Thiết kế Card giao tiếp máy tính ứng dụng điều khiển bộ nguồn

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỘC LẬP _ TỰ DO _ HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH TUẤN
NGUYỄN LÂM VŨ
Lớp: 95KĐĐ
Khóa: 1995 – 2000

1. TÊN LUẬN VĂN:

THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN

2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

3. NỘI DUNG CÁC PHẦN LÝ THUYẾT & TÍNH TOÁN:









4. CÁC BẢN VẼ & ĐỒ THỊ:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

2





5. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ VIẾT PHÚ

6. NGÀY NHẬN NHIỆM VỤ: 30 – 11 – 1999
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26 – 2 – 2000

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THÔNG QUA BỘ MÔN
Ngày tháng năm 2000

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

3

LỜI CÁM ƠN

Chúng em xin cảm ơn Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng
em được học tập và nghiên cứu trong suốt các năm qua.

Chúng em xin chân thành cám ơn Quý Thầy Cô đã tận tình
truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em, nhất là Quý
Thầy Cô trong Khoa Điện đã giảng dạy trong suốt quá trình học tập
cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn Thầy Lê Viết Phú đã trực tiếp hướng
dẫn chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ.

Xin cám ơn các bạn đã quan tâm và giúp đỡ.

Xin cám ơn các bậc phụ huynh đã tạo mọi điều kiện về mặt tinh
thần cũng như vật chất trong những năm học vừa qua..

Nguyễn Minh Tuấn
Nguyễn Lâm Vũ

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN













THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT












THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

6
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay tin học đã thâm nhập vào tất cả mọi hoạt động trong xã hội và
máy vi tính đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc hỗ trợ con người. Nó không
chỉ làm giảm nhẹ lao động (kể cả lao động trí tuệ) mà còn giúp cho con người có
những năng lực mới mà trước đây chúng ta khó hình dung được. Máy vi tính ngày
càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ quan, trường học, trong các ngành kinh tế
và ngay cả trong gia đình.

Theo đà phát triển hiện nay của nước ta thì quá trình hiện đại hoá, công
nghiệp hoá là hai mục tiêu đứng đầu. Nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hóa thì

không thể không nói đến quá trình tự động hóa, đó là một quá trình mà sự can thiệp
của con người là tối thiểu. Mà để có tự động hoá trong các khâu, các nghành thì nhất
thiết phải có sự hổ trợ của tin học mà cụ thể là các máy tính. Việc sử dụng máy vi
tính trong lónh vực đo lường và điều khiển ngày càng phổ biến đòi hỏi phải ghép nối
máy tính với các thiết bò bên ngoài trong đó tải hay các yếu tố chấp hành phải điều
khiển được, còn các phần tử nhập liệu và các đầu đo thì được liên tục kiểm tra để cập
nhật dữ liệu bằng một phần mềm được thiết kế riêng. Thông thường cách giải quyết
vấn đề này một cách tốt nhất là thiết kế một khối ghép nối với bên ngoài máy tính để
trao đổi thông tin với máy tính, khối đó chính là card giao tiếp.

Trong thực tiễn sản xuất, việc đo lường và xử lý các đại lượng của thế giới
thực như nhiệt độ, tốc độ, nguồn điện áp… là một yêu cầu cấp bách và thường xuyên.
Để phần nào đáp ứng được yêu cầu đó, nhóm em quyết đònh thực hiện đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN
Từ những vấn đề đó, nhóm em đã được Thầy LÊ VIẾT PHÚ hướng dẫn thực
hiện đề tài theo hướng tự động hóa bằng máy tính cá nhân (Personal Computer) và
đơn giản phần cứng bằng kỹ thuật lập trình.
Tuy nhiên vì thời gian có hạn, nên trong quá trình thiết kế tập luận văn này
không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong sự giúp đỡ của Quý Thầy Cô
và các bạn để cuốn Luận Văn Tốt Nghiệp này được hoàn thiện hơn.

