Giáo trình đo lường và điều khiển máy tính

LỜI GIỚI THIỆU
Mô đun Đo lường và điều khiển máy tính là một môn học chuyên ngành
dùng giảng dạy cho sinh viên năm cuối ngành kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy
tính. Mô đun đề cập đến vấn đề ứng dụng máy tính (Máy tính cá nhân PC, máy
tính công nghiệp , và PLC) vào hệ thống điều khiển và đo lường. Xu hướng phát
triển là dùng Điều khiển dựa vào máy tính (PC-based Control) với hệ điều hành
mạnh, giao diện thân thiện, phần mềm dễ phát triển và giá thành hợp lí.
Để học tốt mô đun này sinh viên cần phải học qua môn Lý thuyết điều
khiển tự động và Vi xử lí. Giáo trình gồm 6 bài:
- Bài 1 Giao diện của máy tính trong đo lường và điều khiển
- Bài 2 Các mạch số
- Bài 3 Các mạch điều khiển với bộ biến đổi A/D
- Bài 4 Các mạch điều khiển với bộ biến đổi D/A
- Bài 5 Ghép nối bus ở các cổng nối tiếp RS232
- Bài 6 Ghép nối với thiết bị đo lường
Do trình độ có hạn, giáo trình đo lường và điều khiển máy tính không
tránh khỏi thiếu sót, xin hoan nghênh mọi sự góp ý của bạn đọc. Các ý kiến
đóng góp xin gởi về tác giả ở nhóm chuyên môn Điện Công Nghiệp - Khoa Điện
- Trường Cao đẳng nghề Việt Xô số 1.
Vĩnh phúc, ngày tháng năm
3
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
Lời giới thiệu 3
Mục lục 4
Bài 1: Giao diện của máy tính trong đo lường và điều khiển 5
Bài 2: Các mạch số 7
Bài 3: Các mạch điều khiển với bộ biến đổi A/D 10
Bài 4: Các mạch điều khiển với bộ biến đổi D/A 14
Bài 5: Ghép nối bus ở các cổng nối tiếp RS232 19
Bài 6: Ghép nối với thiết bị đo lường 30

Tài liệu tham khảo 34
4
Bài 1
GIAO DIỆN CỦA MÁY TÍNH TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
Mục tiêu :
- Nhận biết các cổng ghép nối với máy in , các khe cắm trong máy PC
- Nắm vững nguyên tắc trao đổi tín hiệu qua các cổng, các khe cắm
- Nhận dạng được các chuẩn của các khe cắm
Nội dung:
1.1.CÁC LOẠI CỔNG
1.1.1. Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn PCI
Rãnh cắm PCI (Peripheral Component Interconnect) có màu trắng trên
mainboard cho phép giao tiếp ngoại vi 32 hay 64 bit vận tốc nhanh đến 132 Mbytes/s
so với rãnh cắm ISA 16 bit có vận tốc 3 đến 5 Mbytes/s. Nhớ có vận tốc cao nên rãnh
PCI thường dùng cho card mán hình sau đó nó được sử dụng cho các card khác như
card mạng, modem nội, âm thanh dần dần mainboard đời mới không dành chỗ cho
rãnh cắm ISA nữa.
Rãnh PCI 64 bit có hai hàng tiếp điểm, mỗi bên 94 tiếp điểm phía A là phía linh
kiện còn phía B là phía hàm. Do tính chất phức tạp của tuyến và vận tốc tín hiệu lớn
nên việc tự ráp card giao tiếp PCI khó thực hiện mà phải dùng card chính hãng.
Sau đây là mô tả các tín hiệu của PCI:
- CLK: xung nhịp 33 MHz, 66 Mhz
- RST#: tín hiệu reset.
- AD0÷AD31: là tuyến địa chỉ khi FRAME# ở mức thấp.
- C/BEO÷3# BUS(Command Bytes Enables) : cho biết loại của truyền
dữ liệu (đọc/viết bộ nhớ, ngoại vi ).
- PAR: kiểm tra parity của AD0÷AD31 và C/BEO÷3.
- IRDY# (initiator ready)
- TRDY# (Target Ready): là hai dữ liệ bắt tay giữa bộ phát và bộ nhận
dữ liệu trên tuyến PCI.

- STOP#: là tín hiệu target báo cho initiator để chấm dứt giao dịch
initiator là chủ của tuyến (bus master) còn target là bus slave. Việc truyền dữ liệu do
initiator bắt đầu thông qua C/BE và IRDY còn target trả lời thông qua TRDY# và
STOP#.
- LOCK#: là tín hiệu initiator báo dành riêng một số địa chỉ của target.
- IDSEL(Initialigation Device Select): là tín hiệu chọn chip.
1.1.2.VMEbus( IEEE 1014):
- VME: Vesa Module Eurocard
VEsa là tên gọi bus trước đây được thiết kế bởi Motorola và Eurocard là dạng
board chuẩn . VME bus được thiết kế bởi một nhóm công ty chủ trì là Motorola, là
5
chuẩn IEEE 1014. VME bus có đặc điểm làm cho nó rất mạnh và linh hoạt trong các
ứng dụng công nghiệp.
Đặc điểm là :
-Độ dài địa chỉ : 16/24/32 bit.
-Độ dài từ dữ liệu :16/32 bit.
-Tốc độ truyền dữ liệu: 75 Mbytes/sec (lí thuyết), 30-40 Mbyte/sec(thực tế).
-7 tín hiệu ngắt.
-Hỗ trợ hệ đa xử lí, 4 mức ưu tiên cho định vị bus.
-Truyền khối dữ liệu , độ dài khối tối đa 256 từ.
1.1.3. S-100 (IEEE 696)
Một số máy tính cá nhân đầu tiên vào cuối thập niên 1970 là dựa trên bus S-
100. Độ dài dữ liệu là 16 bit và tầm địa chỉ là 16 bit có thể mở rộng lean 24 bit (16
Mbytes). Truyền dữ liệu trên S-100 là bất đồng bộ. Có hỗ trợ cho tác vụ nhiều chủ:
bus cho phép tới 16 board chủ được cài đặt; thủ tục duy nhất được kiểm soát bởi moat
board hoạt động như là board chủ vĩnh viễn. Bus S-100 được chọn cho máy tính kinh
doanh và giải trí hơn là trong công nghiệp. Việc chọn card S-100 là hạn chế.
1.1.4. STD (IEEE 961)
Bus STD là bus đa năng đầu tiên dùng trong ứng dụng công nghiệp. Với độ dài
từ 8 bit, bus được dùng cho vi xử lí 8 bit của thế hệ đầu như là Intel 8080 và Zilog

