PhầN 2 Kiến trúc phần cứng về hệ thống báo cháy thông qua máy tính

PhầN 2 Kiến trúc phần cứng về hệ thống báo cháy thông qua máy tính
Chương 1. Lý thuyết về giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi
I. Các phương pháp điều khiển vào ra:
1.V ào ra điều khiển bằng chương trình :
Thiết bị ngoai vi điều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua các phần
thích ứng về công nghệ chế tạo và logic. Thích ứng về công nghệ chế tạo là điều
chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi và công nghệ sản xuất của mạch
trong hệ vi xử lý. Thích ứng về Logic là nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển ngoại
vi tín hiệu trên bus hệ thống.
Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổng vào ra và
CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnh xuất nhập In/Out
Lúc này cổng vào ra được xem như thanh ghi ngồi, chúng được viết vào hoặc
đọc ra như ô nhớ Ram qua hai lệnh trên. Để phân biệt hướng xuất hoặc nhập dữ
liệu từ cổng vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển đọc hoặc viết. Để phân biệt
vùng nhớ với thiết bị vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển IO/M. Khi có các
lệnh này thì các lệnh In/Out mới có tác dụng.
Ngồi các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữ liệu giữa
thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra được gán như một địa chỉ ô nhớ
của bộ nhớ. Các thanh ghi liên quan tới cổng vào ra được xem như ngăn nhớ.
Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết bộ nhớ không cần
xác định nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bị vào ra. Nó chỉ hỏi nơi gởi dữ liệu vào
trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngồi sẽ giải mã địa chỉ kết hợp
với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngăn nhớ hay thiết bị
vào ra.
2.Vào ra điều khiển bằng ngắt:
Với phương pháp điều khiển vào ra bằng chương trình, CPU phải liên tục
kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵn sàng, đó là sự lãng phí thời
gian của CPU và chương trình dài và phức tạp. Khi bộ vi xử lý có nhiều thiết bị
ngoại vi CPU không đáp ứng yêu cầu của chúng. Có thể đáp ứng yêu cầu ngoại
vi nhanh chóng và không theo trình tự như định trước nhờ cơ cấu ngắt CPU.
Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ thiết bị

ngoại vi do đó các ngắt thường được dùng ở những trường hợp yêu cầu đap ứng
nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ở bất kỳ thời điểm nào. Khi đó CPU
phải chuyển đến chương trình con, yêu cầu ngắt ở cuối bất kỳ lệnh nào trong
chương trình chính. Các chương trình con phục vụ ngắt có thể lưu trữ nội dung
các thanh ghi và khôi phục lại khi thực hiện xong chương trình phục vụ ngắt và
trước khi trở lại chương trình chính.
Giao tiếp với maý tính là trao đổi dữ kiện giữa một máy tính với một hay
nhiều thiết bị ngoại vi.
Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng bằng hai
thiết bị:
- Bàn phím để nhập dữ liệu
- Màn hình để hiển thị
Ngồi ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua các port
như là các ngõ giao tiếp:
- Giao tiếp qua port com (nối tiếp)
- Giao tiếp qua port Parallel(song song)
Tùy theo trường hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp.
II.Các phương pháp giao tiếp với thiết bị ngoại vi:
1.Giao tiếp với máy tính thông qua slot card:
Bên trong máy tính, ngồi những khe cắm dùng cho card vào - ra, card màn
hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có thể
thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này. Ở máy tính PC/XT rãnh
cắm chỉ có 1 loại với độ rộng 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry
Standard Architecture). Rãnh cắm theo tiêu chuẩn IS có 62 đường tín hiệu, qua
các đường tín hiệu này máy tính có thể giao tiếp dễ dàng với thiết bị bên ngồi
thông qua card mở rộng.
Trên rãnh cắm mở rộng, ngồi 20 đường địa chỉ, 8 đường dữ liệu, còn có
một số đường điều khiển như:
RESET
,