Ngày 20 tháng 02 năm 2000
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện
NGUYỄN MINH TUẤN – NGUYỄN LÂM VŨ
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

7

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG
I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
1. MỤC ĐÍCH
2. YÊU CẦU
II. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁT TÍNH IBM
I. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
II. BỘ NHỚ
1. BỘ NHỚ ROM
2. BỘ NHỚ RAM
III. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT NGOẠI VI
1. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT CƠ BẢN
2. XUẤT NHẬP TRAO ĐỔI THÔNG TIN QUA KHE CẮM (SLOT)
IV. SỰ PHÂN BỐ ĐỊA CHỈ TRONG MÁY TÍNH
V. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KỸ THUẬT GIAO TIẾP
1. KỸ THUẬT GIAO TIẾP
2. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN KỸ THUẬT GIAO TIẾP
PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP
I. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MODULE GIAO TIẾP
II. THIẾT KẾ & THI CÔNG CÁC MODULE CON
1. MODULE GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ VÀ ĐỆM DỮ LIỆU (MODULE 1)
2. MODULE NHẬN TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 2)
3. MODULE XUẤT TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 3)
4. MODULE NHẬN TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 4)

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

8
5. MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5)
PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP

PHẦN E: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
BỘ NGUỒN

KẾT LUẬN
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

9

PHẦN A: GIỚI THIỆU

I. Mục đích – Yêu cầu của đề tài:
1. Mục đích:
Nhằm đáp ứng được phần nào yêu cầu đo lường, khống chế và điều
khiển các thiết bò máy móc trong sản xuất cũng như phục vụ cho nhu cầu học
tập, thí nghiệm của sinh viên.
Bên cạnh đó đề tài cũng để minh họa một trong nhiều ứng dụng của

các IC chốt, giải mã thông dụng trên thò trường với giá thành rẻ và độ tin cậy
cao. Ta có thể dùng các IC này trong mạch để thay thế các IC chuyên dùng như
8255… giúp ta tiết kiệm được kinh phí, khả năng mở rộng cao mà độ tin cậy như
nhau trong các ứng dụng vừa và nhỏ.
2. Yêu cầu:
Card giao tiếp phải thỏa mãn được các yêu cầu sau:
+ Dễ mở rộng, dễ phát triển.
+ Có thể điều khiển được nhiều đối tượng khác nhau (Bộ nguồn chỉ là
một đối tượng.
+ Dễ thay đổi.
+ Ghép nối được với nhiều chủng loại máy tính khác nhau của họ máy
vi tính IBM PC.
+ Sử dụng các linh kiện sẵn có, dễ tìm kiếm, giá thành phù hợp.
+ Khi thay đổi đối tượng điều khiển thì không cần thay đổi thiết kế
phần cứng mà chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển.
+ Có khả năng quản lý được nhiều kênh khác nhau.
+ Có độ tin cậy và chính xác cao khi làm việc.

II. Ý tưởng thiết kế:
Trong đề tài này em chọn máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý và điều
khiển vì nó có một số ưu điểm sau:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

10
 Về phương diện đo lường:
- Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm.

- Tự động xử lý bằng phần mềm.
- Đáp ứng được yêu cầu đa dạng của các quá trình sản xuất.
 Về phương diện xử lý:
- Ưu điểm của máy tính là khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của nó rất
lớn và linh động (có thể lưu trên Memory, các loại ổ đóa mềm và cứng) do xử
lý số liệu bằng phần mềm.
- Các phương pháp khác không có khả năng lưu trữ thông tin, kém linh
động, chỉ có khả năng chỉ thò hoặc chỉ điều khiển mà không xử lý số liệu.
 Về phương diện điều khiển:
- Thực hiện được các phương pháp điều khiển khác nhau nhờ phần mềm.
 Về phương diện kinh tế:
- Giá thành thi công phải phù hợp, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao.
Do đối tượng điều khiển trong đề tài này sử dụng dữ liệu số 8 bit nên ta
sẽ thiết kế một card giao tiếp với máy tính theo dạng một board cắm vào khe
slot theo chuẩn ISA 8 bit mà mọi máy vi tính PC IBM đều có để truy xuất dữ
liệu từ D0 đến D7 trên Data Bus của máy tính để điều khiển đối tượng mà cụ
thể trong đề tài này là bộ nguồn ổn áp có điện áp ra có thể thay đổi được trong
khoảng từ 0V đến 25,5V.
Ngoài ra, dựa trên các mục đích và yêu cầu đã nêu ở trên, hệ thống sẽ
được thiết kế theo dạng module có thể tháo lắp độc lập nhau. Các module sẽ
được gắn trên một đế cắm có nhiều slot cắm song song nhau và đế cắm này sẽ
kết nối với card giao tiếp gắn trong trong máy tính bằng cáp để trao đổi dữ liệu.

III. Các bước thiết kế:
Để thuận tiện trong quá trình thiết kế cũng như phân bố đòa chỉ cho các
card kết nối theo dạng module nhóm chúng em thiết kế theo trình tự:
- Thiết kế card giao tiếp gắn bên trong máy tính trước, có nhiệm vụ
đệm dữ liệu và giải mã đòa chỉ.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

11
- Chọn trước đòa chỉ cho các card còn lại sẽ gắn vào module bao gồm
card xuất tín hiệu Digital, card nhận tín hiệu Digital, card xuất tín hiệu Analog,
card nhận tín hiệu Analog.

