THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BẢNG THÔNG TIN ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BẢNG THÔNG TIN
ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ

Họ và tên sinh viên: BÙI CHÍ HẢI
VÕ VĂN THÌN
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2007-2011

Tháng 6/2011


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BẢNG THÔNG TIN
ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ

Tác giả

BÙI CHÍ HẢI
VÕ VĂN THÌN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
Tiến sĩ: NGUYỄN VĂN HÙNG
Thạc sĩ: NGUYỄN TẤN PHÚC

Tháng 6 năm 2011
i


CẢM TẠ
Sau quá trình thực hiện đề tài, với sự nỗ lực của bản thân chúng em đã hoàn
thành đề tài đúng thời gian quy định. Tuy nhiên sự thành công của đề tài có sự hỗ
trợ và giúp đỡ không nhỏ của quý thầy cô, gia đình, và bạn bè.
Với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, chúng em chân thành cảm
ơn thầy Nguyễn Văn Hùng, thầy Nguyễn Tấn Phúc, anh Võ Văn Tám đã tận tình
hướng dẫn trong suốt quá trình làm đề tài. Thông qua sự chỉ dạy của quý thầy và
anh Tám, chúng em đã tiếp thu những kiến thức và định hướng cần thiết từ đó có
kế hoạch và việc làm cụ thể để hoàn thành đề tài đúng với yêu cầu đặt ra.
Em chân thành cảm ơn tất cả thầy, cô trong bộ môn Cơ điện tử đã tạo mọi
điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài. Cảm ơn các anh, chị làm việc tại Công
ty TNHH Điện Tử và Viễn Thông ENCOM đã tận tình quan tâm, giúp đỡ và góp ý
cho chúng em trong suốt thời gian làm đề tài tại công ty.
Cuối cùng chúng em gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn quan tâm,
khuyến khích và tạo mọi điều kiện về kinh phí để đề tài sớm hoàn thành.

ii


TÓM TẮT
Đề tài ”Thiết kế và chế tạo bảng thông tin ứng dụng vi xử lý” được tiến
hành thực hiện và hoàn tất từ 01/04/2011 đến 15/06/2011 tại Công ty TNHH Điện
Tử và Viễn Thông ENCOM.
Nhiệm vụ chính của đề tài:
 Tìm hiểu về vi điều khiển sử dụng làm bảng điện tử chuyên nghiệp trên
thị trường Việt Nam hiện nay.

 Ứng dụng vi điều khiển vào thiết kế và chế tạo bảng thông tin điện tử
chạy chữ và hiển thị thời gian, nhiệt độ.
Vi điều khiển sử dụng trong đề tài: Atmega32 của hãng Atmel (Hoa Kỳ), sử
dụng giao tiếp máy tính theo chuẩn RS485.
Nguyên lý hoạt động chính của mạch: Muốn hiển thị một thông báo ngắn, ta
nhập vào giao diện trên máy tính. Dữ liệu sẽ truyền từ cổng COM của máy tính,
sau khi qua mạch giao tiếp tín hiệu sẽ chuyển sang chuẩn tương thích với vi điều
khiển. Vi điều khiển nhận dữ liệu thông qua port nối tiếp, chương trình bên trong vi
điều khiển sẽ cho phép dữ liệu được lưu trong vùng Ram đa dụng. Tín hiệu sẽ xử lý
và giải mã sang led ma trận để xuất ra mạch hiển thị. Trên bảng hiển thị gồm ma
trận led 16 x 48 sẽ hiển thị tin thông báo, tin thông báo sẽ dịch chuyển từ phải qua
trái cho người xem có thể đọc hết nội dung tin thông báo này.
Ngoài ra, bảng thông tin còn hiển thị thời gian thực, hiển thị nhiệt độ ra led
7 đoạn.
Các kết quả thu được:
 Khối điều khiển và giao tiếp.
 Khối hiển thị.
 Chương trình điều khiển.