Z80. Bus STD có 56 chân dẫn và hỗ trợ truyền dữ liệu đồng bộ với tầm địa chỉ 16 bit
(64 Kbytes). Bus có 22 đường điều khiển cho điều khiển truyền dữ liệu, ngắt,vv…
1.2. CÁC CHUẨN KHE CẮM TRONG MÁY TÍNH PC
1.1.1. Hệ thống bus của máy IBMPC-AT :
Card giao tiếp sẽ được gắn vào Slot trên mainboard của máy tính, nên các bus
của card phải tuân theo kích thước chuẩn.
Khi card được cắm vào máy, phải đảm bảo không được phá hủy các bus nội và
các vi mạch trên mainboard của máy. Địa chỉ của card được chọn sao cho không bị
trùng với địa chỉ của các ngoại vi khác để tránh hiện tượng tranh giành bus do giải mã
địa chỉ gây ra. Sơ đồ Slot trên máy tính IBMPC - AT được cho ở hình vẽ 1.
. SA0 - SA19 : là hai mươi ( 20 ) đường địa chỉ dùng để xác định địa chỉ bộ nhớ
hay thiết bị vào / ra thuộc hệ thống . Các đường địa chỉ này cùng với các đường LA 17
- LA23 cho phép truy nhập đến 16 MB bộ nhớ.
. SD 0 - SD 15 : các đường dữ liệu, dùng để di chuyển dữ liệu qua lại giữa các
vùng của bộ nhớ hoặc các thiết bị ngoại vi .Với tác vụ truyền dữ liệu 8 bit, thì chỉ cần
dùng D 0 - D 7.
. AEN : Đường này được sử dụng để phân cách vi xử lý và các thiết bị khác
khỏi kênh vào / ra để thực hiện truyền dữ liệu DMA . Khi đường này tích cực mức
cao, bộ điều khiển DMA sẽ chiếm quyền điều khiển bus : các đường địa chỉ ( A0 - A
19 ) , các đường dữ liệu ( D 0 - D15 ) và các đường điều khiển đọc, ghi bộ nhớ và IO
6
( RD, WR, IOR, IOW ). Khi xây dựng cơ chế hoạt động của card AD cần chú y tới
đường tín hiệu này để tránh hiện tượng tranh giành bus.
. BALE : Đường này thông báo cho các thiết bị thuộc hệ thống biết quá trình
gởi tín hiệu địa chỉ đang thực hiện.
. CLK : Đây là xung đồng hồ hệ thống tần số 6 MHz, 50% mức cao, 50% mức
thấp.
. Reset DrV : Đường này được sử dụng để reset các mức logic của các thiết bị
trong hệ thống khi khởi động máy. Đường này tích cực mức cao .
. IOR : chỉ thị đọc IO. Tín hiệu này ra lệnh cho thiết bị IO đưa dữ liệu của nó

lên tuyến dữ liệu. IOR được tạo ra bởi bộ vi xử lý hoặc bộ điều khiển DMA. Đường
này tích cực ở mức thấp.
. IOW : chỉ thị ghi ra IO . Tín hiệu này báo hiệu cho các thiết bị IO rằng CPU
đang xuất dữ liệu ra ngoại vi. Tín hiệu IOW tích cực ở mức thấp.
1.1.7. Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn EISA:
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
Kích thước thông thường của một card EISA là :
* Chiều cao: 127 mm(5 inhxơ)
*Chiều dài : 333,5 mm(13,13 inhxơ)
* Chiều dày, bao gồm vả linh kiện : 12,7 mm(0,5 inhxơ).
Từ kích thước này, rõ ràng một card ISA có thể cắm vừa rãnh cắm EISA. Rãnh
này vừa có thể chấp nhận card ISA 8 bit và 16 bit vừa có thể duy trì chế độ hoạt động
32 bit của các card ghép nối tuân theo đúng chuẩn EISA. Rãnh cắm EISA được dùng
cho bộ xử lí 80386 DX và các thế hệ kế tiếp.
1.1.8. Rãnh cắm 32 bit và 64 bit theo chuẩn VESA VLB
VESA VLB (VESA Local Bus Standard)
Việc tạo ra các “local bus” nằm trong ý đồ nhằm đạt được mối liên hệ trực tiếp với bộ
xử lí để làm tăng tốc độ truyền dữ liệu, đặc biệt là khi bộ vi xử lí 80486 ra đời. Còn
chữ VESA bắt nguồn từ tên gọi của Video Electronics Standard Association, tổ chức
này đã dành nhiêù thời gian để tìm kiếm những giải pháp phần cứng để tận dụng tốc
độ xử lí của các bộ vi xử lí thế hệ mới.
Rãnh cắm VLB (VESA local bus) bao gồm một rãnh cắm ISA 16 bit và một
rãnh mở rộng nằm thẳng hàng vơí rãnh ISA. Rãnh VLB có đến 116 chân được sắp
xếp.
7
Bài 2
CÁC MẠCH SỐ
Mục tiêu :
- Biết Ghép nối kiểu rơle
- Nhận biết các bộ điều khiển mini, các giao diện vào và ra trên rãnh cắm PC, các bộ

