Thiết kế đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD sử dụng cổng nối tiếp

Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển điều khiển các hoạt động của ti vi, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại, lò vi ba...trong hệ thống sản xuất tự động, bộ

Lời Nói Đầu

Ngày nay, các thiết bị máy móc, hệ thống nhằm phục vụ đời sống con

ng-ời trong sinh hoạt cũng nh trong sản xuất phát triển nhanh và ngày càng thông minh Sở dĩ có đợc điều đó là nhờ ứng dụng thành tựu của khoa học kỹ thuật Một trong vô số những thành tựu của khoa học kỹ thuật nói chung, của khoa học

kỹ thuật điện tử nói riêng là bộ vi điều khiển, ghép nối máy tính

Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển điều khiển các hoạt động của ti vi, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại, lò vi ba trong

hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển đợc sử dụng trong rụ bốt, dây truyền

tự động, các hệ thống càng thông minh thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng Đây là nói đến vi điều khiển, còn ghép nối máy tính có nó cũng có rất nhiều ứng dụng có liên quan đến vi điều khiển Ghép nối máy tính với máy

in, máy quét, máy ảnh, máy quay phim qua các cổng ghép nối của máy tính

Qua học tập và nghiên cứu chúng em đã tìm hiểu về đề tài : Thiết kế đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD sử dụng cổng nối tiếp

Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót

Vì vậy, em rất mong sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 08Tháng 03Năm 2011 Giáo viên hớng dẫn :Phạm Văn Chiến Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Cường

:Lờ Việt Hựng

Lớp : Điện Tử 2_k2

Phần I: Giới thiệu chung về ghép nối máy tính

A Giới thiệu

Sự phát triển của ghép nối máy tính đã mở rộng đáng kẻ các lĩnh vực ứng dụng của máy tính, đặc biệt là đo lờng và điều khiển Thực tế cho thấy, trong các công ty xí nghiệp đã ứng dụng kỹ thuật ghép nối rất nhiều, Ví Dụ: Những điều khiển CNC, dây truyền công nghệ sản xuất xi măng, điều khiển các thiết bị khác nhau như những phần cứng và chơng trình do ngời sử dụng viết, ngôn ngữ giao tiếp là: Pascal, C++, ASM, VB, VB.net có khả năng ghép nối máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu nhập số liệu ngắn và quan trọng là mức thu thập và

xử lý các kết quả

Đề tài, đo điện áp một chiều hiển thị trên màn hình LCD và trên máy tính dạng đồ thị là một đề tài tơng đối khó và có nhiều ứng dụng trong ngàng điện tử

và mộ số ngành khác

B Sự giao tiếp giữa máy tính và các khối ghép nối

I Máy tính và các khối ghép nối

Nh chúng ta đã biết cấu trúc của một máy tính đợc chia làm 3 phần chính: Khối xử lý trung tâm CPU làm nhiệm vụ thu thập và xử lý mỗi dữ liệu Khối nhớ (Memory): Lu trữ các loại dữ liệu khác nhau đa vào lấy và lấy ra

ở CPU

Khối vào ra (I/O): Làm nhiệm vụ tơng thích với các thiết bị bên ngoài và

đờng Bus trong máy tính

Trong máy tính hiện nay thờng có các thiết bị ngoại vi sau: Màn Hình, bàn phím, chuột, loa, máy in Với các thiết bị ngoại vi đó, máy tính đều có khối xử lý tơng ứng, ví dụ: Khối ghép giữa bus máy tính với màn hình là card màn hình (VGA), khối ghép giữa bus máy tính với loa là soundcard thông th-ờng các máy tính thế hệ hiện nay thì các khối ghép nối cho các thiết bị ngoại vi thông dụng này đều đợc tích hợp trên một bản mạch chính gọi là Mainboard