iii


MỤC LỤC

Trang
Trang tựa

i

Cảm tạ

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Danh sách các hình

vii

Danh sách các bảng

ix

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU

1

1.1 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

1

1.2 Phạm vi nghiên cứu

2

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

3

2.1. Giới thiệu chung về bảng thông tin điện tử

3

2.1.1. Một số kiểu bảng thông tin trên thị trường

3

2.1.2. Một số phương pháp thiết kế bảng thông tin điện tử

4

2.2. Giao tiếp máy tính

5

2.2.1. Giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi

5

2.2.2. Giao diện của máy tính

6

2.3. Giao tiếp máy tính với vi điều khiển

14

2.3.1. Đại cương về trao đổi dữ liệu nối tiếp

14

2.3.2. Truyền nhận dữ liệu qua cổng nối tiếp

15

2.3.3. Điều khiển cổng tuần tự

16

2.4. Giới thiệu linh kiện sử dụng trong đề tài

19

2.4.1 Giới thiệu IC MAX232

19

2.4.2 Giới thiệu IC 74HC595

20

2.4.3 Giới thiệu IC 74HC245

22

2.4.4 Giới thiệu IC 74HC138

23

2.4.5 Giới thiệu IC 4094

25

2.4.6 Giới thiệu IC DS1307

26
iv


2.4.7 Giới thiệu IC LM35

27

2.5. Khảo sát vi điều khiển AVR

28

2.5.1 Giới thiệu chung

28

2.5.2 Giới thiệu vi điều khiển Atmega 32

29

CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

32

3.1 Nội dung nghiên cứu

32

3.2 Phương pháp điều khiển led ma trận

32

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

34

4.1 Mô tả bảng thông tin dự định thiết kế

34

4.2 Thiết kế phần cứng

35

4.2.1 Sơ đồ khối tổng quát

35

4.2.2 Chức năng từng khối

35

4.2.3 Giải thuật điều khiển

39

4.2.4 Tính toán thiết kế

44

4.2.5 Thiết kế khung bảng thông tin điện tử

45

4.3 Chế tạo bảng thông tin điện tử

46

4.3.1 Sơ đồ mạch

46

4.3.2 Thành phần chế tạo board mạch

49

4.4 Kết quả kiểm nghiệm

52

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

55

5.1 Kết luận

55

5.2 Kiến nghị

55

TÀI LIỆU THAM KHẢO

56

PHỤ LỤC

57

Phụ lục 1. Bảng mô tả chức năng các chân của cổng COM (9 và 25 chân)

57

Phụ lục 2. Sơ đồ cấu tạo bên trong MAX232

58

Phụ lục 3. Chức năng các chân Atmega32

59

Phụ lục 4. Khảo sát về vi điều khiển ARM7

63

Phụ lục 5. Code chương trình led ma trận

68

Phụ lục 6. Code chương trình thời gian thực

79

Phụ lục 7. Chương trình lập trình C cho vi điều khiển CODE BLOCKS

87

v


Phụ lục 8. Sơ đồ mạch in

90

Phụ lục 9. Hướng dẫn sử dụng chương trình EnC_Msg

91

Phụ lục 10. Tìm hiểu về chuẩn giao tiếp RS485

92

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Bảng báo tỷ giá lãi suất ngân hàng

3

Hình 2.2 Bảng quang báo hiển thị chữ

4

Hình 2.3 Bảng thông tin chuyến bay

4

Hình 2.4 Chuẩn USB

6

Hình 2.5 Sắp xếp chân ở cổng nối tiếp của máy tính PC

9

Hình 2.6 Sơ đồ chân cổng LPT

11

Hình 2.7 Thanh ghi RTC và sơ đồ địa chỉ RAM

27

Hình 2.8 Sơ đồ chân cảm biến LM35

27

Hình 2.9 Sơ đồ chân Atmega32

30

Hình 4.1 Mô hình thiết kế bảng thông tin

34

Hình 4.2 Sơ đồ khối tổng quát

35

Hình 4.3 Nguồn DC 5 V – 30 A

35

Hình 4.4 Sơ đồ mạch chuyển đổi giao tiếp

36

Hình 4.5 Sơ đồ khối của bộ điều khiển

36

Hình 4.6 Led ma trận anode chung

37

Hình 4.7 Sơ đồ hiển thị ma trận led

38

Hình 4.8 Sơ đồ giải thuật chương trình chính hiển thị led ma trận

39

Hình 4.9 Sơ đồ giải thuật chương trình tìm mã led

40

Hình 4.10 Sơ đồ chương trình quét led

41

Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật chương trình chuyển dịch kí tự

