Vẽ Tự Động Trang 25


Trường hợp nối DTE với DCE thì hai chân TXD của DCE nhận tín hiệu còn
chân RXD thì phát tín hiệu.

GND

Cổng nối tịếp không phải là một hệ thống Bus, nó cho phép dễ dàng tạo liên kết
dưới hình thức điểm với điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau. Các
loại logic sử dụng điện áp 5V không cần bộ chuyển đổi TTL/CMOS

RS-232 để
có điện áp phù hợp cổng COM. Trên máy tính có hai dạng đầu nối D-25 chân và
D-9 chân.

Chân D-25 Chân D-9 Tên Chức năng
2 3 TD,TXD truyền dữ
liệu
Xuất dữ liệu nối tiếp
3 2 RD, RXD nhận dữ liệu

Nhận dữ liệu nối tiêp
4 7 RTS (Request To
Send)
DTE sẵn sàng trao đổi
dữ liệu
5 8 CTS (Clear To Send) Modem sẵn sàng trao
đổi dữ liệu

6 6 DSR (Data Set Ready) Modem sẵn sàng kết
nối
7 5 SG Signal Ground
8 1 CD (Carrier Detect) Phát giác có tín hiệu
trên đường dây
20 4 DTR (Data Terminal
Ready)
DTE sẵn sàng kết nối
22 9 RI (Ring Indicator) Modem phát giác tín
hiệu chuông


5.2.3.2 Đặc điểm kỷ thuật về điện của RS-232:
Mức điện áp logic của RS -232 là hai khoảng điện áp giữa +12V và -12V. Các
đường dữ liệu sử dụng mức logic âm : logic 1 có điện thế giữa -3V và -12V, logic 0 có
điện thế giữa +3V và +12V.
Ở chuẩn giao tiếp này, giữa ngõ ra bộ kích phát và ngõ vào bộ kích thu có mức
nhiễu được giới hạn là 2V. Do đó ngưỡng lớn nhầt của ngõ vào là

3V, trái lại mức

5V là ngưởng nhỏ nhất đối với ngõ ra. Ngõ ra bộ kích phát khi không tại điện áp

25V.
TXD



RXD
TXD

RXD