Tuy nhiên máy tính không chỉ dừng lại ở ghép nối với máy in, màn hình, loa, mà nó còn đợc ứng dụng vô cùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Nhờ các cổng ghép nối RS232, LPT, cổng USB, các khe căm mở rộng mà chúng ta có thể tạo ra các phần cứng có thể ghép nối vơi máy tính dới sự điều khiển của các

phần mềm

Nội dung của môn học này là chúng ta đi vào nghiên cửu các cổng, cỏc khe cắm mở rộng của máy tính, để từ đó ta có thể chế tạo ra các khối ghép nối phục vụ trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp nh là đo lờng và điều khiển

1 Các dạng tin trao đổi của máy tính

a Dạng số (Digital)

Đây là một chuỗi các bit 0 và 1 đợc biểu diễn theo hệ đếm nh: nhị phân,

hệ thập lục phân Các tín hiệu này có thẻ ở dạng nối tiếp hoặc song song và mức có thẻ là RS hoặc TTL

b Dạng chữ (Text)

Đây biểu diễn của các ký tự dới dạng số, trên thế giới hiện nay thông dụng

là biểu diễn các ký theo mã ASCCII Theo cách này thì các ký tự đợc biểu diễn bằng các chính là đọc bit 0,1 trên hệ thập lục phân, ví dụ: Mã ký tự A là 41h Dạng tín hiệu này có thể coi là tìn hiệu số

c Dạng tơng tự (Analog)

Đây là các dòng điện hay điện áp biến đổi liên tục theo thời gian Điển hình là đại lợng vật lý thu thập từ các bộ cảm biến (sensor) Muốn xử lý đợc các tín hiệu này, máy tính (khối ghép nối) phải chuyển nó sang dạng số bằng các bộ biến đổi ADC

d Dạng âm tần

Đây là dạng tổng hợp của nhiều tín hiệu tơng tự vơi tín hiệu số với các biên độ khác nhau Cũng có thẻ coi đõy là một dạng của tín hiệu Analog

2 Các dạng thông tin trao đổi của máy tính

Trong quá trình gửi tin từ các thiết bị ngoại vi vào máy tính có các dạng tín hiệu sau:

Tin về trạng thái của thiết bị ngoại vi

Tin mạng dữ liệu cần trao đổi

Trong quá trình ngợc lại

Tin về dữ liệu trao đổi

Tin mang lệnh điều khiển

3 Các phơng thức trao đổi tin của máy tính

Trao đổi theo chơng trình (Assembly, Pascal, C++, VB, VB.net )

Trao đổi trực tiếp với các khối nhớ (DMA – Direct Memory Access)

a Chế độ trao đổi tin theo chơng trình

Đây là chế độ trao đổi tin trong đó máy tính trao đổi với các thiết bị ngoại

vi bằng các lệnh vào ra Lệnh dịch chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi Cụ thể:

Trong ngôn ngữ Asembly các lệnh đợc lệnh dành cho trao đổi IN, OUT, MOV

Trong ngôn ngữ Pascal:

Đọc một byte dữ liệu: X:=PORT[địa chỉ]

Đa một byte dữ liệu: PORT[địa chỉ]: =y;

Đọc một byte dữ liệu: OUTPORT(địa chỉ, y)

Trong chế độ trao đổi theo chơng trình có 3 phơng pháp:

 Phơng pháp trao đổi đồng bộ.

ở phơng pháp này, máy tính sẽ tiến hành trao đổi tin ngay với thiết bị ngoài khi khởi động xong mà không cần biết trạng thái của trạng thái đờng dây cũng nh thiết bị ngoài

Để có thể thực hiện đợc phơng pháp này thì yêu cầu là:

+ Tốc độ trao đổi tin của thiết bị ngoài lớn hơn tốc độ trao đổi tin của máy tính

+ Thiết bị ngoài cần phải ở trạng thái sẵn sàng ngay khi máy tính khởi

động xong

+ Phơng pháp này có u điểm là tốc độ trao đổi tin nhanh nhng có nhợc

điểm là dễ bị mất tin khi thiết bị ngoài cha ở trạng thái sãn sàng

 Phơng pháp không đồng bộ

Trong phơng pháp này, trớc khi trao đổi tin, máy tính tiến hành đọc, kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoài, nên thiết bị ngoài đã ở trạng thái sẵn sàng thì tiến hành trao đổi tin còn ngợc lại sẽ chờ