42

Hình 4.12 Sơ đồ giải thuật chương trình hiển thị thời gian

43

Hình 4.13 Hình chiếu bằng của bảng thông tin

45

Hình 4.14 Hình chiếu đứng của bảng thông tin

45

vii


Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Atmega32

46

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại

47

Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch led ma trận

48

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý mạch led 7 đoạn

49

Hình 4.19 Board mạch điều khiển Atmega32

50

Hình 4.20 Board mạch khuếch đại

50

Hình 4.21 Board mạch led ma trận

51

Hình 4.22 Board mạch led 7 đoạn

51

Hình 4.23 Mô hình bảng thông tin

52

Hình 4.24 Giao diện điều khiển EnC_Msg

52

Hình 4.25 Mô hình bảng thông tin giao tiếp máy tính

53

Hình 4.26 Kết quả hiển thị trên giao diện

53

Hình 4.27 Kết quả hiển thị trên bảng thông tin điện tử

54

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Các thanh ghi trong UART

16

Bảng 2.2 Sơ đồ và chức năng Max232

19

Bảng 2.3 Sơ đồ và chức năng các chân IC 74HC595

20

Bảng 2.4 Bảng chân trị IC 74HC595

21

Bảng 2.5 Sơ đồ và chức năng các chân IC 74HC245

22

Bảng 2.6 Bảng chân trị điều khiển truyền dữ liệu IC 74HC245

23

Bảng 2.7 Sơ đồ và chức năng các chân IC 74HC138

23

Bảng 2.8 Bảng chân trị IC 74HC138

24

Bảng 2.9 Sơ đồ và chức năng các chân IC 4094

25

Bảng 2.10 Bảng chân trị 4094

25

Bảng 2.11 Sơ đồ và chức năng các chân IC DS1307

26

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
Trước đây, khi khoa học công nghệ chưa phát triển, người ta dùng các bảng
thông tin bằng gỗ hoặc mica để thể hiện thông tin, nhưng rất bất tiện trong việc cập

nhật liên tục, thay đổi thông tin nhanh chóng và linh hoạt. Hiện nay, khi khoa học
máy tính và kĩ thuật điện tử phát triển, một loại hình bảng thông tin mới ra đời khắc
phục những nhược điểm của bảng thông tin trước đây, đồng thời mang lại tính
chuyên nghiệp và thẩm mỹ cao, đó là bảng thông tin điện tử.
Bảng thông tin điện tử hiện nay được ứng dụng rỗng rãi trong các lĩnh vực
như ngân hàng, sàn giao dịch chứng khoáng, truyền thông, quảng cáo…Trong
nhiều trường phổ thông và đại học hiện nay cũng đang dần sử dụng các bảng thông
tin điện tử để cập nhật thông tin cho học sinh, sinh viên một cách chuyên nghiệp,
nhanh chóng, linh hoạt thay thế cho bảng thông tin gỗ, mica trước kia. Ngoài
những thông tin về thời gian, thời tiết, bảng thông tin điện tử còn cung cấp nhiều
thông tin khác về những hoạt động quan trọng hằng ngày của nhà trường cần phổ
biến nhanh và sâu rộng trong học sinh, sinh viên như hoạt động kỉ niệm các ngày lễ
lớn, các hội thi, thông tin về giáo dục…
Xuất phát từ những nguyên nhân trên và do nhu cầu thực tế, được sự đồng ý
của khoa Cơ khí - Công nghệ, Bộ môn cơ điện tử dưới sự hướng dẫn của thầy
Nguyễn Văn Hùng và thầy Nguyễn Tấn Phúc, chúng em tiến hành thực hiện đề tài:
“Thiết kế và chế tạo bảng thông tin ứng dụng vi xử lý”.
1.1 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu.
 Nghiên cứu thiết kế phần cứng bảng thông tin điện tử dùng vi điều khiển
hiển thị trên ma trận led 16 x 48, hiển thị thời gian và nhiệt độ hiện tại trên led 7
đoạn.
 Giao tiếp máy tính thay đổi nội dung bảng thông tin tùy ý người dùng.
1


 Áp dụng các kiến thức đã học vào đề tài, thông qua thực hiện đề tài sẽ tìm
hiểu để bổ sung kiến thức mới cho bản thân, định hướng nghề nghiệp sau khi tốt
nghiệp.
1.2 Phạm vi nghiên cứu.
 Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển Atmega 32 trong thiết kế chế tạo bảng

điện tử.
 Nghiên cứu IC thời gian, nhiệt độ và tích hợp với vi điều khiển để thực
hiện việc hiển thị.
 Nghiên cứu truyền thông giữa vi điều khiển và máy tính theo chuẩn
RS485.
 Nghiên cứu phần mềm giao diện giữa máy tính và vi điều khiển.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu chung về bảng thông tin điện tử.
2.1.1 Một số kiểu bảng thông tin trên thị trường.
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều dạng bảng thông tin điện tử được ứng
dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: tài chính, chứng khoáng, bất
động sản, truyền thông, quảng cáo, âm nhạc, giải trí …
Một số hình ảnh về bảng thông tin điện tử phổ biến trên thị trường hiện nay.

