HỆ GIAO TIẾP THÒI GIAN THỰC potx

CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC • Tông quan : Giao tiêp thơì gian thưc là hạng mục đươc sư dụng đê mô tả ảnh hương của viêc kêt nôí máy tính vơi quá trình thê giơí thưc và tr

Trang 1

1 Câú trúc hê thông giao tiêp thơi gian thưc

2 Các I/O của máy tính

+ Các Slot

+ Công Song Song

+ Công nôí tiêp

3 Lâp trình giao tiêp qua các I/O

Trang 2

1 CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC

• Tông quan : Giao tiêp thơì gian thưc là hạng mục đươc sư dụng đê

mô tả ảnh hương của viêc kêt nôí máy tính vơi quá trình thê giơí thưc

và truyên thông dư liêụ giưã chúng

• Màn hình, Bàn phím, máy in, ô đĩa, modem, CD là ví dụ tương tưj

của giao tiêp thơi gian thưc Tong quát phân loại hơn , Cảm biên, cơ câú châp hành, máy tính và quá trình thê giơí thưc là quá trình giao tiêp thơi gian thưc

• VD: Màn hình là thiết bị chấp hành truyền thông tin từ máy tính

( computer ) ngược lại cho quá trình thời gian thực ( real time

processes) từ máy tính

• Cảm biến là bàn phím truyền thông tin từ quá trình thời gian thực

( real time processes) đến máy tính ( computer)

Trang 3

• Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển

Trong chương này , chúng ta tập trung vào vấn đề rộng hơn của thời gian thực đó là giao tiếp của người vận hành ( operation human ) và máy tính ( computer )

•Cảm biến và cơ cấu chấp hành sẽ là các bộ phận để truyền thông tin

giữa máy tính điện tử đến các bộ phận khác ( điện, cơ khí, thủy lực,

nhiệt và con người )

•Hệ thống thu thập dữ liệu ( Data Acquisition) là hệ thu thập dữ liệu

bao gồm cả phần cứng và phần mềm cho phép máy tính nhận thông tin

Trang 4

1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển

• Truy xuất dữ liệu :những dữ liệu nằm trong máy tính được truy xuất

ra bên ngoài như vẽ đồ thị, văn bản hay in thành file

Trang 5

• Hệ thống thu thập dữ liệu có thể xem như hệ thống hiển thị

( monitoring sýtem ) , Nó nhận dữ liệu từ thế giới thực và hiển thị dữ liệu Đồng thời nó cũng có thể hiển thị dữ liệu rút ra từ trong quá

trình Trong trường hợp này nó thu thập dữ liệu của quá trình và cùng chuyển dữ liệu quá trình ra thế giới thực Chúng ta sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình ( Data Acquisition and Control System – DAC )

• Hệ thống DAC là bô đặc biệt của hệ thu thập dữ liệu , do vậy nó cần

có cảm biến ( Sensor) và cơ cấu chấp hành( Actuatur ) để thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình Mục đích của co ưcaaus chấp hành chuyển tín hiệu máy tính công suất thấp thành tín hiệu thế giới thực như dịch chuyển, nhiệt độ, áp suất , Các cơ cấu chấp hành như ĐC bước, van

điện từ, ĐC thủy lực, cơ cấu áp điện ,

Trang 6

Cấu trúc hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển (DAC) bằng máy tính

Trang 7

1 CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC 1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển

Sự khác nhau hệ thu thập dữ liệu DA và thu thập dữ liệu điều khiển (DAC) máy nén khí

• Đo tốc độ lưu lượng áp suất máy

nén khí

•Hệ thống DA đo các giá trị tốc độ

động cơ, áp suất và lưu lượng và

hiển thị các thông số

•Hệ thồng DAC đo các giạ trị tốc

độ, lưu lượng, và áp suất và điều

khiển biến tần để đạt áp suất và

lưu lượng đặt

Trang 8

• Khuynh hướng hiện nay dùng PC và phần cứng hê thu thập dữ liêu và

điều khiển ( Data AcQuisition - DAQ) để thu thập dữ liệu trong các

PTN, Kiểm tra, đo lường và tự đọng điều khiển quá trình

• DAQ có phần cừng hoạt động giao tiếp giữa máy tính với thế giới bên

ngoài theo các dạng giao thức môdun có thể nối với máy vi tính bằng các cổng ( cổng song song, cổng tuần tự , USB, hoặc các card cắm khe ( slot) (PCI, ISA,PCI) trong các bo mạch chủ