đếm vạn năng
Nội dung:
2.1. Quản lý theo bit
a.Bộ đệm truyền dữ liệu : bộ đệm 8 bit, 2 chiều , 3 trạng thái dùng để giao tiếp
8255 với CPU. Dữ kiện được phát hay nhận bởi bộ đệm khi thực hiện lệnh IN, OUT
bởi CPU. Các từ điều khiển cũng truyền qua dữ kiện
b.Phần kiểm soát đọc/ghi : chức năng của khối này là kiểm soát tất cả các sự
truyền đạt bên trong và ngoài của từ điều khiển và dữ kiện. Nó nhận ngõ vào từ tuyến
địa chỉ và điều khiển của CPU, phát ra các lệnh cần thiết cho cả 2 nhóm điều khiển A
và B.
CS : ngõ vào =0 cho phép truyền tin giữa 8255 và CPU
RD: =0 cho phép 8255 gởi dữ kiện đến CPU trên tuyến dữ kiện chủ yếu là cho
phép
CPU đọc dữ kiện từ 8255
WR : =0 CPU xuất từ điều khiển hay dữ liệu ra 8255
A0 và A1 : để chọn cổng A,B,C
A1 A0 chọn cửa
0 0 port a
0 1 port b
1 0 port c
1 1 từ điều khiển
RESET : =1 xóa tất cả các thanh ghi bên trong gồm thanh ghi điều khiển và các cổng
A,B,C ở mode nhận.
c.Điều khiển nhóm A và B
Cấu hình hoạt động của mỗi nhóm được lập trình bởi phần mềm, chủ yếu là, CPU xuất
từ điều khiển đến 8255. Từ điều khiển gồm các thông tin như chế độ (mode), bit set,
bit reset, vv… sẽ khởi động cấu hình hoạt động của 8255. Thanh ghi từ điều khiển chỉ
có thể viết vào mà không thể đọc ra.
2.2. Bộ điều khiển mini
a. PCL-818L

Card PCL-818L là card đa năng 12 bit cắm trên rãnh cắm ISA của máy tính PC.
Card được thiết kế dùng cho khách hàng cần chi phí vừa phải nhưng card vẫn
đảm bảo các tính năng của họ PCL-818, ngọai trừ tần số lấy mẫu 40 Khz và chỉ chấp
nhận ngõ vào lưỡng cực. Card tương thích hòan tòan về phần mềm và kết nối với họ
8
PCL-818HD và PCL-818HG. Điều này cho phép bạn nâng cấp các ứng dụng của bạn
với các card hiệu suất cao mà không phải thay đổi phần mềm và phần cứng. PCL-
818LS gồm có card PCL-818L , board đầu cuối nối dây PCLD-8115, và cáp nối
DB37. PCLD-8115 chứa trên board các thành phần gia công tín hiệu thụ động (điện
trở và tụ điện) cho phép bạn dễ dàng thực hiện các mạch lọc thông thấp, truyền động
điện áp hay bộ chuyển đổi điện áp 4~20 mA.
b. PCI-1718HDU
Card PCI-1718HDU của hãng Advantech là card thu thập dữ liệu và điều khiển đa
chức năng cắm trên rãnh cắm PCI của máy tính PC.
Đặc điểm :
-16 ngõ vào đơn hay 8 ngõ vào analog vi sai.
-Bộ chuyển đổi A/D 12 bit với tần số lấy mẫu lên đến 100 Khz.
-Độ lợi có thể lập trình được.
-Quét kênh/độ lợi tự động.
-Bộ nhớ FIFO trên board (1024 mẫu).
-Một kênh ngõ ra analog 12 bit .
-16 ngõ vào số và 16 ngõ ra số.
- Bus PCI đa năng (hỗ trợ tín hiệu bus PCI 3,3V hay 5 V).
-Chuyển mạch BoardID.
2.3. Giao diện vào ra trên rãnh cắm PC
9
Card giao tiếp sẽ được gắn vào Slot trên mainboard của máy tính, nên các bus
của card phải tuân theo kích thước chuẩn.
Khi card được cắm vào máy, phải đảm bảo không được phá hủy các bus nội và
các vi mạch trên mainboard của máy. Địa chỉ của card được chọn sao cho không bị

trùng với địa chỉ của các ngoại vi khác để tránh hiện tượng tranh giành bus do giải mã
địa chỉ gây ra.
Tín hiệu NMI của vi xử lý 80286 và hai bộ điều khiển ngắt 8259A ( chính , phụ
) cung cấp 16 mức ngắt hệ thống. Bảng dưới ( Bảng 3.3 ) trình bày việc gán 16 mức
ngắt theo mức độ ưu tiên giảm dần. Chú ý rằng các ngắt đều bị che ( gồm cả NMI của
vi xử lý).
Bài 3
10
CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỚI BỘ A/D
Mục tiêu :
- Lắp ghép bộ biến đổi A/D vào các cổng.
- Đo các thông số trên bộ biến đổi A/D
Nội dung:
3.1. Lắp ghép bộ biến đổi A/D vào cổng nối tiếp
Biến đổi AD là thành phần cần thiết trong việc xử lý thông tin và các chức năng
điều khiển sử dụng phương pháp số. Tín hiệu thực ở dạng analog. Một hệ thống thu
thập dữ liệu phải có các bộ phận giao tiếp AD. Nó sẽ đổi dữ liệu từ một hay nhiều đầu
tiếp nhận ( hay cảm biên ) thành dữ liệu số đưa vào bộ xử lý số. Thường một hệ thống
thu nhập dữ liệu gồm các phần : cảm biên, khuếch đại, lọc , mạch lấy mẫu và giữ, bộ
phân kênh và các bộ AD.
Biến đổi AD có tính chất tỉ lệ. Tín hiệu vào tương tự Vi được biến đổi thành
một phân số x bằng cách so sánh Vi với tín hiệu tham chiếu Vref . Đầu ra của bộ ADC
là mã của phân số này. Bất kỳ một sai số Vref nào cũng dẫn tới sai số mức ra, vì vậy
người ta cố gắng giữ cho Vref càng ổn định càng tốt.
Nếu mã ngõ ra bộ AD là n bit thì số mức rời rạc là 2n . Đối với tương ứng một -
một, tầm vào lượng tử hóa đúng theo mức này. Mỗi mức ( lượng tử ) như vậy là một
giá trị tương tự được phân biệt với hai mã kế tiếp nhau. Nó chính là kích thước của bit
có trọng số nhỏ nhất ( LSB : Least Significant bit ).
11
Tùy theo công nghệ chế tạo mà bộ ADC có đầu vào đơn cực hay lưỡng cực, đa

số nằm trong khoảng 0 ¸ 5v hoặc 0 ¸ 10v đối với ADC đơn cực và - 5v ¸ + 5 v ; - 10v ¸
+ 10 v đối với ADC lưỡng cực. Tín hiệu vào cần phải phù hợp với tầm vào xác định
cho từng bộ ADC. Nếu đầu vào không hết thang sẽ tạo mã vô dụng ở đầu ra. Vấn đề
này được giải quyết bằng cách chọn tầm đầu vào bộ ADC sau đó chỉnh độ lợi thích
hợp cho đầu vào của nguồn analog.
Khi sử dụng bộ ADC đơn cực mà có tín hiệu vào là lưỡng cực trong khoảng ±
Vpp thì ta phải cộng điện áp vào Vi với một điện áp nền bằng + Vpp, khi đó ta sẽ có
Vi nằm trong khoảng 0 + 2 Vpp. Tín hiệu này sẽ được đưa tới đầu vào bộ ADC .
Nếu sử dụng ADC lưỡng cực thì không cần cộng tín hiệu và đầu ra ta sẽ nhận
được mã lưỡng cực.
Đa số ADC có đầu ra 8 bit, 12 bit, 16 bit , dù vậy cũng có loại 3 (1/2 ) digit,
mã BCD, 10 bit, 14 bit. Đầu ra các bộ ADC thường là mã nhị phân tự nhiên, hoặc có
dấu. ADC dùng cho máy đo chỉ thị số đa dụng thường là mã BCD.
3.2. Các modul biến đổi A/D
Mọi bộ ADC đều phải có xung clock và tín hiệu điều khiển để hoạt động. Thiết
bị ngoài giao tiếp với ADC sẽ khởi động quá trình chuyển đổi AD bằng cách phát một
xung dương vào đầu vào Start của ADC. Bộ ADC sẽ nhận biết cạnh lên của xung Start
và ngay sau đó nó sẽ kéo đường BUSY hay EOC ( EOC : end of conversion : kết thúc
chuyển đổi ) xuống thấp ( không tích cực ). Điều này báo hiệu với thiết bị ngoài rằng
chuyển đổi đang tiến hành và rằng dữ liệu ngõ ra cũng chưa xuất hiện hay chưa có
một chuyển đổi mới nào. Lúc này ADC đang thực hiện quá trình chuyển đổi.
Tương ứng với mỗi xung clock đưa vào, ADC sẽ thực hiện một bước chuyển
đổi. Sau một số bước nhất định ( tùy theo bộ ADC ) thì quá trình biến đổi hoàn thành.
Ở cuối chuyển đổi hiện hành, ADC kéo đường EOC lên mức cao trở lại. Việc chuyển
từ thấp lên cao của đường EOC thường dùng tạo ra một ngắt cứng ở vi xử lý hay để
12
báo cho thiết bị ngoài rằng chuyển đổi đã kết thúc. Sau đó thiết bị ngoài sẽ gởi tín hiệu
cho phép ngõ ra ( OE : Output Enable ) tới ADC, báo hiệu cho ADC đổ dữ liệu ra.
Đối với các ADC có độ phân giải lớn hơn 8 bit, OE có thể gồm HBE ( high
byte enable , cho phép byte cao ) và LBE ( low byte enable, cho phép byte thấp ). Một

từ chuyển đổi được đặt vào data bus 8bit bằng hai phép truyền tuần tự . Nếu data bus
16 bit thì ta chỉ cần một đường OE là đủ truyền 16 bit .
3.3. Các ứng dụng của bộ biến đổi A/D
1. Giao tiếp phần mềm :
Dữ liệu truyền giữa ADC và mP có thể tổ chức trong phần mềm theo ba cách
a.Truyền theo bản đồ bộ nhớ :
Trong bản đồ bộ nhớ ADC được gán cho một địa chỉ ô nhớ thật sự chưa sử
dụng. Việc truyền dữ liệu giửa ADC và m P được thực hiện bằng cách xem ADC như
một ô nhớ. Bên cạnh việc sử dụng tối đa bộ nhớ, bản đồ bộ nhớ có thể tăng độ phức
tạp trong việc quản lý ( cả bộ nhớ và IO ) và thường đòi hỏi nhiều phần cứng hơn để
13
giải mã địa chỉ, bởi vì phần cứng tối thiểu giải mã địa chỉ sẽ gây ra lãng phí không
gian bộ nhớ.
b). Truyền theo bản đồ vào / ra : ( Input / Output Mapped Transfers )
Một vài hệ thống tạo ra vùng I / O có địa chỉ đặt riêng biệt. Mặc dù vùng đó, địa
chỉ IO có thể giống địa chỉ bộ nhớ, nhưng có thể phân biệt chúng với bộ nhớ bằng
cách dùng tín hiệu điều khiển đặc biệt IOR và IOW trên hệ thống bus của IBM - PC.
Sự phân biệt giữa I / O và vùng bộ nhớ làm cho thiết kế hệ thống trở nên tốt hơn. Nó
cho phép mạch giải mã địa chỉ đơn giản và sử dụng phần cứng là tối thiểu bởi vì giải
mã từ vùng IO đơn giản và tốt hơn vùng bộ nhớ có giá trị chưa sử dụng.
c). Truy xuất bộ nhớ trực tiếp : ( DMA : Direct Memory Access )
Khi chỉ có truyền dữ liệu đơn giản giữa bộ nhớ và ngoại vi được yêu cầu, việc
dùng tích lũy trong quá trình truyền làm chậm quá trình một cách không cần thiết.
Bằng việc kết hợp sử dụng phần cứng ở dạng thiết bị phục vụ gọi là ² bộ điều khiển
DMA ² , việc truyền trực tiếp có tác động nhanh hơn nhiều. Hầu hết các bộ vi xử lý
cho phép DMA thực hiện đầy đủ bằng cách cấp điều khiển của bus hệ thống cho
khoảng định trước. Bộ điều khiển DMA lấy lệnh của bus trong suốt khoảng này và
mang dữ liệu truyền ra bằng cách phát địa chỉ yêu cầu và tín hiệu điều khiển. Tại cuối
khoảng, vi xử lý lấy lại quyền điều khiển bus. Truyền dữ liệu hoàn toàn có thể lấy
nhiều chu kỳ DMA để thi hành.

2. Giao tiếp phần cứng :
Thiết kế phần cứng theo mô hình dữ liệu song song hay nối tiếp .
a). Truyền dữ liệu song song :
Phần cứng cho giao tiếp dữ liệu song song hầu hết bao gồm bộ đệm ngõ ra ba
trạng thái mà ADC nối với bus dữ liệu của vi xử lý. Địa chỉ giải mã và tín hiệu điều
khiển đọc của vi xử lý cho phép bộ đệm dữ liệu của ADC vào m P . Giải mã địa chỉ
tương ứng và tín hiệu điều khiển ghi của m P tạo thành lệnh bắt đầu cho bộ biến đổi.
Nó không cần dùng điều khiển R / W riêng biệt, dù sao làm việc này cho phép địa chỉ
giống nhau cả cho lệnh xuất xung khởi động tới ADC và lệnh đọc dữ liệu ngõ ra của
ADC. Các ADC mới hơn có bộ đệm ba trạng thái bên trong cùng với mạch điều khiển
chúng. Những ADC này có thể nối trực tiếp với bus dữ liệu của vi xử lý.
Khi giao tiếp với nhiều thiết bị, thì ta phải cung cấp địa chỉ giải mã và đôi khi
một vài cổng quản lý tín hiệu điều khiển. Giao tiếp với hệ thống vi xử lý thì đơn giản,
bởi vì vi xử lý cung cấp địa chỉ port trực tiếp và việc giải mã địa chỉ là không cần thiết.
b). Mô hình truyền dữ liệu nối tiếp :
Truyền dữ liệu nối tiếp được dùng trong việc truyền dữ liệu đi xa. Truyền đồng
bộ nối tiếp dùng cho tuyến phục vụ tuyến điện thoại. Thiết bị phục vụ gọi là UART
( truyền nhận hoàn toàn đồng bộ ). UART ( Universal Asynchronous Receives and
14
Transmitter ) nhận và truyền dữ liệu dạng tuần tự nhưng giao tiếp với m P dạng song
song
.
15
Bài 4
CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỚI BỘ BIẾN ĐỔI D/A
Mục tiêu :
- Lắp ghép bộ biến đổi D/A vào các cổng.
- Đo các thông số trên bộ biến đổi D/A
Nội dung:
4.1. Các hoạt động của bộ biến đổi D/A

Sơ đồ khối DAC:
-Quan hệ vào ra : Biến đổi DA có tính chất tỉ lệ. Tín hiệu vào số N được biến
đổi thành dòng điện hay điện áp có giá trị Q(phụ thuộc vào tín hiệu tham chiếu Vref)
bằng cách so sánh giá trị ở đầu vào với giá trị nay thang của đầu vào. Bất kì một sai số
tín hiệu Vref nào cũng dẫn tới sai số mức ra, vì vậy người ta cố gắng cho Vref càng ổn
định càng tốt.
Thông thường ở các bộ biến đổi DAC thong mại, ngõ ra sẽ xuất hiện dòng điện,
vì vậy ta phải mắc thêm một bộ biến đổi dòng thành áp có thể nhận được.
-Đầu vào bộ DAC : Đa số các DAC có ngõ vào 8 bit, 10 bit, 12 bit và 16 bit
Đầu vào các bộ DAC là mã nhị phân tự nhiên hoặc vó dấu. Nếu mã đầu vào có dấu thì
tín hiệu tham chiếu phải là tín hiệu lưỡng cực.
Bộ DAC sẽ liên tục biến đổi số ở ngõ vào thành giá trị tương tự ở ngõ ra, thời
gian cho một lần biến đổi như vậy tùy theo bộ DAC. Vì vậy để đảm bảo chính xác ,
người ta mắc thêm ở ngõ vào bộ DAC một mạch chốt dữ liệu để tránh hiện tượng bộ
DAC xuất ra tín hiệu không xác định trong khoảng thời gian tự do giữa hai lần cập
nhật dữ liệu ở ngõ vào.
-Đầu ra bộ DAC : tùy theo công nghệ chế tạo mà đầu ra bộ DAC có thể là dòng
hoặc áp.
4.2. Các bộ biến đổi D/A
Họ DAC 0808(DAC 0808/DAC 0807/DAC 0806) là bộ biến đổi digital sang
analog 8 bit, có thời gian xử lí dòng ra toàn thang là 150 ns, công suất tiêu thụ chỉ
16
33mW với nguồn +/- 5V. Họ DAC 0808 giao tiếp trực tiếp với các mức logic thông
dụng như TTL, DTL hoặc CMOS.
Sơ đồ khối :
Sơ đồ chân
Khả năng :
-Độ chính xác tương đối : +/-0.19 %( 8 bit) với DAC 0808.
-Độ chính xác 6 bit và 7 bit với DAC 0806 và DAC 0807.
-Thời gian xử lí nhanh : 150 ns.

-Ngõ vào digital không đảo tương thích TTL và CMOS.
-Tốc độ quét cao : 8mA/us
-Tầm điện áp cung cấp : +/- 4.5 V đến +/- 18V.
-Công suất tiêu thụ thấp : 33 mW với nguồn +/-5V.
Hoạt động cơ bản :
17
Vref döông
Vref aâm
Dòng điện chuẩn được tạo ra bằng một trong hai cách: chuẩn dương hoặc chuẩn
âm. Dòng điện vào chuẩn I14 phải luôn luôn chạy vào chân 14, bất chấp cách bố trí
hoặc cực tính nguồn áp chuẩn. Cách kết nối với áp dương như trên hình 8.23a. Với tín
18
hiệu chuẩn lưỡng cực , R15 có thể được nối với nguồn âm. Trị số của tụ bù phải tăng
khi R14 tăng để duy trì lề pha thích hợp. Ví dụ với R14 là 1,2,5 và 5K thì trị tối thiếu
của tụ là 15, 37, 75 pF. Tụ có thể nối đến VEE hoặc đất.
Áp chuẩn âm có thể được sử dụng nếu R14 được nối đất và chuẩn được nối đến
R15 như hình 8.23b. Phương pháp này có thuận lợi chính là tổng trở vào cao. (tại chân
15) DAC 0808 là bộ biến đổi D/A tạo ra dòng điện có trị số tùy theo giá trị số và dòng
điện chuẩn ngõ vào. Dòng điện chuẩn có thể có trị số cố định hoặc thay đổi từ gần 0
đến 4mA. Dòng ngõ ra toàn thang (IFS-full scale) là một hàm tuyến tính của dòng
chuẩn và cho bởi :
Dòng điện ra:
4.3. Các ứng dụng của biến đổi D/A
Bộ chuyển đổi DAC với thang điện trở , khĩa S1, S2, ,Sn thể hiện 0 hay 1
được điều khiển bởi ng vo s . Điện p ng ra l :
Giao tiếp với DAC với vi xử lí và xuất dữ liệu tuần tự:
19
Khi có yêu cầu xuất một chuỗi dữ liệu ra cổng, phần mềm xử lí sẽ tuần tự xuất
từng byte trong bộ đệm ra cổng. Để tạo được tần số xuất theo mong muốn, đầu tiên
chương trình phải tính được tốc độ của CPU có thể xuất ra cổng giao tiếp trong một

dịch vụ thời gian (1 giây). Từ thông tin đó , phần mềm có thể tính được thời gian trễ
giữa hai lần xuất dữ liệu để tạo ra tần số xuất theo yêu cầu.
Phương pháp này tạo ra tần số xuất dữ liệu rất cao (lên tới khoảng 40 Khz hoặc
vao hơn tùy theo kiểu máy tính), nhưnh tần số rất khó để có thể tạo ra một cách chính
xác. Mặt khác CPU cũng sẽ bị bận trong suốt quá trình xuất dữ liệu.
-Cài một ngắt ngoại vi: Phương pháp nàu sử dụng xung Start để mạch lấy mẫu
ADC để kích hoạt một chương trình phục vụ ngắt, chương trình phục vụ này sẽ làm
nhiệm vụ xuất một byte dữ liệu ra cổng. Xung Start được lợi dụng để tạo ra một tần số
kích ngắt bằng tần số lấy mẫu.
-Sử dụng ngắt đồng hồ: Ta biết rằng trong hệ thống của máy tính có ngắt số 8 là
một ngắt có kích hoạt định kì theo thời gian, gọi là ngắt đồng hồ. Chu kì kích ngắt có
thể thay đổi được bằng cách lập trình cho bộ định thì 8253. Lợi dụng ngắt có sẵn này,
ta có cài thêm một chương trình phục vụ ngắt của máy rồi lập trình cho bộ 8253 để tạo
ra một tần số kích ngắt theo mong muốn.
20
Bài 5
GHÉP NỐI BUS Ở CÁC CỔNG NỐI TIẾP RS232
Mục tiêu :
- Ghép nối các phần cứng qua cổng nối tiếp
- Ghép nối các phần mềm qua cổng nối tiếp
- Ghép nối các modul bus khác nhau qua cổng nối tiếp
- Nắm vững được các loại tín hiệu vào ra
Nội dung:
5.1: PHẦN CỨNG
1. Cổng nối tiếp
Ghép nối qua cổng nối tiếp là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất bởi số
lượng và chủng loại các thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng này đứng hàng đầu trong
các khả năng ghép nối với máy tính. Qua cổng này ta có thể ghép nối modem, chuột,
bộ biến đổi A/D, D/A, các thiết bị bị đo lường thậm chí cả máy in.
Ghép nối qua cổng nối tiếp là dữ liệu được truyền qua cổng kiểu nối tiếp nghĩa

là tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền dọc theo một đường dẫn. Đăc điểm này
cho phép tạo ra sự khác biệt so với các cách ghép nối khác chẳng hạn cách truyền
thông theo kiểu song song trong đó nhiều bit được gửi đồng thời. Ưu điểm chính của
kỹ thuật này là sử dụng một đường truyền và một đường nhận cho nên việc điều khiển
trở nên đơn giản.
Cổng này có tên là RS232 hoặc V.24. RS232 là tên một tiêu chuẩn quy định các
đặc tính cho cổng nối tiếp, còn V.24 là tên của cổng này được áp dụng ở các nước Tây
Âu.
RS232 khi chưa trở thành một chuẩn chính thức đã được rất nhiều công ty máy
tính và công ty sản xuất thiết bị đo lường áp dụng. Điều đó cho thấy tính cần thiết và
tiện lợi của nó, vì qua đó nhiều thiết bị ngoại vi của nhiều nước khác nhau có thể cùng
nối với máy tính hoặc là cùng nối với nhau mà không cần phải có sự thay đổi gì về
phần cứng.
So với các khả năng ghép nối khác tốc độ truyền qua cổng nối tiếp chậm, tốc độ
thường sử dụng là 19600 bit/s/20m. Tốc độ truyền ở các modem đời mới nhất cũng chỉ
đạt 56,6Kbit/s. Về sau có một số tiêu chuẩn nối tiếp khác ra đời như RS422, RS485
cho phép truyền với tốc độ cao hơn và khoảng cách dài hơn: ví dụ RS422
10Mbit/s/hàng ngàn km. Một số chuẩn khác còn cho phép sử dụng trên mạng máy
tính.
2. Cổng nối tiếp RS232
* Nguồn gốc
RS232 có một thời gian dài tồn tại dưới dạng không chính thức, cho đến năm
1962 hiệp hội các nhà công nghiệp điện tử (EIA-The Electronics Industries
21
Association) đã ban hành một tiêu chuẩn chính thức có tên là RS232 áp dụng cho cổng
nối tiếp của máy tính.
Ngay sau khi RS232 ra đời đã xuất hiện nhu cầu cải tiến. Phiên bản đầu tiên là
RS232B, tiếp theo là RS232C. Phiên bản RS232B đã trở lên lỗi thời, RS232C đến nay
vẫn còn sử dụng. Vì vậy, tiêu chuẩn hiện nay đang được sử dụng cho các máy tính PC
là RS232C đôi khi người ta gọi ngắn gọn là RS232 nhưng đây không phải là tiêu

chuẩn lúc ban đâù ban hành năm 1962.
Việc thiết kế ra cổng RS232 tương đối dễ dàng, đặc biệt là khi truyền dữ liệu
với tốc độ thấp như là tốc độ 110,1200 bit/s. Khi đó các linh kiện phần cứng hết sức
đơn giản và rẻ tiền. Về mặt cấu tạo thì cả bộ nhận và bộ đệm cũng như bộ phát và bộ
đệm đều được tích hợp chung trên vi mạch chuyên dụng. Cụ thể chip bộ phát/bộ đệm
tiếp nhận mức điện áp TTL lối vào và biến đổi chúng sang mức phù hợp với chuẩn
RS232 sau đó truyền đi. Về phía bộ nhận cách làm việc diễn ra ngược lại, mức điện áp
theo RS232 được tiếp nhận rồi chuyển sang mức điện áp TTL để có thể đưa vào máy
tính. Các bộ phận này đều nằm trên card vào ra hoặc trên maiboard nghĩa là nằm phía
sau cổng nối tiếp.
* Mức điện áp trên đường truyền
Một trong những thông số quan trọng nhất của RS232 là mức điện áp trên
đường truyền. RS232 đầu tiên sử dụng mức địên áp TTL giống như cổng song song.
Chính vì thế ngay sau khi ra đời RS232 đã xuất hiện nhu cầu phải cải tiến. Ngoài mức
điện áp thì tiêu chuẩn cũng quy định rõ giá trị của trở kháng tải đấu vào bus và trở
kháng ra của bộ phát và bộ đệm. Hướng cải tiến của mức điện áp là tăng giá trị của
điện áp truyền để tăng khả năng chống nhiễu do vậy truyền được xa hơn.
Các mức điện áp chuẩn RS232
22
Từ sơ đồ trên ta thấy cải tiến của RS232B là làm tăng mức điện áp từ ±5V đến
±25V. Trong đó:
+ Mức logic 1 tính từ -5V đến -25V.
+ Mức logic 0 tính từ +5V đến +25V.
+ Các mức từ -3V đến +3V gọi là trạng thái chuyển tiếp.
+ Các mức điện áp từ ±3V đến ±5V gọi là không xác định. Dữ liệu có
mức điện áp rơi vào khoảng này sẽ dẫn đến kết quả không dự tính được và đây cũng là
tình trạng hoạt động của những hệ thống được thiết bị kế sơ sài. Điều đáng chú ý ở đây
là: Mức 1 ~ LOW, mức 0 ~ HIGH vì trước khi đưa vào xử lý còn có bộ nhớ đảo còn
gọi là bộ nhớ chuẩn dạng tín hiệu.
Việc nâng mức điện áp của chuẩn RS232B dẫn đến sự hạn chế về tốc độ truyền,

vì vậy người ta thấy giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền phải có sự dung hoà.
RS232C là chuẩn hiện nay đang được áp dụng. Điện áp sử dụng là ±12V. Trong đó:
-12V là mức logic 1 (HIGH)
+12V là mức logic 0 (LOW)
Cụ thể:
+3V -> +12V là mức 0
+5V -> +12V là mức tin cậy (của mức 0)
-3V -> -12V là mức 0
-5V -> -12V là mức tin cậy (của mức 1)
Bằng việc thu hẹp giới hạn điện áp đường truyền, tốc độ truuyền dữ liệu được
tăng lên đáng kể. Ngoài ra chuẩn RS232C cũng quy định trở kháng tải, giá trị này
thuộc phạm vi 3000Ω đến 7000 Ω; đồng thời bộ đệm phải duy trì tăng điện áp tương
đối lớn khoảng 30V/μs. Các vi mạch Motorola loại MC1488 và MC1489 đã hoàn toàn
thoả mãn các thông số kỹ thuật này.
Các yêu cầu về mặt điện được quy định trong chuẩn RS232C như sau:
1. Mức logic 1(mức dấu) nằm trong khoảng -3V -> -12V; Mức logic 0
(Mức trống) nằm trong khoảng +3V -> +12V.
2.Trở kháng tải về phía bộ nhận của mạch phải nằm trong khoảng
3000Ω -7000Ω.
3. Tốc độ truyền nhận cực đại 100 Kbit/s.
4. Các lối vào của bộ nhận phải có điện dung <2500pF.
5. Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ghép nối qua cổng nối
tiếp không thể vượt quá 15 máy nếu không sử dụng modem.
6. Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là 50, 75, 110, 150, 300, 600,
1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, , 56600 baud (bit/s).
3. Cấu trúc cổng Com
Cổng nối tiếp trên máy tính, thường gọi là cổng COM, được sử dụng để truyền
dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các ưu điểm sau:
23
- Khoảng cách truyền dài hơn so với cổng song song. Cổng nối tiếp truyền mức

1 từ −3V đến −25V và mức 0 từ +3V đến +25V nên tính chống nhiễu cao hơn, cho
phép khoảng cách truyền xa hơn.
- Số dây kết nối ít, tối thiểu ba dây.
- Có thể ghép với đường dây điện thoại, cho phép khoảng cách truyền chỉ bị
giới hạn bởi mạng tổng đài điện thoại.
- Có thể truyền không dây dùng tia hồng ngoại.
- Ghép nối dễ dàng với vi điều khiển hay PLC.
- Cho phép nối mạng.
Các thiết bị ghép nối nối tiếp chia làm hai loại DTE (Data Terminal
Equipment) và DCE (Data Communication Equipment). DCE là các thiết bị trung gian
như modem, còn DTE là các thiết bị như máy tính, vi điều khiển, PLC, là nguồn tạo ra
dữ liệu hay tiếp nhận dữ liệu để xử lý. Có thể ghép nối DTE với DTE hoặc DCE, DCE
với DTE hoặc DCE. Tín hiệu truyền nối tiếp theo dạng xung chuẩn RS 232 của EIA
(Electronics Industry Associations), mức logic 0 còn gọi là Space giữa +3 và +25V,
mức logic 1 còn gọi là Mark, ở giữa −3V và −25V.
Từ DTE tín hiệu được truyền giữa hai dây TXD và GND theo khuôn dạng như
hình vẽ sau
Khi không truyền đường dây sẽ ở trạng thái Mark, khi bắt đầu truyền, xung
Start được truyền (+10 V) sau đó là 8 bit dữ liệu, bit D0 được truyền trước, nếu bit dữ
liệu logic 0 thì điện áp đường dây tương ứng là +10V, sau các bit dữ liệu là bit kiểm
tra chẵn lẻ rồi bit stop ở logic 1(-10V), DTE nhận tín hiệu truyền ngược trở lại theo
đường RXD. Nếu nối hai DTE với nhau thì dùng sơ đồ hình a
Trường hợp nối DTE với DCE thì chân TXD của DCE nhận tín hiệu còn chân
RXD phát tín hiệu (hình b).
24
Cổng COM có hai dạng đầu nối đực D-25 và D-9
Thường sử dụng các sơ đồ kết nối như hình sau
25
a) Keát noái tröïc tieáp; b) Keát noái qua modem
Tín hiệu truyền nối tiếp dưới dạng các bit, số bit trong một giây được gọi là

baud, vận tốc truyền thông dụng là 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200… baud.
Nếu dùng vận tốc 9600 baud và khung truyền 8, E, 2 (8 bit dữ liệu, 1 bit kiểm tra chẵn,
2 bit stop) thì truyền một byte chiếm 12 bit vậy một giây truyền được 800 byte, thời
gian truyền 1 bit là ~ 0,1msec. Các modem đời mới có thể đạt tốc độ 56000 baud, tuy
nhiên các vi mạch truyền nối tiếp có thể đạt tốc độ cao hơn đến 115200 baud (vi mạch
16550) 230400 baud (16C650) vì vậy các modem phải nén tín hiệu trước khi truyền
trên đường. Kết nối giữa máy tính (DTE) và modem (DCE) thực hiện theo nguyên tắc
các chân cùng tên nối với nhau. Còn khi kết nối DTE và DTE thường dùng sơ đồ bảng
sau:
Bảng 5.1
Khi DTE cần truyền dữ liệu thì DTR tích cực đưa về DSR cho biết phía nhận
sẵn sàng, đưa về CD cho biết đã nhận được sóng mang của modem ảo. Hai DTE có
cùng khung truyền nên RTS và CTS nối với nhau. Đôi khi có thể bỏ đường nối DTR
với DSR và CD.
Khi kết nối DTE với DCE, do vận tốc truyền khác nhau, cần điều khiển lưu
lượng. Có hai cách là dùng phần cứng và phần mềm. Khi dùng phần cứng sử dụng hai
dây RTS và CTS. Nếu DTE muốn truyền sẽ cho RTS tác động, nếu DCE chấp nhận sẽ
gởi trở về CTS và máy tính sẽ gởi dữ liệu, nếu máy tính không nhận được CTS sẽ
không gởi dữ liệu. Điều khiển lưu lượng bằng phần mềm dùng hai ký tự Xon và Xoff.
Khi modem muốn máy tính ngừng truyền sẽ gởi đi ký tự Xoff (ASCII 19) còn khi
modem rảnh nó sẽ gởi ký tự Xon (ASCII 17).
26
Việc trao đổi dữ liệu của máy tính được thực hiện thông qua vi mạch UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) còn với vi điều khiển hay PLC thì có
các vi mạch chuyên dụng hoặc được tích hợp trong vi xử lý. Các máy tính đời mới
dùng công nghệ ASIC sử dụng chip đa năng làm nhiều nhiệm vụ giao tiếp nối tiếp,
song song, cổng trò chơi, điều khiển đĩa, tuy nhiên phần giao tiếp nối tiếp thiết kế
tương hợp với các vi mạch UART rời. Các loại vi mạch UART thường gặp là 8250,
8250A, 16450, 16550, 16650, 16750, … 6402
Các cổng nối tiếp được đánh số COM 1, COM 2, COM 3, COM 4. Bảng 5.2

cho địa chỉ gốc cổng COM và các thông tin khác
Bảng 5.2
5.2 CÁC MODUL BUS KHÁC NHAU
1. MoDem
Modem (modulator + demodulator) cho phép ghép nối hai DTE qua khoảng
cách nhờ đường dây điện thoại công cộng có sẵn hay đường dây điện thoại riêng.
Tín hiệu số từ DTE dùng để điều chế sóng mang rồi truyền đi, ở nơi thu sóng mang
được giải điều chế rồi đổi lại thành tín hiệu số đưa vào DTE.
Ngoài việc truyền tín hiệu số thông qua modem còn có thể trao đổi thoại, fax,
videophone.
Modem (xuất hiện từ thập niên 60) chia làm hai loại là: modem trong và
modem ngoài.
Modem trong, được cắm vào slot PCI của máy tính và thường được gắn địa chỉ
là COM3 hay COM4, vận tốc truyền tối đa 56kbps, có giá rẻ hơn.
Modem ngoài ghép với máy tính qua đường cáp 25 – 9, 9 – 9 hay 25 – 25, tín
hiệu được truyền theo chuẩn RS 232 (± 12V).
27