- Dựa trên đòa chỉ chọn trước (nằm trong vùng đòa chỉ dành cho card
cắm thêm trong máy tính) thiết kế từng module đã kể trên. Các module này có
thể thiết kế theo thứ tự tùy ý do đã chọn trước đòa chỉ truy xuất không trùng
nhau.
- Thiết kế module nguồn ổn áp để minh họa dựa trên cách xuất dữ liệu
ra thông qua card đệm và giải mã.
- Thiết kế phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

12

PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁY TÍNH IBM



I. Bộ xử lý trung tâm : (CPU_Central Processing Unit)
Đây là bộ phận trung tâm điều khiển mọi hoạt động của máy vi tính. Nó

là một mạch tổng hợp (Chip) rất phức tạp, có nhiệm vụ sau đây :
- Thu nhận dữ liệu.
- Xử lý dữ liệu.
- Truyền những tín hiệu điều khiển.
- Truyền dữ liệu đến đòa điểm xác đònh.
- Nhận chỉ thò khác.
Máy vi tính có 3 họ chính : IBM PC với bộ vi xử lý Intel 80xxx,
MACINTOSH với bộ vi xử lý Ziglog Z8000, ATARI với bộ vi xử lý Motorola
6800. Ở đây, vì tính thông dụng nên chúng em chỉ khảo sát các bộ vi xử lý Intel
của họ IBM PC:
- CPU 8086, 8088: (Dùng trong các máy tính XT)
* Là các CPU 16 bit
* Có 14 thanh ghi, qua các thanh ghi này có thể truy nhập đến
1Mb bộ nhớ và 64 Kb các cổng vào/ra.
* Có 20 đường đòa chỉ, cho phép đòa chỉ hóa tới 20
20
đòa chỉ
* Data bus có 8 đường.
- CPU 80x86 (ngày nay có 80486 ,80586, 80686 ...):
* Là bộ vi xử lý 16 bit.
* Có 24 đường đòa chỉ.
* Có 16 đường data bus, 80286 vẫn có khả năng dùng các bus 8
bit
Máy tính sử dụng ở đây là loại 586, nên có khả năng tương thích với các
đời máy từ 286 trở lên. Các máy này, ngoài CPU còn có các cấu trúc phần
cứng hỗ trợ tùy theo từng loại CPU mà sẽ dùng những IC khác nhau như:
- Bộ đồng xử lý toán học (8087/80287).
- Điều khiển ngắt Interrupt (8259A).
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

13
- Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp)
(8237A).
- Bộ tạo nhòp (8284)
- Các cổng giao tiếp song song, nối tiếp (8255).
- Điều khiển CRT (6845)
Ngoài ra, còn sử dụng các logic đệm, chốt và giải mã đòa chỉ.
II. Bộ nhớ : (Memory)
CPU xử lý khối lượng lớn dữ liệu. Tuy nhiên vào từng thời điểm nó chỉ
ghi nhận một vài byte dữ liệu, do đó cần phải có bộ nhớ (main memory) bên
trong máy để việc trao đổi dữ liệu bên trong CPU được nhanh hơn.
Bộ nhớ của máy vi tính có thể chia làm 2 loại : ROM và RAM
1. Bộ nhớ ROM: là vùng nhớ mà hãng chế tạo máy ghi trước vào đó các
chương trình điều khiển căn bản (Người ta thường gọi là ROM BIOS), những
phần mềm hệ thống hoặc ứng dụng đi kèm với máy do hảng sản xuất cung cấp.
Những chương trình này không thể thay đổi được, không thể bò mất đi khi
tắt máy và ROM chỉ cho phép đọc dữ liệu chứa trên nó mà thôi.
2. Bộ nhớ RAM: RAM là phần còn lại của bộ nhớ trong. Đây là vùng bộ
nhớ chứa chương trình ứng dụng và dữ kiện cần thiết để khai thác xử lý.
IBM PC quản lý bộ nhớ bằng 20 đường đòa chỉ, tức là có thể giải mã
được đòa chỉ tới 1024 Kb hoặc chính xác hơn là 1048576 KB. Nói cách khác, đó
là số lượng tối đa các đòa chỉ và cũng là số tối đa các byte riêng biệt có thể sử
dụng được.
Với các máy tính thế hệ sau này từ 286 trở đi, người ta phân biệt nhiều
loại ký ức RAM tùy theo từng hệ điều hành. Với hệ điều hành MS DOS thì
được phân biệt thành 3 loại ký ức:

* Vùng nhớ qui ước: (Conventional memory). Tất cả các máy vi tính
chạy dưới DOS đều có tối đa 1 MB (1.024 KB) vùng nhớ RAM. Theo thiết kế
của DOS thì phần đều 384 KB ở đỉnh đïc dùng vào các công việc đặc biệt
như theo bên dưới, phần vùng nhớ này được gọi là vùng nhớ trên (UMA). Phần
còn lại 640 KB dành cho các chương trình ứng dụng và được gọi là vùng nhớ cơ
bản.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

14








* Vùng nhớ mở rộng: (Extended memory). Được gọi tắt là XMS, đây là
vùng nhớ mang vò trí lớn hơn vò trí 1 MB đầu tiên. Bắt đầu từ máy IBM AT, các
máy chạy với DOS có thể có đến 15 MB vùng nhớ mở rộng ngoài 1 MB vùng
nhớ qui ước. Các CPU Intel 8088 hay 8086 không có các vùng nhớ này (vì nó
chỉ đònh vò 1 MB mà thôi).
* Vùng nhớ bành trướng: (Expanded memory). Được gọi tắt là EMS,
đây là những vùng nhớ nằm ngoài biên giới 1 MB được đưa về trong không
gian 1 MB với thông số là trang. EMS chỉ có khi trước đó được chạy một
chương trình đặc biệt: EMM386.EXE.

III. Các thiết bò xuất nhập ngoại vi : (I/O DEVICES)
Thiết bò ngoại vi là những thiết bò thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu.
Các thiết bò ngoại vi thông dụng được gắn với máy tính gồm bàn phím, màn
hình, các ổ đóa, máy in … Chúng được gắn vào máy tính nhờ các Card giao tiếp
và thông qua các Slot gắn trên Mainboard của máy tính (trên Mainboard của
máy tính bao gồm CPU, ROM, RAM, Slot và các bộ phận hổ trợ khác).
Trong máy vi tính thường 6 Slot dùng để cắm các Card (tùy theo loại
main board), các Slot này hoàn toàn bình đẳng với nhau, nghóa là các Slot song
song nhau nên khả năng xuất đòa chỉ là hoàn toàn giống nhau. Vì vậy 1 Card
cắm ở Slot nào cũng xuất cùng một dạng đòa chỉ và dữ liệu như nhau, điều này
rất thuận tiện cho người sử dụng.
Một điểm nữa, là trên máy tính cài đặt các chương trình phục vụ xuất
nhập cơ bản (BIOS). Mục đích là giao tiếp có điều khiển với hệ thống và giải
phóng người lập trình khỏi quan tâm đến các đặc tính phần cứng. Việc truy
xuất này sẽ thông qua các Vector interrupt. (Vector ngắt).
ROM BIOS
ROMBASIS

FIXED DISK ROM
CGA VIDEO
MONOCHROME VIDEO
EGA VIDEO

1024KB
64K
8K
16K
16K
64K

640KB
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

15
 Các rãnh cắm trong Máy Tính PC:
Khi một máy tính xuất xưởng thì cả nhà sản xuất và người dùng đều
ngầm hiểu là cấu hình chưa hẳn đã hoàn chỉnh, mà tùy từng mục đích sử dụng
có thể đưa thêm vào các bản mạch (card) ghép nối để mở rộng khả năng đáp
ứng của máy tính. Bên trong máy, ngoài các rãnh cắm dùng cho card vào/ra
(I/O card), card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Các rãnh cắm này
được tiếp tục dùng để ghép nối các bản mạch cắm thêm vào với máy tính PC.
Ở máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có một loại với độ rộng
bus là 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Từ
máy tính AT trở đi việc bố trí chân trên rãnh cắm trở nên phức tạp hơn, tùy
theo tiêu chuẩn được lựa chọn khi chế tạo máy tính. Các loại rãnh cắm theo
những tiêu chuẩn khác nhau có thể kể ra như sau:

 Rãnh cắm 16 bit theo chuẩn ISA (Industry Standard Architecture)
 Rãnh cắm PS/2 với 16 bit theo chuẩn MCA
(Micro Channel Architecture).
 Rãnh cắm PS/2 với 32 bit theo chuẩn MCA
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn EISA.
(Extended Industy Standard Architecture).
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn VESA VLB (VESA Local Bus Standard).
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn PCI.
(Peripheral Component Interconect-Standard).

