Tài liệu Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 5 pdf

1
P&I Ch5-Digi In/Out 1
ch 5. digital interface
• GhÐp nèi hÖ trung t©m víi ThiÕt bÞ ngo¹i vi qua
c¸c tÝn hiÖu logic 1/0
• pARALLEL iN/OUT
– poRTS: principle, pPI, Centronics/LPT
– PCMCIA, Dual ported Ram.
– INTERCACing to devices: Key pad, LED, text
panel, encoder, STEP motor, ...
– hI-pOWER INTERFACE: relay, scr, triac, power
mosfet, igbt...
• sERIAL in/OUT: Sync, async,
– RS-232, RS-485, RS-422
– modem...
P&I Ch5-Digi In/Out 2
5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý
• In/Out nhiÒu bit ®ång thêi, nhanh, gÇn
a. A Port Line (Ù1bit port):
– Output Port: Latched Output (chèt ra), D_Flip-Flops
– Unlatched Input, h×nh 5.1. single IO line/pin
2
P&I Ch5-Digi In/Out 3
• D Flip-Flop (D trigger):
– Là 1 trong những phần tử cơ bản của hệ
dãy,
– D – data, lưu giữ 1 bit số liệu.
– 4/6/8 D flip-flop => tạo ra 4/6/8 bit register,
nhiều registers đóng trong 1 chip là SRAM.
P&I Ch5-Digi In/Out 4
– Output:

•Q -ứng với giá trị data input vào thời điểm có clock
•/Q – đảo của Q.
– Input:
• Data bit: 1 hoặc 0
• Clock, thường là sườn lên, ghi nhận giá trị của data
và lưu lại cho đến khi có bit số liệu khác ghi đè lên.
•[Có thể có] clear – xóa; Preset – đặt trước
– Có 2 loại: Transparent (HC373) và Master-
Slave (HC374)
3
P&I Ch5-Digi In/Out 5
H. 501 b, c
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
P&I Ch5-Digi In/Out 6
• Write pin: bit 0 or 1, clock = ↑
– Write bit 0: D flip-flop => Q = 0; -Q = 1 =>
gate = 1 => R(ds) MOSFET = ON => pin = 0
– Write bit 1 D flip-flop => Q = 1; -Q = 0 =>
gate = 0 => R(ds) MOSFET = OFF => pin = 1
• Read pin: (Input line– out “1” firstly)-
ReadPin = 0 (!) => open 3 state lower
buffer => 1/0 from pin => data bus (i)
• ReadLatch (Reading bit out previously) :
-ReadLatch = 0 (!) => open 3 state higher
buffer => 1/0 from pin => data bus (i)
4
P&I Ch5-Digi In/Out 7
5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý
b. Simple In-Out Ports:
• Cæng ra ®¬n gi¶n cã chèt (latched output port, based on

74 HC 374/HC373/HC273/HC574..., 8 bit Register), (fig.
5.2)
• Cæng vµo ®¬n gi¶n kh«ng chèt (unlatched input port,
based on 3 state buffer - 74HC244)
• Cæng vµo cã chèt (Latched Input Port), chó ý status flag
P&I Ch5-Digi In/Out 8
5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyªn lý
Ứng dụng: ghép nối DAC, LED display…
5
P&I Ch5-Digi In/Out 9
Port[Parallel_Out]:= solieu; LÖnh Pascal
• Out Port: 74 HC 374:
• CPU ph¸t ®Þa chØ ra IO space => cã t/h -IO CS
• Ph¸t data vµ -IOW => cã t/h Clock = ↑ (Rising Edge) =>
data ®−îc chèt vµo HC374
• Ng/vi => OutControl = 0 => open 3 state output
P&I Ch5-Digi In/Out 10
Hình 5.2c. Unlatched Input Port
Hình 5.2d. Latched Input Port
Unlatched Inport & latched Inport
6
P&I Ch5-Digi In/Out 11
5.1. parallel interface: 5.1.1. nGuyên lý
c. Port song song có tín hiệu bắt tay/ trạng thái (outport):
Gửi 1 packet ra ngoại vi, cần đồng bộ giữa 2 phía
Peripheral chỉ đọc bộ đệm cổng khi có số liệu (cờ IBF
thiết lập, 1)
CS chỉ gửi số liệu ra tiếp theo khi byte/char trớc đã đợc
đọc bởi Peripheral (OBE - Output Buffer Empty, xóa, 0)
Chú ý Time-Out-Error.

CPU gửi 1 character, set -OBE =1 (Out. Buf Empty)
Per: If IBF= 1 then đọc char (In. Buffer Full)
Bài tập: Lập trình (C/ Pascal/Asm) cho sơ đồ sau để
gửi 1 packet n byte - Chú ý Timeout Error
P&I Ch5-Digi In/Out 12
OBE
IRQ
7
P&I Ch5-Digi In/Out 13
5.1. parallel interface: 5.1.2. Programmable ports
• Ports:
• Intel PPI 8255 (Programmable Peripheral Interface)
• Motorola PIA 6821 (Progr. Interface Adaptor)
• Z80 PIO (Parallel In/Out) ...
• Flexible Specifics:
• 2..4 In/ Out Ports, single line direction define (PIA/ PIO)
• Mode: IN/OUT w [w/o] handshake, bus trans-ceiver
• Control/ status/ HSK: Edge (↑, ↓) or Level (hi, lo)
• Case study 1: PPI 8255: Tù ®äc
4 ports: PA, PB, PCH & PCL, 24 IO lines
3 modes M0, M1 & M2, (PA & PB, PC as HSK signals)
§¬n gi¶n vµ hiÖu qu¶
• Case Study 2: Interface ISA bus – PPI 8255, (Fig. 5.3a)
P&I Ch5-Digi In/Out 14
H×nh 5.3a. GhÐp nèi PPI 8255 víi PC qua ISA bus
Addr: 300h-303h, Mode 0 all, PA & PC In, PB Out
8
P&I Ch5-Digi In/Out 15
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
Centronics Computer Inc. so called LPT; 2 LPT ports

(available) in PC
Modes: SPP, EPP, ECP & IEEE 1284 (EPP+ECP)
IRQ (7/ 5) & DRQ (1/ 3 - 8 bit channels) support for
many applications of Interface:
Printer
Local Area Network - LAN
Ext. HDD, SemiDisk,
Test Digital In/Out, ADC, DAC in many application
interfaces
PC remote control (TV, Multi media, shut down...)
Programmers (All 11P2) np chip chuyờn dựng
Others
P&I Ch5-Digi In/Out 16
Mode 0: Simple Parallel Port - SPP (Normal mode, OUTput only)
50..100kB/s, cable 10' max - 25/36 lines - Ground
twisted pair, Base Addr: 378h - LPT1 & 278h - LPT2
Data Out port, Addr. X78h - I/O space, TTL 0..5V,
Open Coll. Buffered - 8 bit latched out, back read-latch
LPT: send control & printed characters to Printer
Control Out Port: X7Ah, TTL (x=3/2)
4 bit latched out, back read-latch, dùng software. Đối
với các thiết bị, 4 tín hiệu này đợc set (1) và reset (0)
bằng phần mềm thuần túy.
LPT: /Strobe (b0), AutoFeed (b1), /Init (b2), SLCT(b3)
IRQ_EN (b4), not outlet
Status In, X79h, Unlatched, TTL (0..5V): Printer status
5 bit: b3..b7: Err, SLCT_IN, PE, -Ack, Busy
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
9
P&I Ch5-Digi In/Out 17

5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
P&I Ch5-Digi In/Out 18
Các hoạt động của LPT Port
• Data port:
– Outport: gửi 1 byte ra cổng data
• Mov dx, 378h
• Mov al, solieu
• Out dx, al
– Inport: đọc 1 byte data gửi ra trước đó
• Mov dx, data_port ; địa chỉ 378h
• In al, dx
• Control Outport, chỉ dùng 4 bit b0..b3
–Gửi 4 bit ra:
• Mov dx, 37Ah
10
P&I Ch5-Digi In/Out 19
• Mov al, control
•Out dx,al
– Đọc 4 bit gửi ra trước đó:
• Mov dx, control_port
• In al, dx
• Status Port: Chỉ đọc trạng thái, unlatched, dùng 5
bit cao, b3..b7
• Mov dx, Status_port
• In al, dx.
• Các thử nghiệm:
– Digital In: đếm khoảng thời gian,
– Digtal Out: điều khiển logic đa điểm liên động,
– Ghép nối DAC để tạo tín hiệu, ADC để đo lường
P&I Ch5-Digi In/Out 20

5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
• Enable Int Req:
mov dx, 37Ah; LPT 1 control
in al, dx
or al, 0001 0000b
out dx, al ;
PASCAL:
Port[BA+2]:=Port[BA+2] or $10;
{set bit 4 only}
• Disable:
Port[BA+2]:=Port[BA+2] and $EF;
{Reset bit 4 only}
11
P&I Ch5-Digi In/Out 21
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
Mode 1: enhanced parallel port - epP
Xircom, 1992, Hi speed - 2 MB/s (DMA, 1 ISA bus
cycle), bi-directional port, ghép nối với Ext HDD,
Local Network... Base Addr 378h hoặc 278h
8 Registers:, có tơng thích với SPP,
Offset 0: SPP data , R/W data lines, w/o HSK
Offset 1: SPP status, Read (b3..b7), b0 timeout
Offset 2: SPP control, R/W 4bit C0..C3, C4: IRQ En,
C5: byte dir(ection) - chiều số liệu
Offset 3: EPP addr, R/W addr cycle w HSK (bắt tay)
Offset 4: EPP data, R/W data cycle w HSK
Others: may be used for 16/32, port config, user
define
P&I Ch5-Digi In/Out 22
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port

Mode 2: extended capabilities port - ecp
MS-HP, 1993, 2..5 MB/s (1 ISA bus cycle), bi directional
port, Ext HDD, Network... extension sys bus
16 FIFO byte buffer để gửi/ nhận, DMA: Mem <=>
buffer
Có thể ghép nối với các ngoại vi chậm khi dùng Rdy
Mô phỏng, tơng thích hđ của SPP, EPP mode
R/W: data & commands:
OUT -C1 (HostAck); IN -S7 (Periphiral. Ack).
-C1/ -S7 = 1 (sending data); 0 (command)
Command: b7=1, b0..6: channel addr, b7=0, b0..6 run-
length count for data compression mode (đếm các byte
giống nhau - graphics, hardware)
12
P&I Ch5-Digi In/Out 23
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
Mode 2: extended capabilities port - ecp
• Many chip (SMC's super IO...) hç trî decompress,
phÇn mÒm göi ra ph¶i 'compress'
• 6 registers: 3 SPP reg vµ 3 ECP reg
• Base addr + 400h: data FIFO & Config A-Read only
• Base addr + 401h: Config B (interrupt, DMA...)
• Base addr + 402h: Extended Control Register
P&I Ch5-Digi In/Out 24
5.1. parallel interface: 5.1.3. centronics port
Mode 3: ieee 1284 ( epp + ECP ), 1994, upto 5 MB/s
• IEEE 1284 standard - document: defines/ describes
protocols for Parallel-port Communication.
• Include: 1284 port/ 1284 cable/ 1284 Peri.
• 5 communication modes: (Register use - Table 11-1

p206, Parallel Port Complete)
• Compatibility Mode: Host sends a byte to Peri. (with
Busy vµ -Ack)
• Nibble Mode: Peri. to Host 4 bit, remainder - HSK
• Byte Mode: 8 bit, bi-dir
• EPP Mode: 8 bit, bi-dir, hi-speed
• ECP Mode: 8 bit, bi-dir: data, addr, compression
13
P&I Ch5-Digi In/Out 25
5.1. parallel interface: 5.1.4. dual ported ram
ể chuyển mảng số liệu giữa 2 hệ VXL (Master-Slave)
với tốc độ cao, gần, ... (Switching Systems, PLCs, Port
Graphics Accelerator...)
SRAM, dung lợng từ 1KB đến 64KB
Multiple Reads & Writes đồng thời
Dùng các tín hiệu:
2 x n bit Addr for 2 sides: Left - Right => 2
n
mem loc.
2 x 8 [16] bit of Data bit (lines)
Các tín hiệu điều khiển (RD, WR, CS) và trạng thái
Các tín hiệu HSK/Arbitor
Hãng: Integrated Device Technology Inc. & Others; chip
IDT 7707, 32Kbyte DPR
Ví dụ ứng dụng: Ghi 32 kênh điện thoại/fax đồng thời
P&I Ch5-Digi In/Out 26
Hình 5.5b. Dual ported Static RAM
14
P&I Ch5-Digi In/Out 27
5.1. parallel interface: 5.1.5. PCmcia/PC Card

personal computer memory card international
Association, Ver 2.1; pc card standard (5.0) 1996
• Lµ chuÈn cña nhiÒu tæ chøc/ c«ng ty: >500 members
• PC card device - credit card size adaptor: nhá, dÔ mang, hot
plugability, tin cËy khi m«i tr−êng thay ®æi, 68 pin connector
• Devices: Flash, SRAM, modem, LAN (wire & wireless), disk,
audio w DSP, GPS...
• 16 bit data path (PCMCIA 2.1/ PC Card Standard 5.0)
• 3.3 and/or 5 V
• Dïng víi nhiÒu lo¹i bus
P&I Ch5-Digi In/Out 28
15
P&I Ch5-Digi In/Out 29
5.1. parallel interface: 5.1.5. PCmcia
Kiến trúc phân nhiều tầng để đảm bảo tính vận hành
độc lập với phần cứng:
Socket service: Device driver - system manufacturer
Card service: Device driver (chơng trình điều khiển) -
Operating System Vendor
Client Drivers/ Client Enablers, Device Driver tạo các y/c
tới hệ thống: do hãng chế tạo Card cấp
Enablers/ Point Enablers: Driver chuyên để thông tin trực
tiếp Host Adaptor
P&I Ch5-Digi In/Out 30
5.1. parallel interface: 5.1.5. PCmcia
PC Card Standard - CardBus:
32 bit transfer
Based PCI specification
33MHz/ 132 MB/s
BusMasster support

Compatible w 16 bit card
16
P&I Ch5-Digi In/Out 31
5.1. Parallel interface:
5.1.6. LED Interface
a. Khái niệm: LED? Light
Emitting Diode
• Color:
– Red, Green, Yellow,
– Amber, R+G
– Infra Red, UV
– LASER: Light
Amplification by
Stimulated Emission of
Radiation
– Blue, Cyan ...
• Symbol & characteristics
H×nh 5.7a. LED
P&I Ch5-Digi In/Out 32
• Package and Applications:
– Single point, status of devices
– 7 segment/ 16 segment, Arabian digit, char
– Matrix 8x8 / 16 x 16, character box, graphics modules
• Độ sáng: Indoor, Outdoor (super light) and semi
outdoor. Độ sáng phụ thuộc vào từng loại pha tạp, từ
150mcd (normal) đến 7000mcd (super light)
• Đặc tính LED: là diode phân cực thuận, tùy pha tạp =>
cho nhiều mầu khác nhau và điện áp thuận từ
1.5V..2.1V và 3.2.. 3.5V.
• TriColor: Red – Green – Blue => PWM driving => Full

color 16,7M colors (3 byte)
5.1. Parallel interface: 5.1.6. LED Interface
17
P&I Ch5-Digi In/Out 33
H 5.7b. An example of LED’s characteristics (Amber )
P&I Ch5-Digi In/Out 34
• Tính toán mạch điều khiển LEDs:
– LED sáng tĩnh – sáng liên tục – Static Mode:
•Chọn độ sáng tương đối;
•Tra bảng =>dòng điện thuận I, từ 10 đến 20mA
(đồ thị A, hình 5.7b);
•Tra bảng => điện áp thuận U, từ 1.6 đến 3.4V (đồ
thị B, hình 5.7b);
• Tính R1 = (Vcc – U)/I.
•Ví dụ: Vcc=5V, chọn RLI = 2 => I
F
=20mA =>
U
F
= 2V
=> R = (Vcc – U
F
)/20mA = 150 Ohm
18
P&I Ch5-Digi In/Out 35
– LED chế độ quét, Scan Mode: ()
•Mạch điện tử sẽ điều khiển sáng 1 nhóm
phần tử trong toàn bộ bảng ở 1 khoảng
thời gian (ms), rồi điều khiển nhóm phần
tử tiếp theo... cho đến hết vòng. Với điều

kiện phải hiện được 50- 120 frames/s.
•Tùy thuộc độ sáng và môi trường (in/out
door) => thiết kế độ rỗng (duty cycle)
của từng phần tử. Thường được chọn: 1,
½, ¼. 1/8 và 1/16
P&I Ch5-Digi In/Out 36
– Tính toán mạch: cũng giống như cách tính
mạch sáng tĩnh, thường chọn hệ số sáng tương
đối từ 2 đến 5.
– Chú ý:
•Hệ số rỗng có thể chọn: ½, ¼, 1/8 và 1/16 tùy thuộc
độ sáng yêu cầu và dùng LED outdoor
• Độ an toàn, tuổi thọ LED, giá trị giới hạn của I
F,
đến
mức nào đó – nói chung, LED không sáng thêm khi
I
F
>50mA
• Góc bố trí ngược sáng/thuận sáng
• View angle
19
P&I Ch5-Digi In/Out 37
5.1. parallel interface: 5.1.6. led interface
• 7406, ULN 2003...
Open Collector
Inverter Buffer: upto
30V – 50-500mA;
• Transistor npn: C945
– khi outport = 1 =>

LED s¸ng
• Transistor pnp: A564,
khi outport=0 => LED
s¸ng;
• Mét sè outport cho
phÐp drive trùc tiÕp
sink upto 80 mA
P&I Ch5-Digi In/Out 38
H×nh 5.7d. S¬ ®å 2 lo¹i LED 7 segment
b. Ghép nối 7 segment LEDs: Mầu gì? Kích
thước? CA/CC
20
P&I Ch5-Digi In/Out 39
Sơ đồ điều khiển 6 x CC 7seg LEDs – hình 5.7e:
• Có 6 cathodes và 48 anodes.
•Vì đ/k chế độ quét – trong 1 thời điểm chỉ sáng 1 LED
(tuân thủ theo ) => giảm thiểu phần cứng, tăng tính
mềm dẻo của hiển thị - dùng phần mềm điều khiển,
không dùng ICs BCD/7 seg!
– 6 anodes a nối chung; 6 anodes b nối chung... 6 anodes pnt
nối chung => chỉ có 8 anodes (a..g và pnt)
–Muốn sáng số mấy (0, 1, ...9) => gửi mã 7 thanh qua các
anodes;
–Muốn sáng 1 trong số 6 LED => điều khiển ON cathode
LED đó trong 1 thời gian t và là duy nhất.\
–Tính t : theo số LED, số frames/sec (50..60 fps)
P&I Ch5-Digi In/Out 40
21
P&I Ch5-Digi In/Out 41
5.1. parallel interface: 5.1.6. led interface

driving 6 x 7 Segment Common Cathode LEDs:
disbuf: 6 byte chứa m 7(8) seg cần hiện thị với qui ớc
thanh nào sáng, bit tơng ứng =1, N: counter
Main Program: Burn LEDs (Có thể do ngắt Timer gọi)
gồm:
(1) Init: turn-off LEDs (out 2
nd
LS-574 = 0s); N=0;
(2) !(disbuf+N), (tvdn) => 1
st
LS-574; turn On LED[N]:
2
nd
LS-574, bit
N
= 1 (only); [delay(1..2 ms) nếu
polling];
(3) Turnoff LED[N]: 2
nd
LS-574 = 0s; Inc N ; If N = 6 then
N=0;
(4) Goto(2)
P&I Ch5-Digi In/Out 42
22
P&I Ch5-Digi In/Out 43
5.1. parallel interface: 5.1.6. led interface
c. drive 8 x 8 matrix char box:
disbuf: 8 byte chøa font
Main Program: Burn LEDs
1. Init: turnoff rows: disable

LS138(s) ; n=0;
2. (disbuf+n) => LS164; shift
afap; turn on row[n]; delay(1-
1.5);
3. turnoff row[n]: disable
LS138(s);
4. Inc (n) ; If n = 8 then n=0;
5. Goto(2)
Smooth left/ right
shifting
?
Color: 4/ 16M color
LED duty cycle ! ®é rçng thêi gian
TiÕng ViÖt? mþ æ
P&I Ch5-Digi In/Out 44
23
P&I Ch5-Digi In/Out 45
F. 5.x LED module 32x16x4 color, CED-05
P&I Ch5-Digi In/Out 46
24
P&I Ch5-Digi In/Out 47
F5.x. Electronics Graphics LED Board
192x128x4Color x 50Hz
P&I Ch5-Digi In/Out 48
5.1. Parallel interface: 5.1.7. LCD panel interface
• C«ng nghÖ LCD Liquid Crystal Display, hiÖn text/
graphics
• §é ph©n d¶i:
• 1 line x 16 character box, 5x7 (7x9) dot matrix/character box
• 2 line x 16 character box

• 4 line x 20 character box
• Graphics (64 x 128) hoÆc (128 x 256) dot graphics - font
down loadable, color (16/4096/64K/16,7M).
• ASCII, 128 characters/ set, 8 user fonts
• or APA: All Points Addressable - graphics
• Back light. C«ng suÊt tiªu thô nhá
• Dïng cho c¸c hÖ nhá, mang x¸ch, m¸y ®o...
(Embedded Systems)
25
P&I Ch5-Digi In/Out 49
H×nh 5.10a. Text LCD Pannel
P&I Ch5-Digi In/Out 50
H×nh 5.10b. CÊu tróc cña Graphics LCD Panel