HỆ GIAO TIẾP THÒI GIAN THỰC potx

HỆ GIAO TIẾP THÒI GIAN THỰC
NỘI DUNG BÀI GIẢNG
1. Câú trúc hê thông giao tiêp thơi gian thưc
2. Các I/O của máy tính .
+ Các Slot
+ Công Song Song
+ Công nôí tiêp
3. Lâp trình giao tiêp qua các I/O
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
•
Tông quan : Giao tiêp thơì gian thưc là hạng mục đươc sư dụng đê
mô tả ảnh hương của viêc kêt nôí máy tính vơi quá trình thê giơí thưc
và truyên thông dư liêụ giưã chúng .
•
Màn hình, Bàn phím, máy in, ô đĩa, modem, CD là ví dụ tương tưj
của giao tiêp thơi gian thưc. Tong quát phân loại hơn , Cảm biên, cơ
câú châp hành, máy tính và quá trình thê giơí thưc là quá trình giao
tiêp thơi gian thưc.
•
VD: Màn hình là thiết bị chấp hành truyền thông tin từ máy tính
( computer ) ngược lại cho quá trình thời gian thực ( real time
processes) từ máy tính
•
Cảm biến là bàn phím truyền thông tin từ quá trình thời gian thực
( real time processes) đến máy tính ( computer).
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
•

Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
Trong chương này , chúng ta tập trung vào vấn đề rộng hơn của thời gian
thực đó là giao tiếp của người vận hành ( operation human ) và máy tính
( computer )
•
Cảm biến và cơ cấu chấp hành sẽ là các bộ phận để truyền thông tin
giữa máy tính điện tử đến các bộ phận khác ( điện, cơ khí, thủy lực,
nhiệt và con người )
•
Hệ thống thu thập dữ liệu ( Data Acquisition) là hệ thu thập dữ liệu
bao gồm cả phần cứng và phần mềm cho phép máy tính nhận thông tin
từ cảm biến.
•
Mặc dù cảm biến có thể có nhiều loại dựa trên các nguyên lý khác nhau
như nguyên lý điện từ, nguyên lý cơ học, nguyên lý quang hay các
nguyên lý khác …) tuy nhiên tất cả cảm biến đều có chức năng chuyển
đổi thông tin thế giới thực ( như chuyển động,nhiệt độ, áp sất ) ra tín hiệu
chuẩn công suuaats thấp mà có thể đọc bằng máy tính .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
•
Truy xuất dữ liệu :những dữ liệu nằm trong máy tính được truy xuất
ra bên ngoài như vẽ đồ thị, văn bản hay in thành file .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
•

Hệ thống thu thập dữ liệu có thể xem như hệ thống hiển thị
( monitoring sýtem ) , Nó nhận dữ liệu từ thế giới thực và hiển thị dữ
liệu . Đồng thời nó cũng có thể hiển thị dữ liệu rút ra từ trong quá
trình .Trong trường hợp này nó thu thập dữ liệu của quá trình và cùng
chuyển dữ liệu quá trình ra thế giới thực . Chúng ta sử dụng hệ thống
thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình ( Data Acquisition and Control
System – DAC ).
•
Hệ thống DAC là bô đặc biệt của hệ thu thập dữ liệu , do vậy nó cần
có cảm biến ( Sensor) và cơ cấu chấp hành( Actuatur ) để thu thập dữ
liệu và điều khiển quá trình .Mục đích của co ưcaaus chấp hành chuyển
tín hiệu máy tính công suất thấp thành tín hiệu thế giới thực như dịch
chuyển, nhiệt độ, áp suất , Các cơ cấu chấp hành như ĐC bước, van
điện từ, ĐC thủy lực, cơ cấu áp điện ,
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
Cấu trúc hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển (DAC) bằng máy tính
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
Sự khác nhau hệ thu thập dữ liệu DA và thu thập dữ liệu điều khiển
(DAC) máy nén khí .
•
Đo tốc độ lưu lượng áp suất máy
nén khí .
•
Hệ thống DA đo các giá trị tốc độ

