Hệ thống điều khiển máy khoan mạch in bằng máy tính.DOC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
I _ KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ
Hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính điện tử là một tập
hợp các thiết bò và phụ kiện liên quan. Để nắm được hết các nguyên lý
hoạt động và cấu tạo của chúng rõ ràng là một vệc không đơn giản. Thậm
chí ngay cả tên gọi của một số bộ phận trong hệ thống cũng gây phiền hà
cho người sử dụng. Trước những tiến bộ như vũ bảo của ngành công
nghiệp ngày nay và nhu cầu ứng dụng máy tính vào mọi lónh vực, hệ thống
điều khiển tự động ngày càng được phát triển một cách hoàn hảo và có độ
chính xác cao.
Hoạt động cơ bản của hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy
tính được thực hiện cũng giống như các loại giao tiếp khác. Dữ liệu được
chứa trong bộ nhớ của máy tính, sau đó được xuất ra qua cổng giao tiếp nối
tiếp đưa đến máy khoan để điều khiển động cơ đònh vò đúng vò trí cần
khoan, và cứ thế hết vò trí này đến vò trí khác đến khi nào mà máy tính gởi
lệnh dừng thì động cơ không hoạt động nữa. Khi ấy hệ thống khoan mạch
in hoàn thành.
II_ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 6
tuần, với vốn kiến thức và việc tìm hiểu về hệ thống điều khiển và cơ cấu
cấu tạo, cũng như các bộ phận chi tiết trong hệ thống điều khiển còn hạn
chế, luận văn này chỉ thực hiện trong phạm vi ứng dụng phần mềm Pal-El
để khoan mạch in bao gồm các phần sau:
Phần I : Cơ sở lý thuyết về giao tiếp
Giao tiếp với máy tính
Giới thiệu về chuẩn RS-232
Phần II : Các khái niệm về máy điều khiển
theo chương trình số
Đại cương về điều khiển theo chương trình số
Truyền động bằng động cơ bước

Phần III : Phần mềm
Ứng dụng phần mềm PAL-El để khoan mạch in
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
III _ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Dựa trên tài liệu và thiết bò điều khiển, đặt biệt máy khoan có sẵn,
cũng như phần mền điều khiển được dòch từ tài liệu PAL_EP ….. để viết
một chương trình ứng dụng thực tế đơn giản nhằm góp phần phong phú
thêm cho việc hiểu biết về lónh vực này đồng thời có thể mở rộng và đònh
hướng cho những đề tài sau
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƯƠNG I
GIAO TIẾP MÁY TÍNH
I _ CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MÁY TÍNH
Trải qua một thời gian dài từ phát minh đầu tiên ra máy tính cho đến
nay, máy tính đã không ngừng nâng cao và phát triển qua nhiều thế hệ.
Tuy nhiên hầu hết máy tính đang phổ biến hiện nay đều có nguồn gốc xuất
phát từ họ PC (Personal Computer). Đầu tiên là kiểu máy PCXT do hãng
IBM chế tạo với bộ xử lý (CPU) 8088 của hãng Intel. Đây là hệ thống xử
lý dữ liệu 16 bit nhưng dùng bus dữ liệu 8 bit.
Tiếp theo đó là máy AT ra đời với bộ xử lý 80286 có tính năng hơn
hẳn chip 8088 của máy PC XT. Nó có khả năng tạo ra bộ nhớ ảo, đa nhiệm
vụ, tốc độ nhanh, độ tin cậy cao và dùng bus dữ liệu 16 bit. Đa nhiệm
(Multitasking) là khả năng thực hiện một lúc nhiều nhiệm vụ:
- Vừa in một tài liệu
- Vừa tính toán một phép tính
Công việc này thực hiện được nhờ hoán chuyển nhanh theo sự theo
dõi của CPU đến các chương trình mà nó đang nắm quyền điều khiển
.Việc này được thực hiện ngay bên trong CPU cộng với một vài giúp đỡ
của hệ điều hành.Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máy tính làm việc
với một bộ nhớ dường như lớn hơn nhiều so với bộ nhớ vật lý hiện có:

Công việc này thực hiện được nhờ một phần mềm và sự thiết kế phần
cứng cực kỳ tinh xảo.
Ngày nay các máy AT 386, 486, Pentium dùng chip CPU lần lượt là
80386, 80486, P5 là kết quả của trình độ kỹ thuật và công nghệ hiện đại.
Chương trình một bộ nhớ lớn hơn tổ tiên là : 8088 hay 80286 cùng với
nhiều chức năng mới, thêm nữa là tốc độ vi xử lý không ngừng được nâng
cao độ rộng của data bus cũng mở rộng lên 32bit rồi 64 bit với Pentium.
II _ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO RA:
1. Vào ra điều khiển bằng chương trình :
Thiết bò 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 bò ngoại vi và công nghệ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
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 đòa 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 ngoài, 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 bò 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.
Ngoài các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữ liệu
giữa thiết bò ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra được gán như một đòa
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 đòa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết
bộ nhớ không cần xác đònh nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bò vào ra. Nó chỉ hỏi
nơi gởi dữ liệu vào trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngoài sẽ
giải mã đòa chỉ kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bò mà không