Cho đến nay phần lớn card ghép nối dùng trong kỹ thuật đo lường và
điều khiển đều được chế tạo để đặt vào rãnh cắm theo chuẩn ISA, cho nên
dưới đây sẽ được giới thiệu chi tiết hơn. Trong các trường hợp cần tìm hiểu chi
tiết về các rãnh cắm khác có thể xem thêm phần phụ lục.

 Sự sắp xếp chân trong khe cắm theo chuẩn ISA:
Thông thường rãnh cắm có 62 đường tín hiệu dùng có mục đích thông tin
với một card cắm vào. Về cơ bản các đường tín hiệu này được chia ra thành các
đường dẫn tín hiệu, đường dẫn đòa chỉ và đường dẫn điều khiển. Bởi vì ngay từ
các máy tính PC/XT đã sẵn có các rãnh cắm 62 chân này, trên đó có 8 đường
dẫn dữ liệu, nên đôi khi người ta cũng gọi luôn rãnh cắm 62 chân này là rãnh
cắm 8 bit. Chỉ những card 8 bit mới được cắm vào rãnh này. Bảng dưới đây chỉ
ra sự sắp xếp chân ra của rãnh cắm mở rộng 8 bit.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

16
Về sau máy tính PC/AT ra đời chúng có thêm một rãnh thứ hai nằm
thẳng hàng với rãnh 8 bit kể trên và có 36 chân.
Trên rãnh này có chứa các tín hiệu 16 bit. Nên khi có thêm rãnh cắm này
thì người ta gọi chung cả hai rãnh là rãnh cắm 16 bit. Các rãnh cắm từ 32 bit trở
lên dùng để ghép vào những card có chất lượng rất cao, và vì vậy trong phạm
vi nội dung của tập luận án này chưa được quan tâm. Rãnh cắm 16 bit bao gồm
rãnh cắm 8 bit và có thêm một rãnh cắm thứ hai. Sau đây là sơ đồ bố trí chân
của một khe cắm theo chuẩn ISA 8 bit trong máy tính PC.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

17


Phía mạch in Phía linh kiện
GND B01 A01 /IOCHCK
Reset B02 A02 D7
+ 5V B03 A03 D6
IRQ2 B04 A04 D5
- 5V B05 A05 D4
DREQ2 B06 A06 D3
- 12 V B07 A07 D2
Dự trữ B08 A08 D1
+ 12 V B09 A09 D0
GND B10 A10 /IOCHRDY
/MEMW B11 A11 AEN
/MEMR B12 A12 A19
/IOW B13 A13 A18
/IOR B14 A14 A17
/DACK3 B15 A15 A16
DREQ3 B16 A16 A15
/DACK1 B17 A17 A14
DREQ1 B18 A18 A13
/DACK0 B19 A19 A12
CLK B20 A20 A11
IRQ7 B21 A21 A10

IRQ6 B22 A22 A9
IRQ5 B23 A23 A8
IRQ4 B24 A24 A7
IRQ3 B25 A25 A6
/DACK2 B26 A26 A5
TC B27 A27 A4
ALE B28 A28 A3
+ 5 V B29 A29 A2
OSC B30 A30 A1
GND B31 A31 A0
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

18

Kích thước lớn nhất của card ISA 8 bit là:
 Chiều cao 106,7 mm (hay 4,2 inch).
 Chiều dài 333,5 mm (hay 13,13 inch).
 Chiều dày – kể cả linh kiện – 12,7 mm (hay 0,5 inch).

Còn kích thước lớn nhất của các card ISA 16 bit là:
 Chiều cao 121,92 mm (hay 4,8 inch).
 Chiều dài 333,5 mm (hay 13,3 inch).
 Chiều dày – kể cả linh kiện – 12,7 mm (hay 0,5 inch).
Sự khác nhau giữa hai kích thước này chỉ ở chiều cao mà nguyên nhân là
do vỏ của máy tính AT được thiết kế cao hơn loại XT đôi chút.
Từ cách sắp xếp chân ra, rõ ràng là 62 đường tín hiệu nằm cả ở mặt hàn

thiếc cũng như mặt sắp đặt linh kiện. Do đó các bản mạch (card) cắm thêm vào
bao giờ cũng là những card mạch in hai mặt. Bên cạnh 8 đường dẫn dữ liệu trên
card còn có 20 đường dẫn đòa chỉ từ A0 đến A19. Trong cuốn luận án này các
đường dẫn điều khiển còn lại cũng ít được quan tâm đến. Và không phải tất cả
các tín hiệu điều khiển dùng để tạo nên một card mở rộng đều được sử dụng,
nên thường thì ta cũng chỉ cần quan tâm đến các tín hiệu sau :

Tín hiệu Hướng Mô tả
Reset Lối ra Sau khi bật máy tính hoặc sau khi ngắt điện, đường
dẫn Reset sẽ kích hoạt trong thời gian ngắn để đưa
card đã được cắm vào đến một trạng thái ban đầu
xác đònh.