động cơ, áp suất và lưu lượng và
hiển thị các thông số .
•
Hệ thồng DAC đo các giạ trị tốc
độ, lưu lượng, và áp suất và điều
khiển biến tần để đạt áp suất và
lưu lượng đặt
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
•
Khuynh hướng hiện nay dùng PC và phần cứng hê thu thập dữ liêu và
điều khiển ( Data AcQuisition - DAQ) để thu thập dữ liệu trong các
PTN, Kiểm tra, đo lường và tự đọng điều khiển quá trình .
•
DAQ có phần cừng hoạt động giao tiếp giữa máy tính với thế giới bên
ngoài theo các dạng giao thức môdun có thể nối với máy vi tính bằng các
cổng ( cổng song song, cổng tuần tự , USB, hoặc các card cắm khe ( slot)
(PCI, ISA,PCI) trong các bo mạch chủ .
•
Các bộ phận thu thập dữ liệu DAQ, cũng có thể nối với máy tính bằng
mạng không dây (wireless) hoặc đường truyền cable Ẻthenet
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1. CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển
Gia công tín hiệu
Bộ chuyển đổi
Phần cứng DAQ

Hệ thống DAQ nối ghép máy tính (PC)
•
PC dựa trên DAQ phụ thuộc vào các thành phần hệ thống :
+ Máy tính (PC) + Cảm biến hay bộ chuyển đổi
+ Gia công tín hiệu + Phần cứng thu thập dữ liệu DAQ
+ Panel chung + Card I/O chung
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I/O
•
Quá trình vào /ra ( input /output) là quá trình truyền thông giữa
máy tính và hiện tượng thế giới thực qua hệ thống thu thập dữ liệu
DAQ .
•
Khả năng của quá trình I/O phụ thuộc khả năng của máy tính
tương thích, thiết bị phần cứng DAQ và cấu trúc bus.
•
Ngày nay các máy tính với khả năng xử lý tốc độ cao cùng với
cấu trúc bus có khả năng cao có thể truyền dữ liệu theo các
phương thức sau :
•
Truy cập bộ nhớ trực tiếp ( Direct Memory Acess ) : Với cơ chế
này dữ liệu được truyền giữa phần cứng DAQ và bộ nhớ máy tính
mà không qua CPU. Cơ chế này làm cho DMA có cơ chế truyền dữ
liệu nhanh nhất và bộ xử lý máy tính không gỡ rối với dữ liệu
truyền động và DAM có thể tham gia nhiệm vụ xử lý phức tạp
( complex processing tasks )
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I/O

•
Yêu cầu ngắt ( Interupt Request ) – IRQ- là quá trình truyền dữ
liệu dựa trên CPU để thực hiện yêu cầu truyền dữ liệu. Thiết bị
thông báo cho CPU khi nó truyền dữ liệu. Theo phương thức này
tốc độ truyền dữ liệu rất chặt cùng với dung lượng mà CPU có thực
hiện theo yêu cầu của ngăt-IRQ.
•
Chương trình vào/ra (I/O) : Đây là quá trình truyền dữ liệu cơ
học trong quá trình này thì bộ đêm (buffer) thì không dùng –
thay bằng máy tính đọc và viết trực tiếp trên thiết bị .
•
Bản đồ bộ nhớ ( Memory Mapping ) : Đây là kỹ thuật đọc và viết
trực tiếp trên thiết bị từ chương trình. Điều này tránh overhead ò
delegating đọc và viết tới phần mềm cấp kernel .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I/O
•
Tuy nhiên cơ chế truyền dữ liệu của máy tính phụ thuộc vào thiết
bị thu thập dữ liệu lựa chọn và cấu trúc bus của máy tính .
•
Ví dụ : khi thiết bị PCI và Fire Wire dùng Truy cập bộ nhớ trực
tiếp (DMA) và truyền dữ liệu dựa vào ngắt, thì thiết bị PCMCIA và
USB ( Universal Serial Bus ) dùng ngắt .
•
Tốc độ truyền tín hiệu thì tỷ lệ thuận với :
+ Tần số của đồng hồ của chip xử lý .
+Chiều dài bit của Bus ( 8 bit, 16 bit, 32 bit )
•
Tốc độ truyền tín hiệu tỷ lệ nghịch với :