phân biệt ngăn nhớ hay thiết bò 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 bò 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 bò 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 đònh
trước nhờ cơ cấu ngắt CPU.
Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ
thiết bò 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 bò ngoại vi.
Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng bằng
hai thiết bò:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Bàn phím để nhập dữ liệu
- Màn hình để hiển thò
Ngoài 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.
III _ PHƯƠNG PHÁP GIAO TIẾP
1. Giao tiếp với máy tính thông qua slot card :
Bên trong máy tính, ngoài 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 bò bên ngoài thông qua card mở rộng.
Trên rãnh cắm mở rộng, ngoài 20 đường đòa 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, nghóa 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). Ngoài
ra cổng này còn có các điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
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 hoàn toàn 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 bò 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.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUẨN RS-232C
Vào năm 1960, cùng với sự phát triển mạnh của các thiết bò đầu cuối
máy tính chia sẻ thời gian, các Modem đã được tung ra ngày càng nhiều
nhằm đảm bảo cho các thiết bò 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 bò được dùng để gửi số liệu nối tiếp thường được gọi là thiết bò
thông tin số liệu DCE (Datommunication Equipment). Các thiết bò đầu cuối
hoặc máy tính đang gửi hay nhận số liệu được gọi là các thiết bò 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 đònh 25 chân tín hiệu, và quy đònh 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 2-1). Ngoài ra, đối với nhiều hệ thống còn dùng loại 9 chân
như loại DE-9P mele (hình 2-2).
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 bò 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.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
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 KỸ THUẬT VỀ ĐIỆN CỦA RS232C
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 2-3 Qui đònh về chân của RS232C
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
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
trò 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.
 Các đặc điểm về điện khác bao gồm
♦ R
L
(điện trở tải) được nhìn từ bộ kích phát có giá trò từ 3 ÷ 7kΩ.
♦ 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 RS232
- 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 bò sẵn sàng :
- DSR : Để báo rằng Modem đã sẵn sàng.
- DTR : Để báo rằng thiết bò đầu cuối đã sẵn sàng
- Các đường bắt tay bán song công.
- RTS : Để báo rằng thiết bò đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu.

- CTS : Modem đáp ứng nhu cầu cần gửi dữ liệu của thiết bò đầu cuối
cho thiết bò đầu cuối có thể sử dụng kênh truyền dữ liệu. Các đường
trạng thái sóng mang và tín hiệu điện thoại:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- CD : Modem báo cho thiết bò 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 đòa chỉ đầu tiên có thể tới được của cổng nối tiếp được gọi là
đòa chỉ cơ bản (Basic Address). Các đòa chỉ ghi tiếp theo được đặt tới
bằng việc cộng thêm số thanh ghi đã gặp của bộ UART vào đòa 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 tónh 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 trò 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).
Đòa chỉ cơ bản của cổng nối tiếp của máy tính PC có thể tóm tắt
trong bảng các đòa chỉ sau:
COM 1 (cổng nối tiếp thứ nhất) Đòa chỉ cơ bản = 3F8(Hex)
COM 2 (cổng nối tiếp thứ hai) Đòa chỉ cơ bản = 2F8(Hex)
D0 D1 D4 D5D3 D6 D7
Stopbit
Starbit
+12V
LOW

1 1 0 1 0 0 1 0
-12V HIGHT
T =1/f
Baud
10
4µS
1.04ms
Hình 2-4: Dòng dữ liệu trên cổng RS 232 với tốc độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
COM 3 (cổng nối tiếp thứ ba) Đòa chỉ cơ bản = 3E8(Hex)
COM 4 (cổng nối tiếp thứ tư) Đòa chỉ cơ bản = 2E8(Hex)
Cũng như ở cổng máy in, các đường dẫn tín hiệu riêng biệt cũng cho
phép trao đổi qua các đòa chỉ trong máy tính PC. Trong trường hợp này,
người ta thường sử dụng những vi mạch có mức độ tích hợp cao để có thể
hợp nhất nhiều chức năng trên một chip. Ở máy tính PC thường có một bộ
phát/nhận không đồng bộ vạn năng (gọi tắt là UART: Universal
Asnchronous Receiver/ Transmitter) để điều khiển sự trao đổi thông tin
giữa máy tính và các thiết bò ngoại vi. Phổ biến nhất là vi mạch 8250 của
hãng NSC hoặc các thế hệ tiếp theo.
Thông thường với các yêu cầu ứng dụng tốc độ thấp người ta giao
tiếp qua ngõ nối tiếp, nó giao tiếp theo tiêu chuẩn RS232C và dùng để
giao tiếp giữa máy tính với Modem hoặc Mouse. Ngoài ra cũng có thể
dùng giao tiếp với printer hay plotter nhưng không thông dụng lắm bởi tốc
độ truyền quá chậm. Đối với máy AT cho ta hai ngõ giao tiếp COM1 và
COM2. Trong một số card I/O ta có thể có đến 4 cổng COM.
Để giao tiếp nối tiếp với 2 ngõ COM này Bus hệ thống của CPU
(Data Bus và Address Bus) hãng IBM sử dụng hai Chip lập trình của Intel
là 8250 UART (Universal Asynchronus Receiver Transmitter). Đòa chỉ
theo bộ nhớ của hai Chip này là 0040:0000 cho UART của ngõ COM1 và
0040:0002 cho UART của ngõ COM2 (Đòa chỉ logic do hệ điều hành chỉ

đònh) và đòa chỉ theo Port để truy xuất khi sử dụng là 3F8-3FF cho COM1
và 2F8-2FF cho COM2.
Dữ liệu truyền qua cho Port COM dưới dạng nối tiếp từng Bit một,
đơn vò dữ liệu có thể là 5 Bit, 6 Bit hay 1 byte tùy theo sự cài đặt lúc khởi
tạo Port COM. Ngoài ra để truyền dữ liệu qua Port COM còn cần những
tham số sau: Bit mở đầu cho một đơn vò dữ liệu START Bit. STOP Bit (Bit
kết thúc). Parity (Kiểm tra chẵn lẻ). Baud Rate (Tốc độ truyền) tạo thành
một Frame (Khung truyền).
Port COM là một thể khởi tạo bằng BIOS thông qua chức năng 0 của
Interrupt 14, nạp vào thanh ghi DX1 chỉ số chọn kênh (COM1 = 0, COM2
= 1). Thanh ghi AL được nạp vào các tham số của việc truyền dữ liệu.
A L D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
0
 Bit D
0
D