Hình 2.1 Bảng báo tỷ giá lãi suất ngân hàng

3


Hình 2.2 Bảng quang báo hiển thị chữ

Hình 2.3 Bảng thông tin chuyến bay
2.1.2 Một số phương pháp thiết kế bảng thông tin điện tử.
Có nhiều phương pháp để thiết kế mạch quang báo hiển thị thông tin như: sử
dụng các linh kiện (IC) rời, phương pháp dùng EPROM, dùng vi điều khiển.

a. Phương pháp dùng IC rời.
Nếu dùng IC rời thì ta sử dụng các IC giải đa hợp (Demultiplexer) kết hợp
với các diode để làm thành mạch ROM (kiểu ROM này được gọi là Made Home).
Chương trình cho loại ROM này được tạo bằng cách sắp xếp vị trí các diode trong
ma trận, mỗi khi cần thay đổi nội dung chương trình thì phải thay đổi lại vị trí các
diode này (nghĩa là thay đổi phần cứng). Dung lượng bộ nhớ kiểu này thay đổi theo
kích thước mạch, kích thước càng lớn thì dung lượng càng lớn (vì khi tăng dung
lượng thì phải thêm IC giải đa hợp, thêm các diode nên kích thước của mạch tăng
lên). Nếu muốn có đủ bộ nhớ để chạy một mạch quang báo bình thường, thì kích
4


thước của mạch rất lớn, vì vậy giá thành sẽ tăng cao, độ phức tạp tăng lên. Do đó,
dạng ROM này rất ít khi được sử dụng.
b. Phương pháp dùng EPROM.
Khi thay các IC rời ở trên bằng EPROM thì mọi chuyện sẽ đơn giản hơn,
kích thước mạch và chi phí thực hiện sẽ giảm đi đáng kể. Nhưng EPROM chỉ có
thể hiển thị một nội dung thông báo cố định, khi muốn thay đổi nội dung thông báo
thì phải viết chương trình khác và nạp lại cho EPROM. Như vậy, mạch sẽ không
phù hợp với đề tài này, vì nội dung thông báo yêu cầu thay đổi liên tục.
c. Phương pháp dùng vi xử lý.
Khi dùng vi xử lý thì quang báo sẽ có được nhiều tính năng hơn. Với kit vi
xử lý điều khiển quang báo ta có thể thay đổi chương trình hiển thị một cách dễ
dàng bằng cách nhập chương trình mới vào RAM (thay đổi chương trình ngay trên
kit, không phải tháo IC nhớ ra đem nạp chương trình như EPROM). Vi xử lý có
nhiều tính năng, nên việc thay đổi màu cho bảng led cũng dễ dàng thực hiện theo
yêu cầu sử dụng.
2.2 Giao tiếp máy tính.
2.2.1 Giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi.
Giao tiếp máy tính với các thiết bị ngoại vi là việc trao đổi dữ liệu giữa máy

vi tính với một hay nhiều thiết bị ngoại vi (với môi trường ngoài). Để có thể thực
hiện công việc này bằng máy vi tính trước hết phải có mối liên hệ cần thiết giữa
máy vi tính và thế giới bên ngoài thông qua các cổng giao tiếp (vào/ra - I/O) được
mở bằng giao diện. Đối với máy vi tính PC theo chuẩn công nghiệp có thể thực
hiện các khả năng giao tiếp sau:
 Sử dụng card mở rộng được cắm vào máy vi tính. Cách này cho phép đạt
tốc độ truy cập lớn nhất nhưng đòi hỏi chi phí cao.
 Giao diện đã được tiêu chuẩn hóa đóng vai trò ghép nối máy vi tính PC
với mạch điện bên ngoài. Cách ghép nối qua cổng nối tiếp thường được lựa chọn vì
cho phép tiết kiệm chi phí.
5


ử lý riêng để
đ thực hiệện một bài toán khác mà
m
 Ghép nối với mộột bộ vi xử
khônng cần trao
o đổi dữ liệu
u với máy vi
v tính PC. Khi đó, nggười ta phảii phân địnhh rõ
bài toán
t
lập trìnnh đối với hệ
h thống nàày.
Các giao diện có trên
t
máy tínnh PC như
ư giao diện nối tiếp, giao
g

diện soong
song
g cho phép người sử dụng
d
trực tiếp
t
làm giaao diện. Nhhờ vậy, đối với rất nhiiều
ứng dụng khôn
ng cần thiết phải có mộột phần cứngg bổ sung.
Các cổnng vào ra thôông dụng nnhất:
 Cổng song song hay
h cổng m
máy in (Cổnng LPT).
m tính (Slot Card ).
 Khe cắm trong máy
Cổng COM)).
 Cổngg nối tiếp (C
 Cổngg USB.
n của máy tính.
2.2.22 Giao diện
a. Cổng
C
USB.
Universal Seerial Bus) làà một chuẩẩn kết nối tuuần tự trongg máy vi tínnh.
USB (U
USB
B sử dụng để
đ kết nối cáác thiết bị nngoại vi vớii máy tính, chúng thườ
ờng được thhiết
kế dưới

d
dạng các
c đầu cắm
m cho các thiết
t
bị tuânn theo chuẩẩn “cắm là chạy” (plugg –
and – play) vớii tính năng gắn nóng tthiết bị (hott swapping)), tức là cắm
m và ngắt các
c
c phải khhởi động lại hệ thống.
thiếtt bị không cần
Sau đâyy là hình ảnhh về các chuuẩn cơ bản của USB (U
USB Standaard).
 Chân số 1 và số 4 là hai châân cấp nguồn DC 5V.
đ khiển thhiết bị.
 Chân số 2 và số 3 là hai châân tín hiệu điều