+ chiều dài bit của bộ xử lý ( procesor ) (16 bit, 32 bit,…)
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I/O
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
2.1. Cấu tạo máy tính :
•
Cấu tạo máy tính thông thường gồm có :
+ Bộ nguồn cấp điện .
+ Mainboad gồm CPU, Bộ nhớ, các chip điều khiển phụ trợ chipset,
Đĩa cứng (HD), Đĩa mềm, Đĩa CD và các rãnh cắm dùng cho card
mở rộng ISA, EISA, VESA, PCI,…và các đầu nối dùng cho máy in,
màn hình, bàn phím, chuột, modem, USB ( Universal Sẻial Bus),
Fire Wire, hồng ngoại (IrDA), mạng .
•
Cấu tạo máy tính công nghiệp ( Industrial PC ) : chế tạo gồm các
board cắm trên một đế, mainboad chứa CPU cũng chế tạo dưới dạng
board cắm. Đĩa cứng (HD) thay bằng đĩa thể rắn SSD ( Solid State
Disk ) thực chất là bộ nhớ không bốc hơi lập trình được.
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
H. Mainboad của máy tính Pentium II và Pentium IV
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
•
Máy tính trong hệ thống đo lường và điều khiển của hệ thống cơ

điện tử giao tiếp với ngoại vi theo các cách giao tiếp như :
+ Qua các card đo lường và điều khiển gắn vào rãnh cắm trên
mainboard của máy tính .
+ Giao tiếp qua cổng máy in song song .
+ Giao tiếp qua cổng nối tiếp RS-232
+ Giao tiếp qua cổng nối tiếp USB, Fire Wire
+ Giao tiếp qua cổng hồng ngoại .
•
Trong phần này tập trung vào giao tiếp máy tính qua khe rãnh
cắm ( slot ) .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
2.1. Giao tiếp rãnh ISA .
•
Rãnh cắm thông dụng nhất là rãnh ISA ( Industry Standard
Ảchitecture) do IBM đưa ra năm 1980 cho máy 8086XT. Sau đó là
ISA 16 bit cho máy AT ( Advanced Technology ) và trở thành chuẩn
AT Bus .
•
Hiện nay các mainboard của P4 không dùng rãnh này . Tuy nhiên
nghiên cứu rãnh cắm ISA là cần thiết .
•
Rãnh cắm ISA có màu đen trên Mainboard gồm hai phần : phần
đầu 62 chân, mỗi hàng 31 chân dùng trao đổi 8 bit. Phần thứ hai
gồm 36 chân, mỗi hàng gồm 18 chân dùng hỗ trợ thêm khi dùng dữ
liệu 16 bit.
•
Sơ đồ chân rãnh cắm thể hiện hình sau :
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ

HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
H. Sơ đồ chân rãnh cắm ISA .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
Các địa chỉ ngoại vi đã sử dụng máy Pentiun II.
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
•
Các thiết bị ngoại vi thường dùng ngắt để tác động đến CPU, yêu
cầu làm việc gì đó bằng cách đưa chân IRQ lên mức cao .
•
các ngắt cho Pentum II .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
•
Một số Card ISA .
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
2.2. Giao tiếp qua rãnh cắm PCI

•
Rãnh cắm PCI ( Peripheral Component Interconnet ) có màu
trắng trên Mainboard cho phép giao tiếp ngoại vi 32 bit hay 64 bit
có vận tốc nhanh đến 132 Mbytes so với rãnh cắm ISA 16 bit có vận
tốc 3-5 Mbytes/s.
•
Nhờ vận tốc cao nên rãnh PCI thường dùng cho Card màn hình,
sau đó dùng cho Card mạng, modem nội, âm thanh… dần đần
mainboad đời mới không dành chỗ cho rãnh ISA.
•
Rãnh PCI 64 bit có hai hàng tiếp điểm, mỗi bên 94 tiếp điểm phía A
phía linh kiện còn phía B là phía hàn. Do tính chất phức tạp các
tuyến và vận tốc tín hiệu lớn nên việc tự lắp ráp card giao tiếp PCI
khó thực hiện mà dùng Card chính hãng.
•
Có hai tuyến PCI mức tín hiệu 3,5V và 3,3 V.
GIA CÔNG TÍN HIỆU VÀ
HỆ GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC
2. GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH
2.3 Thiết kế Card giao tiếp rãnh PCI .
•
Việc thiết kế Card PCI rất khó khăn, đòi hỏi sử dụng linh kiện
FPGA có mật độ tích hợp cao, mạch in nhiều lớp và công nghệ dán.
Ngoài ra việc lập trình cho card không dễ dàng mà phải thông qua
hàm Windowns PCI. Việc thiết kế sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu dùng
bộ PCI development kit có sẵn. Các bộ kit này giúp tạo dụng ứng
dụng PCI khác nhau cùng với Software kèm theo .