1
: Cho biết độ rộng của dữ liệu
0 0 : Dữ liệu có độ rộng 5 Bit
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
0 1 : Dữ liệu có độ rộng 6 Bit
1 0 : Dữ liệu có độ rộng 7 Bit
1 1 : Dữ liệu có độ rộng 8 Bit.
 Bit D
2
: Cho biết số Stop Bit.
0 : Sử dụng một bit Stop
1 : Sử dụng hai bit Stop
 Bit D
3
D
4
: Các Bit parity (chẵn lẻ)
0 0 : Không kiểm tra tính Parity
1 1 : Không kiểm tra tính Parity
0 1 : Odd (lẻ)
1 0 : Even (chẵn)
 Bit D
5
D
6
D
7
: Cho biết tốc độ truyền (Baud Rate)
0 0 0 : Tốc độ truyền 110bps (bit per second)
0 0 1 : Tốc độ truyền 150bps (bit per second)

0 1 0 : Tốc độ truyền 300bps (bit per second)
0 1 1 : Tốc độ truyền 600bps (bit per second)
1 0 0 : Tốc độ truyền 1200bps (bit per second)
1 0 1 : Tốc độ truyền 2400bps (bit per second)
1 1 0 : Tốc độ truyền 4800bps (bit per second)
1 1 1 : Tốc độ truyền 9600bps (bit per second)
III _ MODEM RỖNG CỦA RS232C
Mặc dù chuẩn RS_232C của EIA được dành riêng để áp dụng kết
nối giữa Modem với thiết bò đầu cuối, nhưng một thuê bao của RS_232C
cũng thường được sử dụng khi hai thiết bò đầu cuối được nối với nhau, hoặc
một máy tính và một máy in mà không sử dụng các Modem.
Trong những trường hợp như vậy, các đường TxD và RxD phải được
đặt chéo nhau và các đường điều khiển cần thiết phải được đặt ở TRUE
hoặc phải được tráo đổi thích hợp bên trong cáp kết nối. Sự nối lắp cáp của
RS232C mà có sự tráo đổi đường dây được gọi là Modem rỗng (null
Modem).
Cáp như vậy thích hợp để nối trực tiếp 2 thiết bò DTE qua các port
RS232C. Hai sơ đồ có thể kết nối lẫn nhau được trình bày trong hính 2-5
và hình 2-6 chú ý rằng trong trường hợp đơn giản nhất chỉ cần kết nối 4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
dây lẫn nhau, trong thực tế 2 đường dây đất (SIG GND 0 và CHAS GND)
thường được kết hợp lại, mặc dù điều này không được đề cập tới.
IV _ CÁC IC KÍCH PHÁT VÀ THU CỦA RS232C
Nhờ tính phổ biến của giao tiếp, người ta đã chế tạo các IC kích phát
và thu. Hai vi mạch như vậy được Motorola sản xuất là IC kích phát MC
1488 có dạng vỏ vuông. Và MC 1489.Mỗi IC kích phát 1488 nhận một tín
hiệu mức TTL và chuyển thành tín hiệu ở ngõ ra tương thích với mức điện
áp của RS232C. IC 1489 phát hiện các mức vào của RS232C và chuyển
chúng thành các ngõ ra có mức TTL.
V _ MINH HỌA THÔNG TIN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ

Đối với các máy PC, các cổng liên lạc nối tiếp (serial port) còn được
gọi là các cổng COM. Hoàn toàn có thể sử dụng các cổng này để kết nối
máy PC với các máy tính khác, với các Modem, các máy in, máy vẽ, các
thiết bò điều khiển, mouse, mạng …
Tất cả các máy tính PC có khả năng làm việc tối đa là 4 cổng nối
tiếp khi sử dụng các card giao tiếp I/O chuẩn. Các cổng nối tiếp thường
được thiết kế theo các qui đònh RS-232 theo các yêu cầu về điện và về tín
hiệu. BIOS chỉ hỗ trợ các cổng nối tiếp RS-232C. Còn các chuẩn khác như:
RS-422, BiSync, SDLC, IEEE-488 (GPIB),… cần phải có các trình điều
khiển thiết bò bổ sung để hỗ trợ.
2 2
TxDTxD
3
3
CHAS GND
SIGNAL GND
1 1
7 7
88
CDCD
CTSCTS 55
4 4
RTSRTS
66
RxD
DSR
DTR
RxD
DTE B
DTE A

2020
DTR
DSR
HÌNH 2-5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Tốc độ tối độ của cổng nối tiếp tùy thuộc vào bộ phát tốc độ Baud
trong card giao tiếp cổng nối tiếp, phần mềm BIOS, và hệ thống có thể
thực hiện chương trình BIOS nối tiếp nhanh đến mức nào. Ngoài ra, nếu hệ
thống đang xử lý chương trình khác có độ ưu tiên cao hơn thì tốc độ tin cậy
có thể bò suy giảm đáng kể.
Hoạt động của cổng nối tiếp chủ yếu cũng được xử lý bởi 1 chip
UART. Các thiết kế ban đầu đã sử dụng một chip NS-8250. Các thiết bò
sau này chuyển sang một phiên bản CMOS, chip 1650, có chức năng hoạt
động giống như 8250. Một số thiết bò mới sử dụng chip 16550 hay các biến
thể khác nhằm bổ sung thêm việc đệm dữ liệu để giảm bớt gánh nặng cho
CPU.
Một phần của BIOS hệ thống (ngắt 14 h) cung cấp các dòch vụ để
liên lạc với các card giao tiếp nối tiếp.
Giống như các cổng song song, POST (Power on Self Test- chương
trình của BIOS tự kiểm tra cấu hình hệ thống khi bật máy) kiểm tra xem
liệu một cổng nối tiếp có được gắn vào hệ thống không, và ghi lại các đòa
chỉ I/O của các cổng hoạt động trong vùng dữ liệu của BIOS. Tất cả các hệ
thống đến 4 cổng nối tiếp, BIOS không hỗ trợ các cổng bổ sung thêm
khác.
Để truy suất phần cứng của một cổng nối tiếp, cần đọc một trong 4
từ (word) trong vùng dữ liệu BIOS chứa đòa chỉ I/O cơ sở đối với 4 cổng
nối tiếp có thể có.
Ví dụ: Để truy suất cổng nối tiếp số 2, trước tiên phải đọc đòa chỉ
cổng I/O cơ sở từ vùng dữ liệu BIOS. Điều này có nghóa là một côûng nối
tiếp không có đòa chỉ cổng I/O cố đònh.