• Các bộ phận thu thập dữ liệu DAQ, cũng có thể nối với máy tính bằng mạng không dây (wireless) hoặc đường truyền cable Ẻthenet

Trang 9

1 CẤU TRUC HỆ THỐNG GIAO TIẾP THỜI GIAN THỰC 1.2.Các phần tử của thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển

Gia công tín hiệu

Bộ chuyển đổi

Phần cứng DAQ

Hệ thống DAQ nối ghép máy tính (PC)

• PC dựa trên DAQ phụ thuộc vào các thành phần hệ thống : + Máy tính (PC) + Cảm biến hay bộ chuyển đổi

+ Gia công tín hiệu + Phần cứng thu thập dữ liệu DAQ

+ Panel chung + Card I/O chung

Trang 10

2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I/O

• Quá trình vào /ra ( input /output) là quá trình truyền thông giữa máy tính và hiện tượng thế giới thực qua hệ thống thu thập dữ liệu DAQ

• Khả năng của quá trình I/O phụ thuộc khả năng của máy tính

tương thích, thiết bị phần cứng DAQ và cấu trúc bus

• Ngày nay các máy tính với khả năng xử lý tốc độ cao cùng với

cấu trúc bus có khả năng cao có thể truyền dữ liệu theo các

truyền động và DAM có thể tham gia nhiệm vụ xử lý phức tạp

( complex processing tasks )

Trang 11

• Yêu cầu ngắt ( Interupt Request ) – IRQ- là quá trình truyền dữ liệu dựa trên CPU để thực hiện yêu cầu truyền dữ liệu Thiết bị

thông báo cho CPU khi nó truyền dữ liệu Theo phương thức này tốc độ truyền dữ liệu rất chặt cùng với dung lượng mà CPU có thực hiện theo yêu cầu của ngăt-IRQ

• Chương trình vào/ra (I/O) : Đây là quá trình truyền dữ liệu cơ

học trong quá trình này thì bộ đêm (buffer) thì không dùng –

thay bằng máy tính đọc và viết trực tiếp trên thiết bị

• Bản đồ bộ nhớ ( Memory Mapping ) : Đây là kỹ thuật đọc và viết trực tiếp trên thiết bị từ chương trình Điều này tránh overhead ò delegating đọc và viết tới phần mềm cấp kernel

Trang 12

• Tuy nhiên cơ chế truyền dữ liệu của máy tính phụ thuộc vào thiết

bị thu thập dữ liệu lựa chọn và cấu trúc bus của máy tính

•Ví dụ : khi thiết bị PCI và Fire Wire dùng Truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) và truyền dữ liệu dựa vào ngắt, thì thiết bị PCMCIA và USB ( Universal Serial Bus ) dùng ngắt

• Tốc độ truyền tín hiệu thì tỷ lệ thuận với :

+ Tần số của đồng hồ của chip xử lý

+Chiều dài bit của Bus ( 8 bit, 16 bit, 32 bit )

• Tốc độ truyền tín hiệu tỷ lệ nghịch với :

+ chiều dài bit của bộ xử lý ( procesor ) (16 bit, 32 bit,…)

Trang 13

Trang 14

2 GIAO TIẾP QUA RÃNH CẮM MÁY TÍNH

2.1 Cấu tạo máy tính :

• Cấu tạo máy tính thông thường gồm có :

+ Bộ nguồn cấp điện

+ Mainboad gồm CPU, Bộ nhớ, các chip điều khiển phụ trợ chipset,

Đĩa cứng (HD), Đĩa mềm, Đĩa CD và các rãnh cắm dùng cho card

mở rộng ISA, EISA, VESA, PCI,…và các đầu nối dùng cho máy in, màn hình, bàn phím, chuột, modem, USB ( Universal Sẻial Bus),