Hình 2.4 Chuẩn USB


i. Quy trình làm việc của USB.
Khi một máy vi tính được cấp nguồn, nó truy vấn tất cả thiết bị được kết nối
vào đường truyền và gán cho mỗi thiết bị một địa chỉ. Quy trình này được gọi là
liệt kê (những thiết bị được liệt kê khi kết nối vào đường truyền). Máy vi tính cũng
tìm ra từ mỗi thiết bị cách truyền dữ liệu nào mà nó cần để hoạt động.
 Ngắt: Một thiết bị như chuột hoặc bàn phím chỉ gửi một lượng nhỏ dữ
liệu, sẽ chọn chế độ ngắt.
 Hàng loạt: Một thiết bị như một chiếc máy in phải nhận dữ liệu trong một
gói lớn, sử dụng chế độ truyền hàng loạt. Một khối dữ liệu được gửi đến máy in
(một khối 64 byte) và được kiểm tra để chắc chắn là dữ liệu nhận được là chính

xác.
 Đẳng thời: Một thiết bị truyền dữ liệu theo chuỗi (ví dụ như loa) sử dụng
chế độ đẳng thời. Những dòng dữ liệu giữa thiết bị và máy tính trong thời gian thực
và không có sự sửa lỗi ở đây.
Máy tính có thể gửi lệnh hay truy vấn tham số tới điều khiển những gói tin.
Khi những thiết bị được liệt kê, máy tính sẽ giữ sự kiểm tra đối với tổng băng
thông mà tất cả những thiết bị đẳng thời và ngắt yêu cầu. Chúng có thể tiêu hao tới
90 phần trăm của 480 Mbps băng thông cho phép. Sau khi 90 phần trăm được sử
dụng, máy tính sẽ từ chối mọi truy cập của những thiết bị đẳng thời và ngắt khác.
Điều khiển gói tin và gói tin cho truyền tải hàng loạt sử dụng mọi băng thông còn
lại (ít nhất 10 phần trăm). USB chia băng thông cho phép thành những khung, và
máy tính điều khiển những khung đó. Khung chứa 1500 byte và một khung mới bắt
đầu mỗi mili giây. Thông qua một khung, những thiết bị đẳng thời và ngắt lấy được
một vị trí, do đó chúng được đảm bảo băng thông mà chúng cần. Truyền tải hàng
loạt và điều khiển truyền tải sẽ sử dụng phần còn lại.
ii. Những đặc trưng của USB.
 Một cổng USB trên máy tính có thể mở rộng tới 127 thiết bị (bao gồm các
Hub USB).

7


 Những sợi cáp USB riêng lẻ có thể dài tới 5 m. Khi ghép với những Hub
có thể kéo dài tới 30 m, tính từ đầu cắm trên máy tính (6 sợi cáp nối tiếp nhau
thông qua các hub).
 Với USB 2.0 (tốc độ cao), đường truyền đạt tốc độ tối đa đến 480 Mbps.
 Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm
hai sợi dây xoắn để mang dữ liệu.
 Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA ở điện áp 5V
một chiều (DC).

 Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (như chuột, bàn phím, loa máy tính
công suất thấp...) được cung cấp điện năng cho hoạt động trực tiếp từ các cổng
USB mà không cần có sự cung cấp nguồn riêng (thậm chí các thiết bị giải trí số như
SmartPhone, Pocket PC ngày nay sử dụng các cổng USB để xạc pin). Với các thiết
bị cần sử dụng nguồn công suất lớn (như máy in, máy quét...) không sử dụng nguồn
điện từ đường truyền USB như nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền
nguồn chỉ có tác dụng như một sự so sánh mức điện thế của tín hiệu. Hub có thể có
nguồn cấp điện riêng để cấp điện thêm cho các thiết bị sử dụng giao tiếp USB cắm
vào nó bởi mỗi cổng USB chỉ cung cấp một công suất nhất định.
 Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị
có thể được kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nối (rút ra) trong mọi thời điểm mà
người sử dụng cần mà không cần phải khởi động lại hệ thống.
 Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động
khi máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện.
b. Cổng nối tiếp RS232.
Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng
điều khiển, đo lường... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ
thuật được sử dụng rộng rãi, việc truyền dữ liệu qua cổng RS232 được tiến hành
theo cách nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được gởi nối tiếp nhau trên một đường
dẫn. Trước hết loại truyền này có khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao
nên có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn hơn, thiết bị ngoại vi có thể tháo
8


lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện. Các mạch điện đơn giản có thể nhận
được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp.
Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232 được gọi
là cổng COM. Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường.