IOR
, IOW, AEN, CLK, ... Do đó card
giao tiếp với máy tính qua slot card đơn giản, số bit có thể tăng dễ dàng, giảm
được nhiều linh kiện, tốc độ truyền dữ liệu nhanh (truyền song song). Tuy
nhiên, do khe cắm nằm bên trong máy tính nên khi muốn gắn card giao tiếp vào
thì phải mở nắp ra, điều này gây bất tiện cho người sử dụng.
2.Giao tiếp qua Serial Port (Port COM) :
IBM PC cung cấp 2 cổng nối tiếp: COM1 và COM2. Các cổng này giao
tiếp theo tiêu chuẩn RS232. Chúng có thể được nối với một Modem để dùng
cho mạng điện thoại, hay nối trực tiếp với một máy tính khác. Dữ liệu được
truyền qua cổng này theo cách nối tiếp, nghĩa là dữ liệu được gởi đi nối tiếp
nhau trên 1 đường dây. Do các dữ liệu được truyền đi từng bit một nên tốc độ
truyền chậm, các tốc độ truyền có thể là 300, 600, 1200, 2400, 4800bps,
9600bps, chiều dài dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit và kết hợp với các bit
Start, Stop, Parity tạo thành một khung (frame). Ngồi ra cổng này còn có các
điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra. Cách giao tiếp này cho phép
khoảng cách truyền dữ liệu xa, tuy nhiên tốc độ truyền rất chậm tốc độ tối đa là
20kbps.
3.Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in):
IBM PC cho phép sử dụng đến 3 cổng song song có tên là LP1, LP2 và
LP3. Kiểu giao tiếp song song được dùng để truyền dữ liệu giữa máy tính và
máy in. Khác với cách giao tiếp qua Port Com, ở cách giao tiếp này dữ liệu
được truyền song song cùng một lúc 8 bit. Vì thế nó có thể đạt tốc độ cao.
Connector của Port này có 25 chân bao gồm 8 chân dữ liệu và các đường tín
hiệu bắt tay (Handshaking ). Tất cả các đường Data và tín hiệu điều khiển đều ở
mức logic hồn tồn tương thích với mức TTL. Hơn nữa, người lập trình có thể
điều khiển cho phép hoặc không cho phép các tín hiệu tạo Interrupt từ ngõ vào
nên việc giao tiếp đơn giản và dễ dàng. Tuy nhiên, giao tiếp với mức logic TTL
nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port Com, đồng thời
cáp truyền cũng phức tạp hơn. Đó là nhược điểm của cách giao tiếp này.

Chương 2. Tìm hiểu về RS232.
Vào năm 1960, cùng với sự phát triển mạnh của các thiết bị đầu cuối máy
tính chia sẻ thời gian, các Modem đã được tung ra ngày càng nhiều nhằm đảm
bảo cho các thiết bị đầu cuối có thể dùng các đường điện thoại để thông tin giữa
các máy tính với nhau ở những khoảng cách xa. Modem và các thiêt bị được
dùng để gửi số liệu nối tiếp thường được gọi là thiết bị thông tin số liệu DCE
(Datommunication Equipment). Các thiết bị đầu cuối hoặc máy tính đang gửi
hay nhận số liệu được gọi là các thiết bị đầu số liệu DTE (Data Terminal
Equipment). Nhằm đáp ứng với nhu cầu về tín hiệu và các chuẩn bắt tay
(handshake standards) giữa DTE và DCE, hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA đã đưa
ra chuẩn RS-232C. Chuẩn này mô tả chức năng 25 chân tín hiệu và bắt tay cho
việc chuyển dữ liệu nối tiếp. Nó cũng mô tả các mức điện áp, trở kháng, tốc độ
truyền cực đại và điện dung cực đại cho các đường tín hiệu này.
RS-232 ấn định 25 chân tín hiệu, và quy định các đầu nối DTE phải là
male (đực) và các đầu nối DCE phải là female (cái). Một loại đầu nối đặc biệt
không được cho, nhưng thường dùng nhiều nhất là đầu nối mele DB-25P (hình
2-2). Ngồi ra, đối với nhiều hệ thống còn dùng loại 9 chân như loại DE-9P mele
(hình 2-1).

Hình 2-1 Hình 2-2
Được EIA đưa vào năm 1969 để truyền dữ liệu nối tiếp và tín hiệu
điều khiển giữa Modem và thiết bị đầu cuối (hoặc máy tính) với tốc độ truyền
tối đa là 20kbps ở cự ly khoảng 15m. đây là một dạng giao tiếp loại TTL + bộ
kích đường dây không cân bằng.
Việc mô tả chuẩn này được chia làm ba phần: Các đặc điểm kỹ thuật về
điện, mô tả các đường dữ liệu điều khiển và sử dụng bộ kết nối chân ra.
I.Đặc điểm kĩ thuật về điện của RS232:
Sơ đồ chân của serial port (COM)
IN
NUMBERS

FOR 9 PINS
PIN
NUMBERS
FOR 25 PINS
COMMON
NAME
RS232C
NAME
SIGNAL
DIRECTION
ON DCE
3
2
7
8
1
2
3
4
5
TxD
RxD
RTS
CTS
AA
BA
BB
CA
CB
-