Ngoài ra trong quá trình trao đổi, nếu tin bị lỗi thì yêu cầu truyền lại Phơng pháp này có độ tin cậy cao nhng tốc độ chậm hơn phơng pháp đồng bộ

 Phơng pháp trao đổi ngắt chơng trình

Phơng pháp này lợi dụng đợc u điểm, khắc phục đợc nhợc điểm của hai phơng pháp trên:

+ Khi thiết bị ngoài có yêu cầu trao đổi sẽ gửi tin tín hiệu theo yêu cầu (ngắt) đến máy tính

+ Máy tính dừng chơng trình đang phục vụ (nếu thiết bị ngoài đang yêu cầu có mức yêu tiên cao hơn) và nhớ lại dừng đồng thời gửi tín hiệu xác nhận, yêu cầu thiết bị ngoài trao đổi tin

+ Máy tính và thiết bị ngoài trao đổi tin theo chơng trình (gọi là chơng trình con phục vụ ngắt)

+ Kết thúc quá trình trao đổi tin, máy tính trở lại chơng trình từ điểm dừng

+ Phơng pháp trao đổi theo ngắn chơng trình khắc phục đợc nhợc điểm của hai phơng pháp đồng bộ và không đồng bộ, nó cho phép tận dụng tối đa thời gian làm việc của máy tính

b Trao đổi MDA.

Đây là phơng thức trao đổi trực tiếp với khối nhớ của máy tính mà không thông qua CPU Khi đó CPU sẽ ở trạng thái treo nhờng quyền điều khiển bù cho ghép nối Thiết bị ngoài và khối nhớ của máy tính sẽ tiến hành trao đổi (đọc/ghi dữ liệu) Sau khi quá trình kết thúc sẽ nhờng lại quyền điều khiển Bus cho CPU

Phần II: ghép nối truyền tin nối tiếp

I Khái Niệm Về Truyền Tin Nối Tiếp

1 Khái niệm

Truyền tin nối tiếp là phơng thức truyền tin trong đó các bit mang thông tin đợc truyền kế tiếp nhau trên 1 đờng dẫn vật lý Tại 1 thời điểm phía bên truyền và bên nhận chỉ có thể truyền ( hoặc nhận) 1 bit

Ưu điểm của truyền tin nối tiếp :

+ Tiết kiệm đờng dẫn

+ Có khả năng truyền đi xa

Nhợc điểm

+ Tốc độ chậm hơn các thiết bị thờng phải có khối chuyển đổi nối tiếp song song, song song nối tiếp khi sử dụng phơng pháp này để trao đổi tin

2 Các phơng thức truyền tin nối tiếp

Có 3 phơng thức truyền tin nối tiếp :

+ Phơng thức đồng bộ : Các byte chứa các bit thông tin đợc truyền liên tiếp trên đờng truyền và chỉ đợc ngăn cách ( phân biệt ) nhau bằng bit đồng bộ khung (SYN) Hình 1

+ Phơng thức không đồng bộ : Các byte chứa các bit thông tin đợc chứa trong 1 khung 1 khung đợc bắt đầu bằng 1 bit start, tiếp theo là các bit mang thông tin, kế tiếp là các bit kiểm tra chẵn lẻ và kết thúc là 1 bit stop Khoảng cách giữa các khung là các bit dừng bất kỳ , khi đó đờng truyền đợc lấy lên mức cao (hình 2 )

+ Phơng thức lai : Đây là phơng thức kết hợp của hai phơng pháp trên , trong đó các bit trong 1 khung đợc truyềng theo phơng thức không đồng bộ còn các byte đợc truyền theo phơng thức đồng bộ

Hình 1

Hình 2

II Cổng Nối Tiếp

1 Giới thiệu

Cổng nối tiếp RS232 là 1 giao diện phổ biến rộng rãi nhất , ta còn gọi là cổng com 1 ,com2 , để tự do cho các ứng dụng khác nhau , giống nh cổng máy in , cổng nối tiếp RS232 cũng đợc dử dụng rất thuận tiện trong việc ghép nối máy tính với các thiết bị ngoại vi Việc truyền dữ liệu qua cổng RS232

