Tài liệu Ứng dụng KIT 8051 dùng để chuyển đổi A/D-D/A, chương 3 docx

Chương 3:
GIAO TIẾP PHẦN
MỀM
Dữ liệu truyền giữa ADC và vi xử lý có thể tổ chức trong phần
mềm theo 3 cách:
1 – Memory – Mapped – Transfers (Truyền theo bản đồ nhớ):
Trong bản đồ bộ nhớ, ADC được chỉ đònh trong một vùng
bộ nhớ thực sự chưa sử dụng. Bên cạnh việc sử dụng tối đa bộ
nhớ, ta có dùng phần cứng giải mã đòa chỉ từ tối thiểu đến tối đa
để không lãng phí không gian trong bộ nhớ.
2 – Input / Output Mapped Tranfers (Truyền theo bản đồ I/O):
Một vài hệ thống tạo ra vùng I/O có đòa chỉ rất riêng biệt,
mà ở đó đòa chỉ có thể giống đòa chỉ bộ nhớ, có thể phân biệt
chúng với nhau bằng cách dùng tín hiệu điều khiển đặc biệt
IOR, IOW trên hệ thống Bus của IBM – PC.
Sự phân biệt giữa I/O và 2 vùng bộ nhớ làm cho thiết kế
hệ thống trở nên tốt hơn. Nó cho phép giải mã đòa chỉ sử dụng
phần cứng là tối thiểu, giải mã từ vùng IO đơn giản và tốt hơn
bộ nhớ có giá trò chưa sử dụng.
3 – DMA (Direct Memory Access : truy mất trực tiếp bộ nhớ):
Khi chỉ có truyền dữ liệu đơn giản giữa bộ nhớ và ngoại vi
được dùng tích lũy trong quá trình chuyền làm chậm quá trình
một cách không cần thiết.
Bằng việc sử dụng kết hợp trong phần cứng trong dạng thiết bò
phục vụ gọi là “điều khiển DMA”. Việc truyền trực tiếp có tác
động nhanh hơn nhiều, hầu hết các bộ vi xử lý cho phép DMA
thực hiện đầy đủ bằng cách cấp điều khiển của Bus hệ thống
cho khoảng đònh trước. Điều khiển DMA lấy đòa chỉ yêu cầu và
tín hiệu điều khiển. Tại cuối khoảng, điều khiển Bus quay lại vi
xử lý. Truyền dữ liệu hoàn toàn có thể lấy nhiều chu kỳ DMA
để thi hành.

IV – GIAO TIẾP PHẦN CỨNG:
Thiết kế phần cứng theo mô hình dữ liệu song song hay nối
tiếp.
1 – Dữ liệu truyền song song:
Phần cứng cho giao tiếp dữ liệu song song hầu hết bao
gồm ngõ ra đệm ba trạng thái mà ADC nối với Bus dữ liệu của
vi xử lý. Đòa chỉ giải mã và tín hiệu điều khiển ghi đọc của cho
phép đệm truyền dữ liệu ADC vào
P. Giải mã tương ứng và tín
hiệu điều khiển của
P tạo thành lệnh bắt đầu cho bộ biến đổi.
Nó không cần dùng điều khiển R/W riêng biệt, dù sao việc làm
này cho phép đòa chỉ giống nhau cho việc gởi lệnh đến ADC và
để đọc ngõ ra ADC.
Các ADC mới hơn có bộ đệm ba trạng thái với mạch điều
khiển của chúng. Những ADC này có thể nối trực tiếp với Bus
dữ liệu của vi xử lý. Giao tiếp nhiều thiết bò, thì ta phải cung cấp
giải mã và đôi khi phải một vài cổng quản lý tín hiệu điều
khiển. Giao tiếp với hệ thống
P thì đơn giản bởi vì P cung cấp
đòa chỉ Port trực tiếp và việc giải mã đòa chỉ là không cần thiết.
2 – Mô hình dữ liệu nối tiếp :
Dùng trong việc truyền dữ liệu đi xa. Truyền đồng bộ nối
tiếp dùng cho tuyến phục vụ hay tuyến điện thoại. Thiết bò gọi
là UART (truyền nhận không hoàn toàn đồng bộ). UART nhận
và truyền dữ liệu dạng tuần tự nhưng giao tiếp với
P dạng song
song.
B – BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ SỐ (DAC) :
Biến đổi DA thường là giai đoạn cuối của một hệ thống xử

lý số:
Sau khi tín hiệu tương tự ở đầu vào được mạch ADC biến
đổi sang dạng số, nó được xử lý, lưu trữ dưới dạng số bởi hệ xử
lý trung tâm rồi kết quả xử lý sẽ được đưa đến mạch DAC để
xuất ra dữ liệu dạng tương tự. Mạch DAC nhận ở đầu vào một
giá trò số nhò phân tự nhiên và xuất ra ở ngõ ra một điện áp dạng
tương tự có giá trò tỉ lệ với giá trò ngõ vào.
I – TỔNG QUÁT:
1 – Quan hệ vào ra:
Vref
V
0
(I
0
)
DAC
Digital input
Hình 2.15 Quan hệ vào ra bộ DAC
Biến đổi DA có tính chất tỉ lệ. Tín hiệu vào Digital N được
biến đổi thành một điện áp (hoặc dòng điện) có giá trò Q (phụ
thuộc vào tín hiệu tham chiếu Vref) bằng cách so sánh giá trò ở
đầu vào với giá trò đầy thang của đầu vào.
Bất kỳ một sai số tín hiệu Vref nào cũng sẽ dẫn tới sai số mức
ra, vì vậy người ta cố gắng cho Vref càng ổn đònh càng tốt.
Thông thường, ở các bộ biến đổi DAC thương mại, ngõ ra
sẽ xuất hiện dòng điện, vì vậy ta phải mắc thêm một biến đổi
dòng thành áp có thể nhận được điện áp ra.
2 – Đầu vào bộ DAC:
Đa số các bộ DAC có đầu vào 8 Bits, 10 Bits, 12 Bits, 16
Bits … Đầu vào các bộ DAC thường là các mã nhò phân tự nhiên

hoặc có dấu. Nếu mã đầu vào đầu vào có dấu thì tín hiệu tham
chiếu Vref phải là tín hiệu lưỡng cực.
Bộ DAC sẽ liên tục biến đổi số ở ngõ vào thành giá trò tương tự
ở ngõ ra, thời gian cho một lần biến đổi như vậy tùy theo bộ
DAC. Vì vậy để đảm bảo chính xác, người ta mắc thêm ở ngõ
vào bộ DAC một mạch chốt dữ liệu để tránh hiện tượng bộ DAC
xuất ra tín hiệu không xác đònh trong khoảng thời gian tự do
giữa hai lần cập nhật dữ liệu ở ngõ vào.
3 – Đầu ra bộ DAC
Tùy theo công nghệ chế tạo mà đầu ra của bộ DAC có thể
là dòng hoặc áp.
4 – Tín hiệu điều khiển:
Hầu hết các bộ DAC đều không cần tín hiệu điều khiển.
GIAO TIẾP DAC VỚI VI XỬ LÝ
1 – Xuất dữ liệu tuần tự:
Khi có yêu cầu xuất một chuỗi dữ liệu ra cổng, phần mềm
xử lý sẽ tuần tự xuất từng Byte dữ liệu trong bộ đệm ra cổng.
Để tạo được tần số xuất theo mong muốn, đầu tiên chương trình
phải tính được tốc độ của CPU có thể xuất ra cổng giao tiếp
trong một dòch vụ thời gian (1 giây). Từ thông tin đó, phần mềm
có thể tính được thời gian trễ (Delay) giưã hai lần xuất dữ liệu
để tạo ra tần số xuất theo yêu cầu.
Phương pháp này tạo ra tần số xuất dữ liệu rất cao (lên tới
khoảng 40Khz hoặc cao hơn tùy theo kiểu máy tính), nhưng tần
số rất khó để có thể tạo ra một cách chính xác. Mặt khác CPU
cũng sẽ bò bận trong suốt quá trình xuất dữ liệu.
2 – Cài đặt một ngắt ngoại vi:
Phương pháp này sử dụng xung Start để mạch lấy mẫu
ADC để kích hoạt một chương trình phục vụ ngắt, chương trình
phục vụ này sẽ làm nhiệm vụ xuất một Byte dữ liệu ra cổng.

Xung Start ở được lợi dụng để tạo ra một tần số kích ngắt bằng
tần số lấy mẫu.
3 – Sử dụng ngắt đồng hồ:
Ta biết rằng trong hệ thống của máy tính có ngắt số 8 là
một ngắt có kích hoạt đònh kỳ theo thời gian, gọi là ngắt đồng
hồ, chu kỳ kích ngắt có thể có thể thay đổi được bằng cách lập
trình cho bộ đònh thì 8253. Lợi dụng ngắt có sẵn này, ta có cài
thêm một chương trình phục vụ ngắt của máy rồi lập trình cho
bộ 8253 để tạo ra một tần số kích ngắt theo mong muốn.