2 2
TxD
TxD
3
3
CHAS GND
SIGNAL GND
1 1
7 7
88
CDCD
CTS
CTS
55
4 4
RTSRTS
66
RxD
DSR
DTR
RxD
DTE B
DTE A
2020
DTR
DSR
CTS
(optional)
HÌNH 2-6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH

a. Lưạ chọn cổng COM
Mỗi cổng nối tiếp sử dụng 8 byte của bộ nhớ máy PC và một ngắt
phần cứng đặc biệt. Việc sử dụng các đòa chỉ bộ nhớ và ngăùt phần cứng
này là điều quan trọng đối với người lập các chương trình liên lạc và các
chương trình điều khiển thiết bò đối với các thiết bò nối tiếp.
Bảng sau mô tả các đòa chỉ bộ nhớ và các ngắt phần cứng đối với 4
cổng nối tiếp chuẩn cho các máy tính tương thích với máy tính PC. Thông
tin quan trọng nhất ở đây là đòa chỉ cơ sở, là đòa chỉ bộ nhớ đầu tiên trong
mỗi cổng COM (vùng đệm phát/thu – Transmit/ Receive Buffer) đòa chỉ
của đường yêu cầu ngắt (IRQ) đối với mỗi cổng.
Một thiết bò nối tiếp chỉ có thể sử dụng một đòa chỉ cổng COM. Khi
cài đặt một Modem nội trong máy PC, hay bất kỳ thiết bò nào khác sử
dụng cổng nối tiếp cho giao diện của nó, trước tiên phải đảm bảo rằng đã
xác lập nó đối với một cổng COM (bao gồm đòa chỉ và số IRQ).
COM1 COM2 COM3 COM4 Mô tả
IRQ4
3F8
3F9
3FA
3FB
3FC
3FD
3FE
IRQ3
2F8
2F9
2FA
2FB
2FC
2FD

2FE
IRQ4
3E8
3E9
3EA
3EB
3EC
3ED
3EE
IRQ3
2E8
2E9
2EA
2EB
2EC
2ED
2EE
Interrupt Request Line
Transmit/Receive Buffer và LSB of the
Divisor Latch
Interrupt Enable Register và MSB of the
Divisor Latch
Interrupt Identification Registers
Line Control Register
Modem Control Register
Line Status Register
Modem Status Register
b. Hoạt động của cổng nối tiếp.
 Sự khởi động của BIOS.
Sau khi bật máy (hay Reset máy), chương trình POST kiểm tra xem

liệu có bất kỳ cổng nối tiếp nào được cài đặt hay không. POST khảo sát
nhóm cổng I/O: 3F8 ÷3FEh. Để phát hiện một cổng hoạt động, thanh ghi
IIR (Interrupt Identification Register) được đọc từ cổng 3FAh hay 2FAh.
Nếu tất cả các bit từ 3÷7 của thanh ghi IIR đều là 0, thì POST xem như
cổng nối tiếp có hoạt động.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Một khi đã xác đònh được nhóm cổng I/O nối tiếp có hoạt động, đòa
chỉ cổng I/O cơ sở được lưu trữ trong vò trí BIOS RAM cổng nối tiếp chưa
sử dụng thấp nhất. Có 4 từ được dành trong RAM bắt đầu tại đòa chỉ 40:0h
để chứa đòa chỉ I/O của cổng nối tiếp có hoạt động. Nhiều POST của các
hãng cung cấp máy sẽ không bao giờ kiểm tra các cổng COM3 và COM4,
vì IPM không đònh nghóa một đòa chỉ cổng chuẩn cho các cổng này.
Nói chung, hầu hết các hệ thống chỉ kiểm tra có 2 cổng. Tuy nhiên,
các hệ thống cùng họ mới hơn thường kiểm tra 4 đòa chỉ cổng có thể có.
Các hệ thống MCA kiểm tra 8 đòa chỉ cổng nối tiếp khác nhau có thể có
trong một lần thử để tìm ra 4 cổng nối tiếp có hoạt động.
Thứ tự kiểm tra Hầu hết hệ
thống
Một số hệ thống
AT và EISA
Các hệ thống
MCA
Thứ 1
Thứ 2
Thứ 3
Thứ 4
Thứ 5
Thứ 6
Thứ 7
Thứ 8

3F8
2F8
Không
Không
Không
Không
Không
Không
3F8
2F8
Không
Không
Không
Không
Không
Không
3F8
2F8
3220h
3228h
4220h
4228h
5220h
5228h
Bảng trên mô tả thứ tự theo đó các BIOS sẽ tìm kiếm các cổng hoạt
động. Chỉ cổng I/O cơ sở đối với mỗi nhóm được hiển thò trong bảng này.
Trên hệ thống MCA, một khi 4 cổng đã được tìm thấy, các cổng khác
không được kiểm tra nữa.
Khi hoàn tất các công việc kiểm tra POST nối tiếp, các đòa chỉ cổng
nối tiếp được cất giữ. Điều này thường tạo ra một trong 4 trường hợp được

mô tả trong bảng sau:
Đòa chỉ
RAM
Cổng
nối tiếp
Trường hợp 1
Đòa chỉ I/O
Trường hợp 2
Đòa chỉ I/O
Trường hợp 3
Đòa chỉ I/O
Trường hợp 4
Đòa chỉ I/O
40:0h
40:2h
40:4h
40:6h
1
2
3
4
3F8
2F8
0
0
3F8
0
0
0
2F8

0
0
0
0
0
0
0
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
 Các kết quả POST có thể có về việc phát hiện cổng nối tiếp.
- Trường hợp 1 : Mô tả POST phát hiện 2 cổng nối tiếp.
- Trường hợp 2 và 3 : Cho thấy chỉ có một cổng nối tiếp được phát
hiện.
- Trường hợp 4 : Cho thấy không phát hiện được cổng nối tiếp nào.
Các phép thử này không khẳng đònh liệu có một thiết bò nối tiếp thực
sự được nối với cổng I/O hay không. Phép thử chỉ kiểm tra xem liệu phần
cứng cổng nối tiếp có tồn tại hay không tại một đòa chỉ I/O cụ thể. Tổng số
cổng nối tiếp hoạt động được phát hiện thấy (0 ÷ 4) được cất giữ trong byte
thiết bò tại đòa chỉ BIOS RAM 40:10h từ các bit 9 ÷ 11.
 Quá trình phát nối tiếp
Để phát một byte trên đường dây kết nối nối tiếp, cổng được giả
đònh là đã được khởi sự với tốc độ baud và các phần chọn khung (Frame)
nối tiếp thích hợp. Chúng ta cũng giả đònh rằng các byte sẽ được phát đi
trên cổng nối tiếp số 1 (COM1).
1. Trước tiên, xác đònh đòa chỉ cơ sở cổng I/O bằng cách đọc một từ
(Word) từ vùng dữ lệu BIOS tại 40:OH đối với cổng nối tiếp COM1.
Nếu trò = 0: Không có cổng nối tiếp hoạt động nào được gắn ở đây và dó
nhiên không có dữ liệu nào được gửi đi.
2. Hai đường điều khiển MODEM là DTR (DATA Terminal Ready) và
RTS (Request to Send) được xác lập lên mức cao (DTR = 1, RTS = 1).
- DTR thông báo cho thiết bò kết nối biết rằng máy tính đang hoạt

động và sẵn sàng để liên lạc.
- RTS báo cho thiết bò kết nối biết rằng máy tính muốn gửi dữ liệu.
- Hai đường này được kích khởi bằng cách ghi trò 3 thanh ghi MCR
(MODEM control Regester) của UART.
3. Kế đó, kiểm tra hai đường trạng thái CTS (Clear To Send). Những
đường này nằm trong các bit 4 và 5 của thanh ghi MSR (MODEM
Status Regester).
- DSR báo cho máy tính biết thiết bò kết nối đã được bật lên và sẵn
sàng.
- CTS báo cho máy tính biết rằng thiết bò kết nối đã sẵn sàng đối với
dữ liệu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Các đường trạng thái này nên được kiểm tra trong 2ms hay cho đến
khi cả hai đều chuyển sang mức cao. Khi cả hai đường này đều ở
mức cao, thiết bò được kết nối với cổng nối tiếp đã báo hiệu cho biết
nó đã sẵn sàng cho một byte. Một lỗi đáo hạn (timeout error) được
báo hiệu bởi phần mềm nếu một trong hai đường dẫn còn ở mức
thấp lâu hơn khoảng 2ms.
4. Đến đây thiết bò kết nối đã sẵn sàng tiếp nhận một byte, UART phải
được kiểm tra xem liệu thanh ghi chứa dữ liệu phát THR (Transmit
Holding Regester) đã sẵn sàng có một byte chưa. Thanh ghi LSR (Line
Status Regester), bit 5, được xác lập lên mức cao khi thanh ghi chứa dữ
liệu này trống rỗng và sẵn sàng cho một byte. Một lần nữa, giống ở
bước 3 nếu thanh ghi THR không thể trở nên hữu dụng trong 2ms, thì
phần mềm sẽ báo một lỗi đáo hạn, và bỏ qua việc phát đi.
5. Nếu cho đến bây giờ chưa xảy ra việc đáo hạn, byte có thể được gửi
đến thanh ghi chứa dữ liệu phát của UART.
6. Sau đó, UART phát byte từ thanh ghi chứa dữ liệu phát vào thanh ghi
dòch TSR (từ đây các bit dữ liệu được dòch ra và gửi đi), và tạo dạng
khung nối tiếp.

 Quá trình nhạân nối tiếp .
Để nhận 1 byte từ đường dây kết nối nối tiếp, cổng được giả đònh như
trên (cho cổng COM3):
1. Trước tiên, xác đònh đòa chỉ cơ sở cổng I/O bằng cách đọc một từ
(Word) từ vùng dữ liệu BIOS tại 40:4H đối với cổng nối tiếp COM3.
Nếu trò = 0: Không có cổng nối tiếp hoạt động nào được gắn ở đây và dó
nhiên không có dữ liệu nào được gửi đi.
2. Hai đường điều khiển MODEM là DTR (DATA Terminal Ready) và
RTS (Request to Send) được xác lập lên mức cao (DTR = 1, RTS = 1).
- Điều này thông báo cho thiết bò kết nối biết rằng máy tính đang hoạt
động và sẵn sàng liên lạc. Điều này được thực hiện bằng cách ghi trò
1 các thanh ghi MMC của UART.
3. Kế đó kiểm tra tín hiệu trên đường trạng thái DSR. Tín hiệu này xuất
hiện trong bit 5 của thanh ghi MSR. DSR báo cho máy tính biết rằng
thiết bò kết nối đã được bật lên và sẵn sàng. DSR sẽ được kiểm tra cho
đến khi nó lên mức cao hay cho đến khi hết 2ms trước khi một lỗi đáo
hạn được báo hiệu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
4. Kế đó, vùng đêïm nhận được kiểm tra để xem dữ liệu đã nhận được dữ
liệu nào chưa. Bit 0 của thanh ghi LSR chứa một cờ hiệu báo dữ liệu đã
sẵn sàng. Nó được xét lên 1 khi vùng đệm có dữ liệu. Nếu cờ báo dữ
liệu sẵn sàng không được xét sau 2ms, thì phần mềm sẽ khai báo một
lỗi đáo hạn, và tác vụ bò bỏ qua.
5. Nếu cho đến bây giờ chưa xảy ra việc đáo hạn, byte có thể được đọc từ
vùng đệm nhận của UART.
- Trong chế độ bất đồng bộ, 8251 A dòch số liệu trên dây RxD từ bit
một. Sau mỗi bit, thanh ghi thu được so sánh với thanh ghi chứa ký tự
SYN. Nếu hai thanh ghi chưa bằng nhau thì 8251 A dòch bit khác và
tiếp tục so sánh cho đến khi hai thanh ghi bằng nhau. 8251 A kết
thúc chế độ bất đồng bộ và đưa tín hiệu SYNDET (Synch Detect) để

báo đồng bộ đã hoàn tất.
- Nếu USART được nạp từ điều khiển để làm việc với hai ký tự
SYNC, quá trình bất đồng bộ cũng như trên. Nhưng hai ký tự kế tiếp
nhau sẽ được so sánh với hai ký tự SYNC trước khi đạt được sự đồng
bộ. Ở chế độ bất đồng bộ bit chẵn/lẻ sẽ không phải kiểm tra.
USART ở chế độ đuổi bắt đồng bộ với hai điều kiện:
- USART được khởi động ở chế độ đồng bộ.
- USART đã nhận lệnh ở chế độ bất đồng bộ.
 Khối phát
Khối này nhận số liệu song song từ đơn vò trung tâm, chèn thêm các
thông tin rồi chuyển sang nối tiếp và gửi ra thân TxD (Transmiter
DATA).
- Ở chế độ bất đồng bộ, khối phát chèn thêm bit START, bit kiểm tra
chẵn lẻ paraty và một hay hai bit STOP.
- Trong chế độ đồng bộ, khối phát chèn thêm các ký tự SYNC. Những
ký tự đồng bộ này phải được phát trước khi bản tin bắt đầu. Nếu
trong khi phát có khoảng trống giữa hai ký tự thì USART tự động
chèn các ký tự đồng bộ vào.
- Trong cả hai chế độ đồng bộ và bất đồng bộ, quá trình phát chỉ được
cho phép khi tín hiệu TxE (Transmiter Enable) và tín hiệu CTS, ở
trạng thái tích cực. Nếu USART được đặt ở chế độ đồng bộ từ ngoài,
chân SYNDET sẽ là cửa vào và nhận tín hiệu để đồng bộ khi thu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Khối phát có thể gửi tín hiệu cắt (BREAK). Đó là một chu kỳ liên
tục các bit SPACE trên đường dây liên tục và đưọc dùng ở chế độ
truyền song công để cắt quá trình gửi thông tin ở đầu cuối.
- USART sẽ gửi tín hiệu cắt liên tục nếu bit D
3
của byte lệnh được
thiết lập

 Khối điều khiển Modem
Khối này tạo và nhận tín hiệu RTS (Request to Send).
♦ Ngoài ra, còn có các tín hiệu ra DTR (Data Terminel Ready) và tín
hiệu vào DSR (Data Set Ready). Đó là những tín hiệu vạn năng.
♦ Tín hiệu DTR điều khiển bởi bit D
2
bởi byte lệnh.
♦ Tín hiệu DSR thể hiện ở bit D
7
của thanh ghi trạng thái.
♦ USART không đònh nghóa các tín hiệu này một cách cứng ngắc.
Thông thường:
- Tín hiệu DTR qua Modem để chỉ rằng thiết bò đầu cuối sẵn sàng
truyền.
- DSR là tín hiệu từ Modem để chỉ trạng thái sẵn sàng liên lạc.
 Khối điều khiển vào/ra
Logic điều khiển đọc/ghi giải mã các tín hiệu điều khiển từ Bus điều
khiển của đơn vò trung tâm thành những tín hiệu đều khiển các cổng
dẫn số liệu đến Bus nội của USART.
Bảng sau cho biết sự liên quan giữ các tín hiệu CE, C/D\ RD\
CE C/D\ RD\ WR\ Ý Nghóa
0
0
0
0
1
0
1
0
1

x
0
0
1
1
x
1
1
0
0
x
CPU đọc số liệu từ USART
CPU đọc trạng thái từ USART
CPU ghi số liệu vào USART
CPU ghi lệnh vào USART
Bus của USART ở trạng thái trở kháng cao
 Khối thu
Khối thu nhận dữ liệu nối tiếp ở chân RxD và chuyển thành số liệu
song song (P/PC). Trước khi bộ thu làm việc, bit D
2
trong Command
world của byte lệnh phải ở trạng thái cho phép. Nếu bit này không được
lập, bộ thu sẽ không tạo ra tín hiệu RxRDI.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Trong chế độ bất đồng bộ, 8251 A kiểm tra mức điện áp của đầu vào
RxD. Khi có thay đổi mức logic từ 1 xuống 0, 8251 A khởi động bộ
đếm thời gian trong khối thu khi đặt thời gian ½ bit, 8251 A kích mẫu
đầu vào RxD. Tại thời điểm này có 2 trường hợp xảy ra:
- Nếu đầu vào RxD có mức logic cao thì sự thay đổi từ 1 xuống 0 ở
RxD trước lúc kích mẫu là do nhiễu hay khối thu đã khởi động bộ

đếm trong khi nhận bit số liệu. Như vậy có sai 8251 bỏ lệnh đang
thực hiện và chuẩn bò ký tự mới.
- Nếu đầu vào RxD có mức logic thấp trong thời điểm kích mẫu. 8251
tiếp tục kích mẫu để nhận giá trò của các bit số liệu, bit kiểm tra
chẵn lẻ và các bit dừng. Sau đó, 8251 tách các bit khung và chuyển
số liệu qua Bus trong đến thanh ghi đệm số liệu thu. Tín hiệu RxRDI
được tạo ra để báo cho trung tâm biết số liệu thu đã sẵn sàng.
- Trong chế độ đồng bộ, khối thu kích mẫu các bit số liệu của ký tự
rồi đưa đến đệm số liệu thu và lập cờ RxRDI. Vì bộ thu nhóm một
số bit thành ký tự nên được xác đònh bit số liệu đầu tiên là cần thiết.
Để đồng bộ giữa bộ thu và bộ phát, nếu có trống trong dãy ký tự thì
8251 tự động chèn ký tự SYNC vào. Quá trình đồng bộ được thực
hiện trong quá trình bất đồng bộ.
 Khối đệm vào ra
- Khối đệm vào ra chứa: Thanh ghi trạng thái, thanh ghi số liệu thu
(thanh ghi đệm số liệu thu), thanh ghi số liệu phát và lệnh (thanh ghi
đệm số liệu phát và lệnh).
- Như vậy, chỉ có một thanh ghi chứa thông tin chuyển từ đơn vò trung
tâm vào USART. Thông tin này bao gồm số liệu và lệnh, do vậy
phải có sự phân chia thời gian giữa lệnh và số liệu. Lệnh phải được
gửi trước số liệu. Trước khi gửi số liệu vào USART. Đơn vò trung
tâm phải kiểm tra tín hiệu sẵn sàng phát TxRDI. Nếu gửi thông tin
khi TxRDI ở trạng thái chưa sẵn sàng số liệu chuyển đi có thể sai
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
CHƯƠNG I
ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO
CHƯƠNG TRÌNH SỐ
I _ KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ
Ở máy thông thường việc điều khiển chuyển động cũng như thay đổi
vận tốc của các bộ phận máy điều khiển được thực hiện bằng tay. Với

cách điều khiển này thời gian phụ thuộc khá lớn, nên không thể nâng cao
năng suất lao động.
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình
điều khiển. Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu người ta dùng
phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển.
Đặc điểm của loại máy tự động này là rút ngắn thời gian phụ, nhưng thời
gian chuẩn bò sản xuất quá dài (thời gian thiết kế và chế tạo,thời gian điều
chỉnh máy …). Nhược điểm này không đáng kể, nếu sản xuất với khối
lượng lớn. Trái lại với lượng sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thường
xuyên, loại máy tự động trở nên không kinh tế. Do đó cần phải tìm ra
phương pháp điều khiển mới, đảm bảo thời gian điều chỉnh máy để gia
công từ loại chi tiết này sang chi tiết khác được nhanh. Yêu cầu này được
thực hiện với việc điều khiển theo chương trình.
Điều khiển theo chương trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều
khiển (tín hiệu ra) được thay đổi theo một qui luật trước. Nói cách khác, trên máy điều
khiển theo chương trình, thứ tự, giá trò của các chuyển động cũng như thứ tự đóng mở
các bộ phận máy, đóng mở hệ thống làm nguội, bôi trơn, thay mũi khoan… Điều được
thực hiện đúng theo một chương trình đã vạch sẵn. Các cơ cấu mang chương trình này
được đặt vào thiết bò điều khiển, và sẽ làm tự động theo chương trình đã cho.
Nếu các chương trình trên được ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng
mẫu ghép hình … Ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển theo chương trình
phi số. Nếu các chương trình được biểu thò bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi hệ
điều khiển theo chương trình số.
Như vậy điều khiển theo chương trình số là một quá trình tự động cho phép đưa
một cơ cấu di động từ vò trí này đến vò trí khác bằng một lệnh. Sự dòch chuyển ấy có thể
là lượng di động thẳng (hoặc một góc quay theo các bậc tự do).
Trong nhiều trường hợp, phương pháp điều khiển theo chương trình số được thiết
kế tự động hóa việc di chuyển một cơ cấu từ vò trí này đến vò trí khác, ta gọi là "điều
khiển theo điểm". Nhưng ta cũng dễ dàng khi rút ngắn vô hạn khoảng cách giữa các
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH

điểm di động kế tiếp nhau và sẽ đạt đến một quá trình điều khiển quỹ đạo gọi là điều
khiển theo đường.
Phương pháp điều khiển theo chương trình số có thể dùng để di động bất kỳ một
cơ cấu nào được truyền động bằng động cơ. Phạm vi sử dụng nó rất rộng, nhưng chủ yếu
là tự động hóa máy công cụ.
Vì chương trình số có thể tiến hành cách xa máy và máy có hệ thống đo lường
riêng, nên hệ thống điều khiển này có thể điều khiển một cách dể dàng và nhanh chóng.
Hệ thống điều khiển theo chương trình số còn được gọi tắt là hệ thống NC
(Numerical Control) và máy điều khiển theo chương trình số được gọi là máy NC. Như
thế: Máy NC là loại máy công cụ hoạt động tự động một phần hoặc toàn phần với các
lệnh được thể hiện bằng dạng tín hiệu là các chữ số được ghi trên băng từ, đóa từ hoặc
phim…
Bước phát triển cao của máy điều khiển theo chương trình số là sự ra đời của
trung tâm gia công CNC. Vậy trung tâm gia công là một loại máy điều khiển theo
chương trình số có cơ cấu tự động để thực hiện nhiều loại nguyên công khác nhau sau
một lần kẹp chi tiết, với sự trợ giúp của máy tính điện tử.
CNC có thể phân thành 2 loại: Loại dùng để gia công có dạng thân hộp tấm, loại
gia công chi tiết tròn xoay.
II _ ĐẶC ĐIỂM CỦA CNC
- Tập trung nguyên công cao độ.
- Có cơ cấu cấp dao tự động với dung lượng lớn.
- Phần lớn CNC thường có bàn máy phụ và đồ gá.
- Đạt được độ chính xác cao ở nguyên công tinh.
- Các CNC thường dùng hệ thống điều khiển theo đường.
III _ HỆ TOẠ ĐỘ MÁY
Các điểm mà trong khi gia công được xác đònh trong một chương trình để mô tả vò
trí của các điểm náy trong vùng làm việc, ta dùng hệ tọa độ. Nó bao gồm ba trục vuông
góc với nhau cũng cắt nhau tại điểm gốc 0.
Với hệ toạ độ ba trục, bất kỳ điểm nào cũng được xác đònh thông qua các tọa độ
của nó. Hệ tọa độ máy do nhà chế tạo xác đònh, thông thường nó không thể thay đổi.

Hình 1-1 : Hệ tọa độ vuông góc trên máy
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
- Trục X là trục chính trong mặt phẳng đònh vò. Trên máy khoan nằm song song với bàn
máy ( bàn kẹp chi tiết).
- Trục Y là trục thứ 2 trong mặt phẳng đònh vò. Trên máy khoan nó nằm trên mặt máy
và vuông góc với bàn máy.
- Trục Z luôn luôn trùng với trục truyền động chính. Trục này được nhà chế tạo xác
đònh. Chiều dương của trục Z chạy từ chi tiết hướng đến mũi khoan. Điều đó có nghóa
là trong chuyển động theo chiều âm của trục Z, mũi khoan sẽ đi tới bề mặt chi tiết.
Để xác đònh nhanh chiều của các
trục, dùng luật bàn tay phải(Hình 1-1):
Ta đặt ngón giữa bàn tay phải theo chiều
của trục Z thì ngón tay cái sẽ trỏ về
chiều của trục x và ngón tay trỏ sẽ chỉ
theo chiều của trục Y.
Hệ toạ độ cơ bản được gắn liền với
chi tiết.
Bởi vậy khi lập trình ta phải luôn luôn xuất phát từ chổ xác đònh chi tiết đứng yên còn
mũi khoan thì chuyển động. Điều đó có nghiã là:
Khi khoan rõ ràng chi tiết chuyển động là chính, nhưng để đơn giản hơn cho việc lập
trình hãy quan niệm là chi tiết đứng yên còn mũi khoan thì dòch chuyển. Ta gọi đó là
chuyển động tương đối của mũi khoan.
Để mô tả đường dòch chuyển của mũi khoan (dữ liệu tọa độ) trên một số máy CNC có
cả hai khả năng.
a) Dùng toạ độ Đề_Cac :
Khi dùng dữ liệu toạ độ Đề Các, ta đưa ra khoảng cách đo song song với trục từ một
điểm tới một điểm khác.
Các khoảng cách theo chiều dương của trục có kèm theo dấu dương (+) phía trước.
Các khoảng cách theo chiều âm của trục có kèm theo dấu âm (-) phía trước.
 Các số đo có thể đưa ra theo hai phương thức:

♦ Đo tuyệt đối :
Với các số đo tuyệt đối, ta đưa ra tọa độ các điểm đích tính từ một điểm cố
đònh trong vùng làm việc. Nghóa là trong mỗi chuyển động đều xác đònh mũi
khoan phải dòch chuyển đến đâu kể từ một điểm gốc 0 tuyệt đối.
♦ Đo theo chuổi kích thước :
Với các số đo theo chuỗi kích thước, ta đưa ra tọa độ các điểm
đích tính từ các điểm dừng lại của mũi khoan sau một lổ khoan được
khoan. Nghóa là trong mỗi chuyển động đều đưa ra số liệu của mũi khoan
cần được dòch chuyển tiếp một lượng là bao nhiêu nữa theo từng trục toạ
độ.
b) Dùng tọa độ cực :
Hình 1-2: Xác đònh nhanh
chiều trục tọa độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH : NGUYỄN THỊ CHÍNH
Khi sử dụng các dữ liệu trong hệ tọa độ cực, ta đưa ra vò trí của một điểm thông qua
khoảng cách và góc so với một trục cơ sở.
Các tọa độ cực chỉ có thể đo trên một mặt phẳng chính. Trong phạm vi của một hệ
tọa độ cực có 3 mặt phẳng chính. Từ 3 trục x, y và z của hệ thống sẽ có 3 mặt kẹp, đó là:
Mặt x/y, mặt x/z, mặt y/z.
 Những điểm quan trọng trong một hệ tọa độ cực
♦ Điểm chuẩn : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ máy.
♦ Điểm 0 chi tiết : Là điểm gốc 0 của hệ tọa độ chi tiết, nó được giữ cố đònh cho
một chi tiết.
♦ Điểm 0 lập trình : Là điểm gốc 0 từ đó xác đònh các dữ liệu cập nhật trong một
chương trình. Điểm này có thể thay đổi thông qua lệch dòch chuyển điểm 0.
IV _ CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN
Phù hợp với yêu cầu đa dạng trong thực tế, người ta phân biệt hệ điều khiển theo
ba mức điều khiển khác nhau :
- Điều khiển theo điểm.
- Điều khiển theo đoạn.

- Điều khiển theo đường.
1. Điều khiển theo điểm :
Là hệ thống điều khiển không có mối
quan hệ hàm số (vô hàm) giữa các chuyển
động dọc theo trục tọa độ. Nhiệm vụ chủ
yếu của hệ thống điều khiển là đònh vò chính
xác mũi khoan hoặc chi tiết vào ví trí
yêu cầu. Hệ thống này không kiểm tra
theo qũi đạo, vận tốc, mà kiểm tra theo
vò trí đònh vò.
Điển hình nhất của hệ thống này là điều khiển để khoan lỗ tức là cần điều khiển
chuyển động tương đối giữa dao và phôi đến từng điểm xác đònh. Chẳng hạn từ điểm
A(X
1
,Y
1

), B(X
2
,Y
2

). Đặc điểm của loại điều khiển này là trong quá trình điều khiển mũi
khoan không làm việc. Quá trình gia công chỉ được tiến hành theo bất cứ tọa độ nào: Có
thể trước tiên theo tọa độ X, sau đó theo Y hoặc ngược lại, hoặc đồng thời thực hiện cùng
một lúc trên hai trục với vận tốc lớn nhất .
2. Điều khiểu theo đoạn :
Y
Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển
theo điểm

y
2
y
1
x
1
x
2
X
A
B