đ-ợc tiến hành theo cách nối tiếp nghĩa là các bit dữ liệu đđ-ợc gửi đi nối tiếp với

í nghĩa các chân tín hiệu nh sau :

Mức tín hiệu trên các chân của cổng nối tiếp thờng nằm trong khoảng

-12v _ +12v

Các bit dữ liệu đợc đảo ngợc lại mức điện áp ở mức logic 1 : -12v _ -3v

mức điện áp ở mức logic 0 : +3v _ +12v trạng thái tĩnh trên đờng dẫn có mức điện áp -12v

bằng tốc độ baund ta thiết lập tốc độ truyền dữ liệu các giá trị thông thờng là :

300, 600, 1200, 2400,4800, 9600

3 Địa chỉ các cổng nh sau :

Com1: địa chỉ cơ bản là : 3F8H

Com2: địa chỉ cơ bản là : 2F8H

Com3: địa chỉ cơ bản là : 3E8H

Com4: địa chỉ cơ bản là : 2E8H

Sự trao đổi các đờng dẫn tín hiệu :

Trên máy tính có một vi mạch đảm bảo việc truyền (nhận) dữ liệu thông qua cổng nối tiếp, vi mạch đó gọi là UART ( bộ truyền nhận nối tiếp không đồng bộ ) UART để điều khiển sự trao đổi thông tin giữa máy tính và các thiết bị ngoại

vi , phổ biến nhất là vi mạch 8250 của hãng NSC hoặc các thiết bị tiếp theo , nh 16C550 , bộ UART có 10 thanh ghi để điều khiển tất cả chức năng của việc nhập vào xuất ra dữ liệu theo cách nối tiếp

4 Các thanh ghi điều khiển

a) Thanh ghi điều khiển modem(3F8 +4)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

D0=1 : đa DTR=0

D0=0 : đa DTR =1

D1=1: đa RTS =0

D1=0: đa RTS =1

OUT1 , OUT2 điều khiển đầu ra phụ

b) Thanh ghi trạng thái modem(3F8+6)

Thanh ghi này nhiệm vụ thông báo về trạnh thái các đờng dẫn bắt tay điều chú ý

ở thanh ghi này là : D4, D5 ,D6 chính là lối vào của các đờng dẫn CTS , DSR ,

RI

đã đợc đảo

c) Thanh ghi điều khiển đờng truyền( 3F8+3)

C1, C0 : đặt số bit trong mỗi từ

00: 5 bit

01: 6 bit

10 : 7 bit

11: 8 bit

C2 : các bit dừng

0 : 1 bit dừng

1: 1,5 bit dừng

C3 : bit kiểm tra chẵn lẻ

0 : không kiểm tra

1 : có kiểm tra

C4 : loại chẵn lẻ

0: bit lẻ

1: bit chẵn

C5 : stick bit

0: không có stick bit

1: stick bit

C6 : đặt break

0: normal output

1: gửi 1 break

C7 ( DLAB) : bit phân chia truy nhập cho các thanh ghi cùng địa chỉ

d) Thanh ghi trạng thái đờng truyền (3F8+5)

S0=1: Khi có 1 byte mới nhận đợc

S1=1: Khi ký tự trớc không đợc đọc ký tự mới đến sẽ xoá ký tự cũ trong bộ đệm

S2=1: Khi có lỗi chẵn lẻ

S3=1: Khi có lỗi khung truyền

S4=1 : Khi có gián đoạn đờng truyền

S5=1 : Khi bộ truyền rỗng cổng nối tiếp có thể truyền nhận

S6=1: Khi bộ đệm truyền rỗng

S7=0: Không sử dụng

e) Thanh ghi cho phép ngắt ( 3F8+1)

D0=1 : Cho phép ngắt khi nhận 1 ký tự

D1=1 : Cho phép ngắt khi bộ đệm truyền rỗng

D2=1: Cho phép ngắt khi thay đổi trạng thái đờng truyền

D3=1: Cho phép ngắt khi thay đổi trạng thái modem

D4=0

D5=0

D6=0

D7=0

f) Thanh ghi nhận dạng ngắt ( 3F8+2)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

trạng thái đờng truyền

đệm

rỗng

modem

g) Thanh ghi chứa số chia tốc độ baud (byte thấp - địa chỉ cơ sở )

thanh ghi này gồm có 8 bit , chứa phần thấp số chia của tốc độ baud số chia tốc

độ baud tính theo công thức :

số chia tốc độ baud = 1843200/( 16*tốc đọ baud cần thiết lập )

h) Thanh ghi chứa số chia tốc độ baud( byte cao 3F8+1)

i) Thanh ghi đệm đọc viết ( 3F8)

iii Nối ghép 8051 với RS232

Chuẩn RS232 không tơng thích với mức logic TTL, nên cần bổ sung thêm một bộ điều khiển đờng truyền, chẳng hạn nh chip MAX232 để chuyển đổi các mức điện áp RS232 về các mức TTL và ngợc lại Do vậy nối ghép 8051 với đầu nối RS232 thông qua chip MAX232

a Chân RxD và TxD của 8051

8051 có hai chân đợc dùng chuyên cho truyền và nhận dữ liệu nối tiếp Hai chân này là RxD và TxD và là một phần của cổng P3 (đó là P3.0 và P3.1 t

-ơng ứng) P3.0 là chân số 10 của 8051, còn P3.1 là chân số 11 Các chân này

t-ơng thích với mức logic TTL Do vậy cần có thêm một bộ điều khiển đờng truyền để chúng tơng thích với RS232 Bộ điều khiển nh vậy có thể là chip MAX232

b Bộ điều khiển đờng truyền MAX232

Vì RS232 không tơng thích với các bộ vi xử lý và vi điều khiển hiện nay nên ta cần một bộ điều khiển đờng truyền (bộ chuyển đổi điện áp) để chuyển đổi các tín hiệu RS232 về các mức điện áp TTL đợc các chân TxD và RxD của 8051 chấp nhận Một ví dụ của bộ chuyển đổi nh vậy là chip MAX232 của hãng

Maxim Bộ MAX232 chuyển đổi từ các mức điện áp RS232 về mức TTL và

ng-ợc lại Một điểm mạnh khác của chip MAX232 đó là dùng điện áp của ân RxD của đầu nối DB của RS232 Bộ điều khiển đờng R1 cũng có gán R1in và R1out

trên các chân số 13 và 12 tơng ứng Chân R1in (chân số 13) là ở phía RS232 đ MAX232 có gán T1in và T1out trên các chân số 11 và 1 tơng ứng Chân T1in là ở phía TTL và đợc nối tới chân RxD của bộ vi điều khiển, còn T1out là ở phía RS232 đợc nối tới chân TxD đầu nối DB của RS232 và chân R1out (chân số 12) là

ở phía TTL và đợc nối tới chân RxD của bộ vi điều khiển, chân TxD bên phát

đ-ợc nối với RxD của bên thu và ngđ-ợc lại MAX232 cần có 4 tụ điện giá trị từ 1

đến 22F giá trị thờng dùng là 10F

Phần III: Nội dung đề tài

I Chơng trình điều khiển bằng VB

1 Form chính

2.Chương trình vb

Dim chg As String

Dim a, b, c As Integer

Private Sub Command1_Click()

Text3.Text = Format(Now, "hh:nn:ss") 'hien thi gio phut giay hien tai trong text3

End Sub

Private Sub Command2_Click()

If IsDate(Text3.Text) Then 'text3="hh:nn:ss" data type chua ca ngay lan gio la DATE

Time = Format(Text3.Text, "hh:nn:ss") 'cho phep dat lai gio he thong trong text3

Else

MsgBox "loi nhap gio.moi ban nhap lai gio!" 'thong bao loi nhap gio

End If

End Sub