/IOW Lối ra Input / Output / Write

Tín hiệu này sẽ kích hoạt khi truy nhập ghi lên một
card mở rộng. Mức thấp chỉ ra rằng các dữ liệu có
giá trò đang chờ để đưa ra ở bus dữ liệu. Các dữ liệu
được đón nhận bằng sườn trước.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

19
/IOR Lối ra Input / Output / Read
Mức thấp của đường dẫn đòa chỉ này báo hiệu sự truy
nhập đọc trên một card mở rộng. Trong thời gian này

các dữ liệu có giá trò cần phải sắp xếp để rồi sau đó
được đón nhận bằng sườn trước.
AEN Lối ra Address Enable
Đường dẫn điều khiển AEN dùng để phân biệt chu
trình truy nhập DMA và chu trình truy nhập bộ xử lý.
Ở mức cao (High) DMA giám sát qua bus đòa chỉ và
bus dữ liệu; đường dẫn có hiệu lực ở mức thấp
(Low). Đường dẫn này cần phải được sử dụng cho
quá trình giải mã đòa chỉ bởi card mở rộng.

IV.Sự phân bố đòa chỉ trong máy tính:
Vùng vào/ra của máy tính PC đã chiếm giữ 64 Kbyte của bộ nhớ tổng
cộng với dung lượng hàng vài MByte trở lên. Vì vậy, vùng vào/ra của một card
mở rộng không được phép bao trùm lên vùng đòa chỉ vào/ra của máy tính. Khi
đưa một card mở rộng vào sử dụng, thì việc đầu tiên là ta phải lưu tâm đến
điểm đáng chú ý này. Bảng dưới đây sẽ chỉ ra sự sắp xếp của vùng đòa chỉ
vào/ra của máy tính PC/AT:

Đòa chỉ (Hex) vào/ra Chức năng
000 – 01F Bộ điều khiển DMA 1 (8232)
020 – 03F Bộ điều khiển ngắt (8259)
040 – 04H Bộ phát thời gian (8254)
060 – 06F Bộ kiểm tra bàn phím (8242)
070 – 07F Đồng hồ thời gian thực (MC 146818)
080 – 09F Thanh ghi trang DMA (LS 670)
0A0 – 0AF Bộ điều khiển ngắt 2 (8259)
0CH – 0CF Bộ điều khiển DMA 2 (8237)
0E0 – 0EF Dự trữ cho mảng mạch chính

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

20
0F8 – 0FF Bộ đồng xử lý 80x87
1F0 – 1F8 Bộ điều khiển đóa cứng
200 – 20F Cổng dùng cho trò chơi (Game)
278 – 27F Cổng song song 2 (LPT 2)
2B0 – 2DF Card EGA 2
2E8 – 2EF Cổng nối tiếp 4 (COM 4)
2F8 – 2FF Cổng nối tiếp 2 (COM 2)
300 – 31F Dùng cho card mở rộng
320 – 32F Bộ điều khiển đóa cứng
360 – 36F
378 – 37F
Cổng nối mạng (LAN)
Cổng song song 1 (LPT1)
380 – 38F Cổng nối tiếp đồng bộ 2
3A0 – 3AF Cổng nối tiếp đồng bộ 1
3B0 – 3B7 Màn hình đơn sắc
3C0 – 3CF Card EGA
3D0 – 3DF Card CGA
3E8 – 3EF Cổng nối tiếp 3 (COM 3)
3F0 – 3F7 Bộ điều khiển đóa mềm
3F8 – 3FF Cổng nối tiếp 1 (COM 1)

Từ bảng này ta thấy rõ ràng là các đòa chỉ 300 đến 31F (Hex) đã được dự
tính để dùng cho card mở rộng. Các đường dẫn đòa chỉ được sử dụng đối với
vùng này là A0 đến A9. Thông thường thì các đòa chỉ, mà dưới các đòa chỉ này
máy tính có thể trao đổi với card mở rộng, có thể đặt được ở chính trên card.
Bây giờ nhiệm vụ của tấm bản mạch (card) được gắn vào là so sánh các đường
dẫn đòa chỉ ở máy tính với các đòa chỉ đã được thiết lập xem có thống nhất
không và thông báo sự đánh giá ở một bộ điều khiển logic. Chỉ khi có sự thống
nhất một cách chính xác mới có thể tiến hành sự trao đổi thông tin với máy
tính.
Thông thường thì trên một card mở rộng có nhiều khối chức năng như: bộ
biến đổi A/D, bộ biến đổi D/A, khối xuất và nhập dữ liệu số, các khối này được
trao đổi dưới những đòa chỉ khác nhau từ máy tính.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