1

14
2
15
3
16
4
17
5
18
6
19
7
20
8
21
9
22
10
23
11
24
12
25
13

Trên main board máy vi tính có loại 9 chân hoặc loại 25 chân.

P1
CONNECTOR DB25

Hình 2.5 Sắp xếp chân ở cổng nối tiếp của máy tính PC
Sơ đồ và chức năng cụ thể các chân cổng COM 9 chân và 25 chân (xem phụ
lục 1, trang 57).
Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông thường
điều dẫn qua đường dẫn nối tiếp TxD và RxD. Tất cả các đường dẫn nối tiếp có
chức năng phụ trợ khi thiết lập và khi điều khiển quá trình truyền dữ liệu. Đặc
trưng của các đường dẫn lối vào và lối ra đã được khẳng định trong tiêu chuẩn
RS232. Trạng thái Low tương ứng với mức điện áp +12V, ngược lại trạng thái
High tương ứng mức điện áp -12V. Tất cả các lối ra điều có đặc tính chống chập
mạch và có thể cung cấp dòng điện từ 10 mA – 20 mA.
Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 ở trạng thái tĩnh trên đường dẫn có
điện áp -12V. Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận
biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit đầu tiên. Tiếp theo đó là các bit
dữ liệu (bit data) được gửi dưới dạng mã ASCII (khoảng từ 5 đến 8 bit dữ liệu).
Sau đó là một bit parity (kiểm tra bit chẵn hay lẻ) và cuối cùng là bit dừng stop (có
thể có 1, 1,5 hay 2 bit dừng). Tốc độ truyền dữ liệu thiết lập theo căn cứ tốc độ
Baud. Một số tốc độ Baud thường dùng là: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400,
4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200… Trong thiết bị người ta thường
dùng tốc độ là 19200 Baud.

9


Ví dụ một khung truyền dữ liệu gồm 8 bit dữ liệu, một bit start và một bit
stop, truyền với tốc độ Baud là 9600 (có nghĩa là truyền được 9600 bit trong 1
giây). Do đó, ta có thể ước đoán dữ liệu cực đại có thể được truyền là 960 byte
trong 1 giây. Ta có thể thấy được nhược điểm của cổng nối tiếp là tốc độ truyền bị
hạn chế.
Chú ý: Tốc độ Baud (tốc độ bit) phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận
là như nhau (tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền

bit).
Chuẩn RS232 lại có hạn chế là:
 Các điện áp RS232 quá cao đối với mật độ dòng điện kĩ thuật IC hiện nay.
 Chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 15 m hoặc nhỏ
hơn với tốc độ lớn nhất là 20 kbit/s.
Địa chỉ cơ bản (ĐCCB) của cổng nối tiếp trong các máy tính PC có thể tóm
tắt như sau:
COM 1: ĐCCB = 3F8H
COM 2: ĐCCB = 2F8H
COM 3: ĐCCB = 3E8H
COM 4: ĐCCB = 2E8H
c. Cổng máy in (LPT).
i. Vài nét cơ bản về công ghép nối máy in.
Cổng máy in hay thường gọi là giao diện Centronics, việc kết nối máy in với
máy tính thực hiện qua cổng kết nối 25 chân ở phía sau máy tính. Nhưng đây
không chỉ là chỗ nối với máy in, khi sử dụng vào mục đích đo lường thì việc ghép
nối cũng có thể thực hiện thông qua cổng kết nối này. Qua cổng này các bit dữ liệu
được truyền đi song song, cho nên tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức đáng kể.
Các lối vào và ra của máy in đều là các đường dẫn tương thích TTL, không được
bảo vệ chống quá tải. Do đó khi tiến hành ghép nối, chúng ta phải chú ý những quy
tắc sau:
10


 Chỉ được ghép nối khi máy vi tính đang ở trạng thái ngắt điện.
 Các lối vào ra chỉ được phép tiếp nhận điện áp giữa 0V và 5V.
 Các ngõ ra không được phép ngắn mạch hoặc đấu nối với các ngõ ra khác,
không được phép nối với các nguồn tín hiệu điện áp không biết rõ thông số.
Cổng máy in trong máy tính được kí hiệu bằng LPT1 và LPT2, có tổng cộng
17 đường dẫn dữ liệu số, bao gồm 12 đường dẫn ra và 5 đường dẫn vào. Các đường

dẫn dữ liệu D0 – D7 là đường dẫn một chiều và là đường dẫn ra. Sự sắp xếp các
chân ra ở cổng máy in với tất cả các đường dẫn như hình 2.6.

Hình 2.6 Sơ đồ chân cổng LPT
Các đường dẫn tín hiệu được mô tả như sau:
 Chân số 1 (STROBE): Chân ra, khi máy tính đưa ra tín hiệu này báo cho
máy in đọc dữ liệu để in. Tác động mức thấp.
 Chân 2 – 9 (D0 - D7): Các đường dữ liệu ra.
 Chân 10 (ACK - Acknowledge): Chân vào, xác nhận dữ liệu đã nhận được
và yêu cầu gửi dữ liệu tiếp theo.
 Chân 11 (BUSY): Chân vào, báo cho máy tính biết là máy in bận, không
nên gửi thêm dữ liệu khác đến nữa.
 Chân 12 (PE): Chân vào, báo cho máy tính biết là máy in đã hết giấy.
 Chân 13 (SLCT - Select): Chân vào, báo máy tính đang ở trạng thái lựa
chọn. Chân này tác động ở mức cao.

11


 Chân 14 (AF – Auto Feed): Chân ra, tác động mức thấp. Khi tác động thì
máy in tự động dịch một dòng sau khi in.
 Chân 15 (ERROR): Chân vào, tác động mức thấp để báo cho máy in đang
bị lỗi.
 Chân 16 (INIT): Chân ra, tác động mức thấp để đặt lại máy in.
 Chân 17 (SLCTIN): Chân ra, tác động ở mức thấp để báo máy in đưa dữ
liệu vào.
 Chân 18 – 25 (GND): Là chân nối mass.
Cổng máy in có 5 đường dẫn ngõ vào, nhờ vậy mà việc giao tiếp giữa máy
in và máy tính được thực hiện. Chẳng hạn, khi máy in không còn đủ chỗ trống
trong bộ nhớ thì máy in sẽ gửi đến máy tính một bit trạng thái (BUSY = 1), có

nghĩa là máy in đang bận, không nên gửi thêm các byte dữ liệu khác đến nữa.
ii. Sự trao đổi với các đường dẫn tín hiệu.
 Thanh ghi dữ liệu (Offset = 0) (ĐCCS + Offset).
D7

D5

D3

D1

D0
BIT dữ liệu D0 (Chân 2)
BIT dữ liệu D1 (Chân 3)
BIT dữ liệu D2 (Chân 4)
BIT dữ liệu D3 (Chân 5)
BIT dữ liệu D4 (Chân 6)
BIT dữ liệu D5 (Chân 7)
BIT dữ liệu D6 (Chân 8)
BIT dữ liệu D7 (Chân 9)

 Thanh ghi trạng thái (Offset = 1).
D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

ERROR (Chân 15)
SLCT (Chân 13)
PE (Chân 12)
ACK (Chân 10)
BUSY (Chân 11)

12


 Thanh ghi điều khiển (Offset = 2).
D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

STROBE (Chân 1)
AUTO FEED (Chân 14)
INT (Chân 16)
SLCTIN (Chân 17)
IRQ-Enable

Tất cả các đường dẫn vừa được giới thiệu cho phép trao đổi qua các địa chỉ
bộ nhớ máy tính PC, 17 đường dẫn của cổng máy in sắp xếp thành ba thanh ghi:
thanh ghi dữ liệu, thanh ghi trạng thái, thanh ghi điều khiển. Địa chỉ đầu tiên đạt
đến cổng máy in được xem là địa chỉ cơ sở (viết tắc ĐCCS). Thông thường máy
tính PC có hai cổng máy in có địa chỉ cơ sở sau:
LPT1 (cổng máy in 1) ĐCCS = 378H
LPT1 (cổng máy in 2) ĐCCS = 278H
Địa chỉ cơ sở đồng nhất với thanh ghi dữ liệu, việc xác định địa chỉ của các
thanh ghi khác được tính theo: ĐCCS + Offset.
d. Giao tiếp qua khe cắm máy tính (Slot Card).
Trong máy vi tính trên MainBoard, người ta thường chế tạo sẵn các khe cắm
nhằm làm mục đích mở rộng khả năng đáp ứng của máy tính. Bên trong máy tính
ngoài những rãnh cắm dành cho card I/O, card màn hình, vẫn có những rãnh cắm
để trống. Các rãnh cắm này được tiếp tục dùng để kết nối các bản mạch cắm thêm
vào (gọi là rãnh mở rộng) với máy PC.
Mỗi rãnh cắm đều có các bus dữ liệu, bus địa chỉ và các đường tín hiệu điều
khiển như: CLK, IOW, IOR, AEN, ALP, RESET. Do đó, việc thiết kế các Card kết
nối cho các rãnh cắm sẽ đơn giản hơn, số linh kiện kèm theo ít và tận dụng được

13

các nguồn điện của máy tính (+5V, -5V, +12V, -12V) nên giá thành sẽ giảm, dễ
dàng đưa tín hiệu điều khiển ra ngoài và tốc độ truyền nhanh.
Bên cạnh những ưu điểm đó, cũng có những nhược điểm sau:
 Slot Card phải cắm vào các rãnh trên Main Board nên phải thiết kế nhỏ
gọn và theo đúng chuẩn (ISA, PCI…). Điều này đòi hỏi trình độ thi công kĩ thuật
cao và các linh kiện tích hợp tối ưu.
 Phạm vi truyền tín hiệu gần và cáp truyền phức tạp, trong một số trường
hợp không thực hiện được.
Vì vậy, khi sử dụng Slot Card để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cần cân
nhắc kĩ những ưu và nhược điểm. Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta chọn
phương án thích hợp nhất. Trong máy tính địa chỉ dùng để sử dụng Card mở rộng
là từ 300H đến 300FH.
2.3 Giao tiếp máy tính với vi điều khiển.
2.3.1 Đại cương về trao đổi dữ liệu nối tiếp.
Trao đổi dữ liệu song song có ưu điểm là nhanh, nhưng tốn đường dây và bị
nhiễu khi truyền đi xa. Trao đổi theo cách nối tiếp có thể khắc phục nhược điểm
trên, nhưng đòi hỏi phải có thiết bị trao đổi dữ liệu nối tiếp thành song song và
ngược lại, đồng thời thủ tục trao đổi khá phức tạp.
Trao đổi tín hiệu nối tiếp có thể theo các chế độ sau:
 Không đồng bộ: Mỗi khung truyền từ 5 - 8 bit dữ liệu cùng với 1 bit start,
từ 1 đến 2 bit stop và 1 bit parity, xung nhịp phát và nhận có tốc độ khác nhau.
 Đồng bộ: Truyền theo khối tin lớn nhiều bit, trong một khung tin có byte
cờ (8 bit), byte địa chỉ, byte lệnh, nhiều byte dữ liệu.
Về thiết bị trao đổi tin nối tiếp, có các trường hợp sau:
 Không có moden: Gọi là zero - moden, tức không có dùng moden để tải
tin số (0, 1) hay âm tầng bằng một sóng mang cao tầng để chống nhiễu và truyền
được xa.

14


 Có moden: Sóng mang cao tần có biên độ, tần số và pha biến đổi theo tin
truyền (0, 1 hay âm tần) để chống nhiễu và truyền được xa.
 Truyền theo đường dây điện thoại (để không cần mắc thêm dây truyền)
với khối ghép nối chuyển mức tín hiệu RS232, RS429…
Về chiều trao đổi tin, có thể theo phương thức:
 Đơn công: Số liệu truyền theo một hướng từ bộ phận phát tới bộ phận thu
(một đường dây một chiều).
 Bán song công (half duplex): Số liệu truyền đồng thời theo 2 hướng,
nhưng tại một thời điểm chỉ truyền theo một hướng (một đường dây 2 chiều ).
 Song công (full duplex): Số liệu truyền đồng thời theo hai hướng hai
đường dây riêng rẽ.
2.3.2 Truyền nhận dữ liệu qua cổng nối tiếp.
Để điều khiển việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp, máy tính sử dụng một
chip UART 8250 (hoặc 16450). Các chip UART biến đổi dữ liệu song song thành
nối tiếp giúp máy tính trao đổi dữ liệu nối tiếp (đồng bộ hoặc bất đồng bộ) với các
thiết bị ghép nối qua cổng nối tiếp. Chip UART gửi và nhận một kí tự theo nguyên
tắc sau:
 Để truyền một kí tự, đầu tiên kí tự đó phải đưa vào thanh ghi đợi truyền
(transmit holding register), sau đó được đưa qua thanh ghi dịch của bộ phát
(transmit shift register ) khi kí tự trước đó đã được truyền xong. Từ đó từng bit
được truyền vào kênh dữ liệu.
 Khi nhận một kí tự, đầu tiên các bit của nó lần lượt được nạp vào thanh
ghi dịch của bộ thu (Receiver Shift Register), rồi được đưa vào thanh ghi dữ liệu
của bộ thu (Receiver Data Register) sau khi đã loại bỏ các bit start, stop, parity.

15