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

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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:
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
1
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
2
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
3
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
4
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
5
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 lĩnh vực đo lường và
điều khiển ngày càng phổ biến đòi hỏi phải ghép nối máy tính với các thiết bị 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 định 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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
6
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 LƯỢC 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)
5. MODULE XUẤT TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 5)
PHẦN D: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGUỒN ỔN ÁP
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
7
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
PHẦN E: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
BỘ NGUỒN

KẾT LUẬN
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
8
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 bị 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 thị 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:
 Về phương diện đo lường :
- Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm.
- Tự động xử lý bằng phần mềm.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
9
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
- 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 đĩa 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 thị 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 địa 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 địa chỉ.
- Chọn trước địa 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 địa chỉ chọn trước (nằm trong vùng địa 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 địa 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.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
10
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
- Thiết kế phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
11
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC 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 địa điểm xác định.
- Nhận chỉ thị 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 địa chỉ, cho phép địa chỉ hóa tới 20
20
địa chỉ
* Data bus có 8 đường.
- CPU 80x86 (ngày nay có 80486 ,80586, 80686 ...):
* Là bộ vi xử lý 16 bit.
* Có 24 đường địa 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).
- Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp)
(8237A).
- Bộ tạo nhịp (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 địa chỉ.
II. Bộ nhớ : (Memory)
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
12
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 bị 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 địa chỉ, tức là có thể giải mã được
địa chỉ tới 1024 Kb hoặc chính xác hơn là 1048576 KB. Nói cách khác, đó là số
lượng tối đa các địa 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 đuợc 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.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
13
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
* Vùng nhớ mở rộng: (Extended memory). Được gọi tắt là XMS, đây là
vùng nhớ mang vị trí lớn hơn vị 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 định
vị 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 bị xuất nhập ngoại vi : (I/O DEVICES)
Thiết bị ngoại vi là những thiết bị thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu.
Các thiết bị ngoại vi thông dụng được gắn với máy tính gồm bàn phím, màn hình,
các ổ đĩa, 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, nghĩa là các Slot song song
nhau nên khả năng xuất địa chỉ là hoàn toàn giống nhau. Vì vậy 1 Card cắm ở Slot
nào cũng xuất cùng một dạng địa 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).
 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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
14
ROM BIOS
ROMBASISFIXED DISK
ROMCGA
VIDEOMONOCHROME
VIDEOEGA VIDEO
1024KB

64K
8K
16K
16K
64K
640KB
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 địa 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.
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.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
15
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
16
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 địa 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 định.
/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
trị đang chờ để đưa ra ở bus dữ liệu. Các dữ liệu được
đón nhận bằng sườn trước.
/IOR Lối ra Input / Output / Read
Mức thấp của đường dẫn địa chỉ này báo hiệu sự truy
nhập đọc trên một card mở rộng. Trong thời gian này
các dữ liệu có giá trị cần phải sắp xếp để rồi sau đó
được đón nhận bằng sườn trước.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
17
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 địa 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 địa chỉ bởi card mở rộng.

IV.Sự phân bố địa 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 địa 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 địa chỉ vào/ra của máy tính PC/AT:
Địa 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
0F8 – 0FF Bộ đồng xử lý 80x87
1F0 – 1F8 Bộ điều khiển đĩa 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 đĩa cứng
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú

18
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 đĩa mềm
3F8 – 3FF Cổng nối tiếp 1 (COM 1)
Từ bảng này ta thấy rõ ràng là các địa chỉ 300 đến 31F (Hex) đã được dự
tính để dùng cho card mở rộng. Các đường dẫn địa chỉ được sử dụng đối với vùng
này là A0 đến A9. Thông thường thì các địa chỉ, mà dưới các địa 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 địa chỉ ở máy
tính với các địa 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 địa chỉ khác nhau từ máy tính.
Sơ đồ định vị 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 nghĩa 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.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
19
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 địa 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.
Vì thế, địa chỉ bộ nhớ DMA không được dùng tham dự như một địa 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 địa chỉ I/O Port cho mạch
thiết kế đảm bảo không bị trùng địa chỉ với các thiết bị khác thì ta cần phải biết
biểu đồ phân chia Port của IBM PC. IBM PC cung cấp cho ta 10 bit để đánh địa
chỉ cho các port: bit A0 ÷ A9 giải mã tổng cộng được 1024 địa chỉ port và được
chia làm 2 phần:
* 512 địa chỉ từ 0000 H ÷ 01FF H dùng cho Mainboard (System board).
* 512 địa chỉ từ 0200 H ÷ 03FF H dành cho các board ở các Slot.
Trong các địa chỉ trên thì vùng địa chỉ Prototype card chưa được sử dụng,
do đó em sẽ sử dụng vùng địa chỉ này để giải mã cho Card giao tiếp của em (các
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
20
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
địa 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:
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
21
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
TOP VIEW
SƠ ĐỒ CHÂN CỦA MỘT KHE CẮM THEO CHUẨN ISA 8 BIT
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
22

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 địa 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 tĩnh. 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 bị 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)
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 bị một chương trình ngắt riêng. Khi có nhiều thiết bị sử dụng người
ta có hai cách thực hiện:
* Bằng phần cứng.
* Bằng phần mềm.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
23
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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 bị 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.
PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP
1. Sơ đồ khối của module giao tiếp:
Hệ thống được thiết kế theo dạng các Module con để dễ dàng cho nhu cầu
mở rộng về sau, các Module con này có các nhiệm vụ riêng biệt và có thể liên kết
với nhau được dể dàng thành một hệ thống module lớn dùng kết nối trao đổi thông
tin với máy tính.

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
24
MODUN
5
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
- MODUN 1 : Là khối trung gian để liên kết giữa máy tính và các khối
khác, khối này có nhiệm vụ đệm các tín hiệu xuất nhập máy
tính và giải mã địa chỉ.
- MODUN 2 : Là khối nhận các tín hiệu ANALOG và chuyển đổi các tín
hiệu này thành tín DIGITAL. Khối này được thiết kế có khả
năng nhận được 128 kênh ANALOG và nó có thể được tách
ra làm 2 phần, mỗi phần nhận được 64 kênh ANLOG. Các
phần này hoạt động độc lập với nhau.
- MODUN 3 : Là khối nhận tín hiệu DIGITAL, khối này có khả năng nhận
được 128 kênh DIGITAL và nó có thể được tách ra làm 2
phần, mỗi phần nhận được 64 kênh DIGITAL và hoạt động
độc lập nhau.
- MODUN 4 : Là khối xuất tín hiệu DIGITAL, khối này có khả năng xuất
được 128 kênh DIGITAL và nó có thể được tách ra làm 2
phần, mỗi phần xuất được 64 kênh DIGITAL và hoạt động
độc lập nhau.

- MODUN 5 : Là khối xuất tín hiệu ANALOG, khối này có thể xuất được 8
kênh ANALOG.
- MODUN 6 : Đây là Modun dùng để TEST các Modun trên (từ Modun 2
đến Modun 5). Việc TEST các Modun này là để kiểm tra độ
tin cậy của thiết bị và đảm bảo các Modun hoạt động tốt.
- MODUN 7: Là thiết bị ứng dụng đầu cuối mà cụ thể ở đây là bộ nguồn
điện áp có điện áp ra điều chỉnh được

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
25
TEST
CARD
MODUN
6
MODUN
3
MODUN
2
MODUN
4
MODUN
7
MODUN
1
Computer
Add. Bus
Control Bus
Data Bus