21

Sơ đồ đònh vò chân của các Slot, mỗi bên có 31 đường và được đánh dấu
như sau :
- Một bên có các đường đánh dấu từ B1 đến B31.
- Bên còn lại có các đường đánh dấu từ A1 đến A31.
Tuy nhiên, thứ tự đặt các Slot còn tùy thuộc vào loại máy và hảng sản
xuất, còn ý nghóa của các ký hiệu thì vẫn như nhau.
Vì đề tài chỉ sử dụng các chân nằm trong khoảng từ A1 đến A31 và B1
đến B31, nên trong phần này chúng em chỉ trình bày tên của chúng và chức
năng của các chân sử dụng trong phần thiết kế. Những chân còn lại xin xem ở

phần phụ lục, mục “Sơ đồ chân của Slot” được trích từ sách PC/AT – Technical
Reference.
Trong đề tài thiết kế này chúng em chỉ sử dụng các chân Address, các
chân Data, chân điều khiển (IOR, IOW, RESET, AEN) và chân Mass. Cho nên
chúng em chỉ trình bày chức năng của các chân này mà thôi, các chân còn lại
xin xem thêm ở phần Phụ Lục.

- A0  A19 :
20 chân đòa chỉ sử dụng cho bộ nhớ và I/O, các tuyến
này được điều khiển bởi bộ vi xử lý hay tác dụng của
DMA. Chúng được tác động ở mức thấp.
- D0  D7 :
8 chân của Bus dữ liệu 2 chiều. Khi CPU ở chu kỳ viết
ra bus (Xuất) thì CPU phải cung cấp Data cho Bus
trước khi xung IOW hay MEMW lên cao để tuần tự
đưa Data ra Port hay Memory xuất.

- IOW, MEMW, IOR, MEMR : Là các tín hiệu tích cực thấp
(Low/Active) điều khiển các hoạt động đọc và viết như đã trình bày ở trên.
Chúng được phát ra từ CPU hay từ bộ điều khiển DMA.
- ALE (Address latch enable) : Tín hiệu ALE cho biết bắt đầu chu kỳ hoạt
động.
- AEN (Address enable) : Tín hiệu này được phát từ bộ điều khiển DMA
để báo quá trình DMA đang hoạt động. Nó thường được dùng để vô hiệu hóa
giải mã Logic cho I/O port (Khóa Port I/O) trong suốt chu kỳ DMA.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

22
Vì thế, đòa chỉ bộ nhớ DMA không được dùng tham dự như một đòa chỉ
I/O Port. Trạng thái này xảy ra từ khi tín hiệu IOR hay IOW được tích cực trong
một chu kỳ DMA.
- RESET DRV: Dùng để Reset hệ thống. Tín hiệu này đồng bộ với cạnh
xuống của OSC.
Trên đây, chúng em đã trình bày sơ bộ các chức năng một số chân của
Slot được sử dụng trong mạch thiết kế. Tuy nhiên, để chọn đòa chỉ I/O Port cho
mạch thiết kế đảm bảo không bò trùng đòa chỉ với các thiết bò khác thì ta cần
phải biết biểu đồ phân chia Port của IBM PC. IBM PC cung cấp cho ta 10 bit
để đánh đòa chỉ cho các port: bit A0  A9 giải mã tổng cộng được 1024 đòa chỉ
port và được chia làm 2 phần:
* 512 đòa chỉ từ 0000 H  01FF H dùng cho Mainboard (System board).
* 512 đòa chỉ từ 0200 H  03FF H dành cho các board ở các Slot.
Trong các đòa chỉ trên thì vùng đòa chỉ Prototype card chưa được sử dụng,
do đó em sẽ sử dụng vùng đòa chỉ này để giải mã cho Card giao tiếp của em
(các đòa chỉ từ 300
H
 31F
H
), nhiệm vụ cụ thể xin xem phần tiếp theo. Dưới đây
là hình minh họa một khe cắm ISA nhìn từ trên xuống:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