IN
OUT
IN
OUT
6
5
1
6
7
8
9
10
DSR
GND
CD
CC
AB
CF
-
-
OUT
-
OUT
-
-
11
12
13
14
15

SCF
SCB
SBA
ĐB
-
OUT
OUT
IN
OUT
4
16
17
18
19
20
DTR
SBB
SCA
CD
OUT
OUT
-
IN
IN
9
21
22
23
24
25

CG
CE
CH/CI
DA
OUT
OUT
IN/OUT
IN
-
Hình 1. Qui định về chân của RS232C
Mức điện áp logic của RS-232C là khoảng điện áp giữa +15V và –15V.
Các đường dữ liệu sử dụng mức logic âm: logic 1 có điện thế giữa –5V và-15V,
logic 0 có điện thế giữa +5V và +15V. tuy nhiên các đường điền khiển (ngoại
trừ đường TDATA và RDATA) sử dụng logic dương: gía trị TRUE = +5V đến
+15V và FALSE =-5V đến –15.
Ở chuẩn giao tiếp này, giữa ngõ ra bộ kích phát và ngõ vào bộ thu có mức
nhiễu được giới hạn là 2V. Do vậy ngưỡng lớn nhất của ngõ vào là ±3V trái lại
mức ± 5V là ngưỡng nhỏ nhất với ngõ ra. Ngõ ra bộ kích phát khi không tải có
điện áp là ± 25V.
D0 D1 D4 D5D3 D5 D6 D5D7 D5
StopbitStarbit
+12V
LOW
1 1 0 1 0 0 1 0
-12V HIGHT
T =1/fBaud
104µS
1.04ms
Hình 2: Dòng dữ liệu trên cổng RS 232 với tốc độ 9.600 baud
 Các đặc điểm về điện khác bao gồm

♦ R
L
(điện trở tải) được nhìn từ bộ kích phát có giá trị từ 3 ÷ 7k.
♦ C
L
(điện dung tải) được nhìn từ bộ kích phát không được vượt quá
2500pF.
♦ Để ngăn cản sự dao động quá mức, tốc độ thay đổi (Slew rate ) của điện
áp không được vượt qúa 30V/µs.
Đối với các đường điều khiển, thời gian chuyển của tín hiệu (từ TRUE
sang FALSE, hoặc từ FALSE sang TRUE ) không được vượt qúa 1ms. Đối với
các đường dữ liệu, thời gian chuyển (từ 1 sang 0 hoặc từ 0 sang 1) phải không
vượt qúa 4% thời gian của 1 bit hoặc 1ms.
II.Các đường dữ liệu và điều khiển của Serial Port (Com):
- TxD: Dữ liệu được truyền đi từ Modem trên mạng điện thoại.
- RxD: Dữ liệu được thu bởi Modem trên mạng điện thoại.
 Các đường báo thiết bị sẵn sàng :
- DSR : Để báo rằng Modem đã sẵn sàng.
- DTR : Để báo rằng thiết bị đầu cuối đã sẵn sàng
- Các đường bắt tay bán song công.
- RTS : Để báo rằng thiết bị đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu.
- CTS : Modem đáp ứng nhu cầu cần gửi dữ liệu của thiết bị đầu cuối cho
thiết bị đầu cuối có thể sử dụng kênh truyền dữ liệu. Các đường trạng thái
sóng mang và tín hiệu điện thoại:
- CD : Modem báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng đã nhận được một sóng
mang hợp lệ từ mạng điện thoại.
- RI : Các Modem tự động trả lời báo rằng đã phát hiện chuông từ mạng điện
thoạïi địa chỉ đầu tiên có thể tới được của cổng nối tiếp được gọi là địa chỉ
cơ bản (Basic Address). Các địa chỉ ghi tiếp theo được đặt tới bằng việc
cộng thêm số thanh ghi đã gặp của bộ UART vào địa chỉ cơ bản.

- Mức tín hiệu trên chân ra RxD tùy thuộc vào đường dẫn TxD và thông
thường nằm trong khoảng –12 đến +12. Các bit dữ liệu được gửi đảo ngược
lại. Mức điện áp đối với mức High nằm giữa –3V và –12V và mức Low nằm
giữa +3V và +12V. Trên hình 2-4 mô tả một dòng dữ liệu điển hình của một
byte dữ liệu trên cổng nối tiếp RS-232C.
- Ở trạng thái tĩnh trên đường dẫn có điện áp –12V. Một bit khởi động
(Starbit) sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu. Tiếp đó là các bit dữ liệu riêng lẻ sẽ
đến, trong đó các bit giá trị thấp sẽ được gửi trước tiên. Còn số của các bit
thay đổi giữa 5 và 8. Ở cuối của dòng dữ liệu còn có một bit dừng (Stopbit)
để đặt trở lại trạng thái ngõ ra (-12V).