Fire Wire, hồng ngoại (IrDA), mạng

• Cấu tạo máy tính công nghiệp ( Industrial PC ) : chế tạo gồm các board cắm trên một đế, mainboad chứa CPU cũng chế tạo dưới dạng board cắm Đĩa cứng (HD) thay bằng đĩa thể rắn SSD ( Solid State Disk ) thực chất là bộ nhớ không bốc hơi lập trình được

Trang 15

H Mainboad của máy tính Pentium II và Pentium IV

Trang 16

• Máy tính trong hệ thống đo lường và điều khiển của hệ thống cơ điện tử giao tiếp với ngoại vi theo các cách giao tiếp như :

+ Qua các card đo lường và điều khiển gắn vào rãnh cắm trên

mainboard của máy tính

+ Giao tiếp qua cổng máy in song song

+ Giao tiếp qua cổng nối tiếp RS-232

+ Giao tiếp qua cổng nối tiếp USB, Fire Wire

+ Giao tiếp qua cổng hồng ngoại

• Trong phần này tập trung vào giao tiếp máy tính qua khe rãnh cắm ( slot )

Trang 17

2.1 Giao tiếp rãnh ISA

• Rãnh cắm thông dụng nhất là rãnh ISA ( Industry Standard

Ảchitecture) do IBM đưa ra năm 1980 cho máy 8086XT Sau đó là ISA 16 bit cho máy AT ( Advanced Technology ) và trở thành chuẩn

Trang 18

H Sơ đồ chân rãnh cắm ISA

Trang 19

Các địa chỉ ngoại vi đã sử dụng máy Pentiun II.

Trang 20

•Các thiết bị ngoại vi thường dùng ngắt để tác động đến CPU, yêu cầu làm việc gì đó bằng cách đưa chân IRQ lên mức cao

• các ngắt cho Pentum II

Trang 21

• Một số Card ISA

Trang 22

Trang 23

Trang 24

2.2 Giao tiếp qua rãnh cắm PCI

•Rãnh cắm PCI ( Peripheral Component Interconnet ) có màu

trắng trên Mainboard cho phép giao tiếp ngoại vi 32 bit hay 64 bit

có vận tốc nhanh đến 132 Mbytes so với rãnh cắm ISA 16 bit có vận tốc 3-5 Mbytes/s.

• Nhờ vận tốc cao nên rãnh PCI thường dùng cho Card màn hình, sau đó dùng cho Card mạng, modem nội, âm thanh… dần đần

mainboad đời mới không dành chỗ cho rãnh ISA.

• Rãnh PCI 64 bit có hai hàng tiếp điểm, mỗi bên 94 tiếp điểm phía A phía linh kiện còn phía B là phía hàn Do tính chất phức tạp các

tuyến và vận tốc tín hiệu lớn nên việc tự lắp ráp card giao tiếp PCI khó thực hiện mà dùng Card chính hãng.

• Có hai tuyến PCI mức tín hiệu 3,5V và 3,3 V.

Trang 25

2.3 Thiết kế Card giao tiếp rãnh PCI

•Việc thiết kế Card PCI rất khó khăn, đòi hỏi sử dụng linh kiện

FPGA có mật độ tích hợp cao, mạch in nhiều lớp và công nghệ dán Ngoài ra việc lập trình cho card không dễ dàng mà phải thông qua hàm Windowns PCI Việc thiết kế sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu dùng

bộ PCI development kit có sẵn Các bộ kit này giúp tạo dụng ứng dụng PCI khác nhau cùng với Software kèm theo

Trang 26

Trang 27

3 LẬP TRÌNH CHO MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Lập trình xuất nhập ngoại vi

•Khi dùng máy tính để đo lường và điều khiển ta giải quyết vấn đề xuất một dữ liệu 8 bit ra một thanh ghi hay đọc dữ liệu 8 bit từ

thanh ghi vào một biến

• Vấn đề này dễ dàng bới các ngôn ngữ lập trình trong môi trường DOS như hợp ngữ Qbasic, Pascal, C Với hệ điều hành Windows

98, 2000XP thì công việc phức tạp hơn

3.2 : Lập trình xuất nhập môi trường DOS

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

4 : Sử dụng ngắt trong điều khiển

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Tiêu đề	Hệ Giao Tiếp Thòi Gian Thực
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện tử và truyền thông
Thể loại	Giáo trình, bài giảng
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	2,79 MB