23

TOP VIEW

SƠ ĐỒ CHÂN CỦA MỘT KHE CẮM THEO CHUẨN ISA 8 BIT

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

24

V. So sánh và lựa chọn các kỹ thuật giao tiếp:
1. Kỹ thuật giao tiếp:
Ở phần trên, nhóm em đã trình bày sơ lược về các I/O và chọn vùng đòa
chỉ cho Card giao tiếp. Tuy nhiên, khi giao tiếp giữa các Card I/O với máy vi
tính thì có rất nhiều phương pháp khác nhau nhưng có thể chia làm 3 nhóm
chính như sau:
- Vào / Ra điều khiển bằng chương trình (Program – Controlled I/O).
- Vào / Ra điều khiển bằng ngắt (Interrupt service – Routine controlled
I/O)
- Vào / Ra thâm nhập trực tiếp (Hardwave – Controlled I/O : DMA).
Các phương pháp trao đổi thông tin:
a. Vào / Ra điều khiển bằng chương trình : (Program–Controlled I/O)
Có dạng điều khiển theo chương trình là :
* Có điều kiện.
* Không có điều kiện.
Giao nhận Data không điều kiện là không để ý xem Port có sẵn sàng
nhận hay giao số liệu chưa, phương pháp này được sử dụng với thông tin tónh.
Số liệu giao nhận có thể sai nếu chương trình viết không tính đúng. Nếu bộ vi

xử lý truyền Data nhanh hơn ngoại vi thì sẽ bò mất Data.
Tuy nhiên, ta có phương pháp khác để khắc phục tình trạng trên là các
I/O port thường được thiết kế với chế độ có điều kiện, đó là giao nhận Data có
tín hiệu “Bắt tay” (Hand Shaking). Trạng thái của I/O Port được giữ trong các
cờ (flag), phần mềm phải kiểm tra các cờ này trước khi giao nhận Data, do đó
tốn thời gian. Nhất là khi có nhiều I/O port thì ta phải kiểm tra lần lượt các
trạng thái cờ. Quá trình kiểm tra vòng trạng thái cờ gọi là kỹ thuật thăm dò
(polling).
+ Ưu điểm: Linh động, dể điều khiển, dễ mở rộng và dễ thay đổi.
+ Nhược điểm: Mất nhiều thời gian vì kỹ thuật thăm dò nên đáp ứng
chậm.
b. Vào/Ra điều khiển bằng ngắt : (Interrupt Service Routine Controlled
I/O)
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

25
Kỹ thuật này nhằm cải thiện thời gian giao tiếp, cũng như các yêu cầu
đột xuất. Quá trình ngắt tăng khả năng của hệ do cho phép ngoại vi yêu cầu vi
xử lý khi chúng cần, thay vì phải đợi đến khi chúng được hỏi tới. Các họ vi xử
lý khác nhau đều trang bò một chương trình ngắt riêng. Khi có nhiều thiết bò sử
dụng người ta có hai cách thực hiện:
* Bằng phần cứng.
* Bằng phần mềm.
Nhược điểm của phương pháp này là:
+ Yêu cầu ngắt có thể xuất hiện ở bất cứ thời điểm nào, do đó CPU có
thể chuyển điều khiển sang các chương trình phục vụ ngắt ở cuối bất kỳ lệnh

nào trong chương trình chính. Vì vậy phát hiện sai trong chương trình dùng ngắt
thường khó và phức tạp hơn trong chương trình đòi hỏi vòng (polling).
+ Các chương trình con phục vụ ngắt có thể cất giữ nội dung các thanh
ghi, cờ ... và khôi phục khi quay lại. Công việc này làm cho CPU phải thực hiện
thêm một số lệnh và nhiều khi làm tăng thời gian trả lời ngắt.
+ Hệ thống dùng ngắt cần thêm phần cứng đặc biệt. Khi hệ có nhiều
nguồn ngắt, phần cứng này trở nên phức tạp, do phải giải quyết vấn đề mã hóa
và thứ tự ưu tiên các yêu cầu ngắt.

c. Vào/Ra thâm nhập trực tiếp : (Hardware – Controlled I/O: DMA)
Cơ chế DMA giúp cho CPU không bò lãng phí thời gian. Quá trình truy
xuất trực tiếp bộ nhớ cần thiết khi chuyển giao một lượng lớn Data mà không cần
phải xử lý (giữa Memory và I/O)

2.So sánh và chọn kỹ thuật giao tiếp :
Qua khảo sát ở trên nhóm em nhận thấy rằng với hệ thống của chúng ta,
yêu cầu linh động lớn, có khả năng mở rộng, không yêu cầu xử lý Data với tốc
độ cao. Mặc khác giá thành phải rẻ, phù hợp với khả năng của nhiều người. Do
đó chúng em mạnh dạn chọn phương pháp điều khiển bằng chương trình có
điều kiện (Program – Controlled I/O) theo phương pháp truyền số liệu song
song. Nội dung cụ thể xin xem phần kế tiếp.


THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN