Và đúng như vậy,việc lập trình cho phần cứng và chip điềukhiển là điều không thể phủ nhận được,và tầm quan trọng của nó làrất lớn.Và việc ghép nối với máy tính là điều bắt buộc,vì người
Trang 1MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệtrên thế giới ở nhiều lĩnh vực khác nhau đang diễn ra Đặc biệt sựphát triển như vũ bảo của khoa học máy tính là một công cụ hỗ trợđắc lực và quan trọng trong các ngành Công nghệ thông tin và tựđộng hoá Nó giúp con người lưu trữ, xử lý thông tin, tính toán, điềukhiển Hơn thế nữa nó có thể nối kết với nhau tạo thành một mạngmáy tính toàn cầu để chia sẻ thông tin giữa các vùng trên thế giới
Và đúng như vậy,việc lập trình cho phần cứng và chip điềukhiển là điều không thể phủ nhận được,và tầm quan trọng của nó làrất lớn.Và việc ghép nối với máy tính là điều bắt buộc,vì người tadùng ghép nối để mở rộng cấu hình và khả năng ứng dụng của máytính vào thực tế
Việc ghép nối máy tính với các thiết bị ngoại vi có nhiều cáchlựa chọn:
-Ghép nối máy in hay ghép nối cổng song song
-Ghép nối qua cổng RS 232 hay là cổng nối tiếp
-Ghép nối qua khe mở rộng trên bo mạch chủ
-Ghép nối qua cổng USB
Mỗi khả năng trên đều có ưu và nhược điểm,vì vậy tùy thuộcvào khả mục đích mà ta dùng cách nào.Và ở đây chúng ta sẽ nghiêncứu về cách ghép nối song song
Trang 2Chương 1 :Tổng quan về cổng LPT
1.1 Các vấn đề cơ bản về giao tiếp máy tính:
Trải qua một thời gian dài từ phát minh đầu tiên ra máy tínhcho đến nay, máy tính đã không ngừng nâng cao và phát triển quanhiều 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 làkiểu máy PCXT do hãng IBM chế tạo với bộ xử lý (CPU) 8088 củahãng Intel Đây là hệ thống xử lý dữ liệu 16 bit nhưng dùng bus dưliệu 8 bit Tiếp theo đó là máy AT ra đời với bộ xử lý 80286 có tínhnăng hơn hẳn chip 8088 của máy PCXT Nó có khả năng tạo ra bộnhớ ảo, đa nhiệm vụ, tốc độ nhanh, độ tin cậy cao và dùng bus dữliệu 16 bit Đa nhiệm (Multitasking) là khả năng thực hiện một lúcnhiều nhiệm vụ:
Công việc này thực hiện được nhờ hoán chuyển nhanh theo sựtheo dõi của CPU đến các chương trình mà nó đang nắm quyền điềukhiển Việc này được thực hiện ngay bên trong CPU cộng với một vàigiúp đỡ của hệ điều hành Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máytính làm việc với một bộ nhớ dường như lớn hơn nhiều so với bộ nhớvật 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 lầnlượt là 80386, 80486, P5 là kết quả của trình độ kỹ thuật và côngnghệ 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 lýkhông ngừng được nâng cao độ rộng của data bus cũng mở rộng lên32bit rồi 64 bit với Pentium
1.2 Các phương pháp điều khiển vào ra:
a/ Vào ra điều khiển bằng chương trình:
Thiết bị ngoại vi đều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông quacác phần thích ứng về công nghệ chế tạo và logic Thích ứng về công
Trang 3nghệ chế tạo là điều chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi
và công nghệ sản xuất của mạch trong hệ vi xư lý Thích ứng vềLogic là nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển ngoại vi tín hiệu trên bus hệthống
Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổngvào ra và CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnhxuất 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 Đểphân biệt hướng xuất hoặc nhập dữ liệu từ cổng vào ra CPU phát ratín hiệu điều khiển đọc hoặc viết Để phân biệt vùng nhớ với thiết bịvào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển IO/M Khi có các lệnh này thìcác lệnh In/Out mới có tác dụng
Ngoài các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữliệu giữa thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý Lúc đó vào ra được gán nhưmột địa chỉ ô nhớ của bộ nhớ Các thanh ghi liên quan tới cổng vào rađược xem như ngăn nhớ Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điềukhiển đọc hay viết bộ nhớ không cần xác định nơi gởi là bộ nhớ haythiết bị vào ra Nó chỉ hỏi nơi gởi dữ liệu vào trong khoảng thời giancho phép Bộ logic bên ngoài sẽ giải mã địa chỉ kết hợp với xung
MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngan nhơ hay thiết bịvào ra
b/ Vào ra điều khiển bằng ngắt:
Vơi phương pháp điều khiển vào ra bằng chương trình, CPUphải liên tục kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵnsàng, đó là sự lãng phí thời gian của CPU và chương trình dài vàphức tạp Khi bộ vi xử lý có nhiều thiết bị ngoại vi CPU không đápứng yêu cầu của chúng Có thể đáp ứng yêu cầu ngoại vi nhanh chóng
và không theo trình tự như định trước nhờ cơ cấu ngắt CPU
Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt
từ thiết bị ngoại vi do đó các ngắt thường được dùng ở những
Trang 4trường hợp yêu cầu đáp ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ởbất 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 Cácchương 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 vàtrước khi trở lại chương trình chính
Giao tiếp với máy tính là trao đổi dữ liệu giữa một máy tính vớimột hay nhiều thiết bị ngoại vi
Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụngbằng hai thiết bị:
- Bàn phím để nhập dữ liệu
- Màn hình để hiển thị
Ngoài ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thôngqua 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 tiếpthích hợp
1.3 Các phương pháp giao tiếp:
a)Định nghĩa cổng song song:
Cổng song song( Parallel Port) là tập hợp các đường tín hiệu
mà vi xử lí hoặc là CPU dùng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị,thành phần khác Điển hình nhất của loại giao diện này là dùng đểgiao tiếp với máy in, modems, keyboards và màn hình, Cổng songsong truyền nhiều bít một lần, trong khi cổng nối tiếp chỉ truyền mộtbít một ở một thời điểm(có thể truyển 2 chiều ở cùng một thời điểm)
Cổng song song của PC ban đầu có 8 đường ra, 5 đường vào và
4 đường vào ra Những đường này là đủ để giao tiếp với nhiều dạngcủa các thiết bị ngoại vi Ở nhiều máy tính mới hơn, 8 đường ra cóthể thực hiện chức năng như là đường Input để đạt giao tiếp với tốc
Trang 5độ cao với máy scaner,thiết bị và các thiết bị khác gửi dữ liệu tới PC.
b)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 vơi mức TTL Hơn nữa, ngươi 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 bị 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
Cổng máy in LPT - Line Printer Terminal
1.4 Sơ đồ giao tiếp qua cổng máy in:
Khái niệm: Cổng song song, cổng cái, cổng máy in - LPT viết
tắt từ Line Printer Terminal
Cổng song song( Parallel Port) là tập hợp các đường tín hiệu mà
vi xử lí hoặc là CPU dùng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị, thànhphần khác Điển hình nhất của loại giao diện này là dùng để giao tiếp
Trang 6với máy in, modems, keyboards và màn hình, Cổng song songtruyền nhiều bít một lần, trong khi cổng nối tiếp chỉ truyền một bítmột ở một thời điểm (nhưng có thể truyền 2 chiều ở cùng một thờiđiểm).
Cổng song song của PC ban đầu có 8 đường ra, 5 đường vào và
4 đường vào ra Những đường này là đủ để giao tiếp với nhiều dạngcủa các thiết bị ngoại vi Ở nhiều máy tính mới hơn, 8 đường ra cóthể thực hiện chức năng như là đường Input để đạt giao tiếp với tốc
độ cao với máy scaner, thiết bị và các thiết bị khác gửi dữ liệu tớiPC
Cổng song song đã được thiết kế như là một cổng máy in
Cổng song song dùng nhiều tài nguyên của hệ thống Tất cả cáccổng dùng một dãy địa chỉ, cho dù số lượng và vị trí của các địa chỉthay đổi Nhiều cổng có một mức IRQ (Interrupt request) xác định, vàcác cổng ECP có thể có một kênh DMA xác định Các tài nguyêndành cho một cổng không thể dùng cho các thành phần khác của hệthống, các cổng song song khác
Địa chỉ thứ 2 là địa chỉ của thanh ghi trạng thái (Statusregister)
Địa chỉ thứ 3 là địa chỉ của thanh ghi Điều khiển (Control
Trang 7Các cổng EPP và cổng ECP dành một số địa chỉ bổ sung chomỗi cổng EPP thêm 5 thanh ghi tại địa chỉ Base address + 3 tới Baseaddress + 7, còn ECP thêm 3 thanh ghi tại địa chỉ base address +400h tới base address + 402h
Các ngắt (Interrupts)
Phần lớn các cổng song song có khả năng phát hiện tín hiệungắt từ thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi có thể dùng ngắt để thôngbáo rằng đã sẵn sàng để nhận byte hoặc có một byte để truyền
Để dùng ngắt, cổng song song phải có một mức yêu cầu ngắt(Interrupt request - IRQ) xác định
Theo qui ước LPT1 dùng IRQ7 và LPT2 dùng IRQ5 Thế nhưngIRQ5 được dùng bởi nhiều card âm thanh, và bởi vì các mức IRQkhông được dùng bởi các thành phần hệ thống nào rất là hiếm trong
hệ thống, thậm chí IRQ7 có thể được dành cho các thiết bị khác Mộtvài cổng cho phép chọn các mức IRQ khác 2 mức trên
Rất nhiều driver máy in hoặc nhiều ứng dụng và thiết bị kháctruy nhập cổng song song không yêu cầu ngắt cổng song song Nếukhông chọn mức báo ngắt cho cổng song song thì cổng này vẫn hoạtđộng trong hầu hết các trường hợp rất là hiệu quả và bạn có thể dànhmức báo ngắt IRQ cho công việc khác
Công dụng: Thường dành riêng cho cắm máy in Tuy nhiên đối
với những máy in thế hệ mới hầu hết cắm vào cổng USB thay vì cổngCOM hay LPT
Nhận dạng: Là cổng dài nhất trên mainboard
Trang 81.5 Sơ đồ,chức năng của các chân:
Cổng LPT là loại cổng rất dễ sử dụng.Thông thường loại cổng này chỉdùng để ghép nối với máy in Sơ đồ ghép nối song song như hình sau:
Cổng LPT là loại cổng song song gồm có 4 đường điều khiển, 5đường trạng thái và 8 đường dữ liệu Các chân trong cổng như sau:
Trang 9+ Chân số 1(STROBE): Chân ra, khi máy tính đưa tín hiệu này
ra thì nó báo cho máy in đọc dữ liệu vào để in Xung tác động ở mứcthấp
+ Chân 2 - 9 (DATA): Các chân ra dữ liệu của máy tính
+ Chân 10 ( ACK): Chân vào để báo cho máy tính biết là dữliệu đã nhận được và yêu cầu máy tính gởi dữ liệu tiếp theo
+ Chân 11 (BUSY): Chân vào để báo cho máy tính biết là máy
in đang bận không thể nhận tiếp dữ liệu từ máy tính gởi ra Chân nàytác động ở mức cao
+ Chân 12 (PE): Chân vào để báo cho máy tính biết là máy inhết giấy Chân này tác động ở mức cao
+ Chân 13 (SLCT): Chân vào để báo máy tính đang ởtrạng thái lựa chọn Chân này tác động ơ mức cao
+ Chân 14 (AUTOFEED): Chân ra tác động ở mức thấp Khi tácđộng thì máy tự động dịch thêm một dòng sau khi in
+ Chân 15 (ERROR): Chân vào tác động mức thấp để báo máy
in đang bị lỗi
+ Chân 16 (INIT): Chân ra tác động mức thấp để đặt lại máy in.+ Chân 17 (SLCTIN): Chân ra tác động mức thấp để báo máy inđưa dữ liệu vào
+ Chân 18 - 25 (GND): Là chân nối mass
Trong 17 đường dẫn tín hiệu thì có 5 vào, vì vậy việc bắt tay giữamáy tính và máy in được thực hiện chẳng hạn như khi máy in không còn
đủ chỗ trống trong bộ nhớ thì nó đưa đến máy tính một trạng thái(BUSY =1) tức là báo máy in đang bận không nên đưa dữ liệu ranữa
Với số lượng đường dẫn nhiều, một số phép thử trở nên đặc biệt đơngiản Điểm đáng chú ý là khi tiến hành ghép nối cổng song song cần hết sứcthận trọng Do các đường dẫn tương thích TTL không được bảo vệ chốngquá tải, nên khi tiến hành ghép nối ta cần chứ ý tới những quy tắc an toànsau đây:
Trang 10- thiết bị chỉ được phép đấu nối với cổng song song khi máy tính ởtrạng thái ngắt điện.
- Các lối vào chỉ được phép tiếp nhận điện áp giữa 0V và 5V
- Các lối ra không được phép ngắn mạch hoặc đấu nối với các lối rakhác và các lối ra không được phép nối với các nguồn tín hiệu điện
áp không biết rõ thông số
1.6 Địa chỉ các thanh ghi.
Cổng LPT có ba thanh ghi có thể truyền dữ liệu và điều khiển máy in.Địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả cổng LPT (line printer) từ LPT1đến LPT4 được lưu trữ trong vùng dữ liệu của BIOS
- Thanh ghi dữ liệu được định vị ở offset 00h
- Thanh ghi trạng thái ở 01h
- Thanh ghi điều khiển ở 02h
Thanh ghi dữ liệu 278hThanh ghi trạng thái 279hThanh ghi điều khiển 27Ah
Với các địa chỉ LPT3, LPT4 đều tương tự Tuy nhiên trong một sốtrường hợp, địa chỉ của cổng LPT có thể khác do quá trình khởi động củaBIOS BIOS sẽ lưu trữ các địa chỉ này như sau:
Trang 11Địa chỉ Chức năng
0000h:0408h Địa chỉ cơ sở của
LPT10000h:040Ah Địa chỉ cơ sở của
LPT20000h:040Ch Địa chỉ cơ sở của
Trang 12Thứ tự bít 7 6 5 4 3 2 1 0Tín hiệu máy in X X DIR IRQ
Enable SELECTIN INIT AUTOFEED STROBE
x: không sử dụng
IRQ Enable: yêu cầu ngắt cứng; 1 = cho phép; 0 = không cho phép
Chú ý rằng chân BUSY được nối với cổng đảo trước khi đưa vào thanh ghi
trạng thái, các bit SELECTIN , AUTOFEED và STROBE được đưa qua cổng
đảo trước khi đưa ra các chân của cổng máy in
Thông thường tốc độ xử lý dữ liệu của các thiết bị ngoại vi như máy
in chậm hơn PC nhiều nên các đườngACK, BUSY và STR được sử dụng
cho kỹ thuật bắt tay Khởi đầu, PC đặt dữ liệu lên bus sau đó kích hoạt
đường STR xuống mức thấp để thông tin cho máy in biết rằng dữ liệu đã ổn
định trên bus Khi máy in xử lý xong dữ liệu, nó sẽ trả lại tín hiệu ACK
xuống mức thấp để ghi nhận PC đợi cho đến khi đường BUSY từ máy in
xuống thấp (máy in không bận) thì sẽ đưa tiếp dữ liệu lên bus
Chương 2 :Thiết kế bài toán
Trang 132.1 Giới thiệu bài toán.
Bài toán về thiết kế mạch: Thiết kế modul ghép nối PC qua giao diện
LPT để điều khiển và giám sát khởi động và đảo chiều động xoay chiều 3 pha Xây dựng 1 phần mềm giao diện đơn giản trên máy tính cho phép điều khiển và giám sát quá trình trên Nêu khả năng ứng dụng của mạch
C
Trang 142.3 Mạch lực và mạch điều khiển
Trang 15+ RT : Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải
+Th : Là các tiếp điểm của Rơ le thời gian (có thường đóng mở chậm
và thường mở đóng chậm) Chức năng tạo một khoảng trễ trong việc chuyển
từ sao – tam giác
+ D : là tiếp điểm phụ của công tắc tơ D.Chức năng như một nút ( Stop ) Công tắc tơ D sẽ được điều khiển thông qua cổng LPT và hệ thống
rơ le
+ S_T,S_N : Là các tiếp điểm phụ của công tắc tơ S_T và S_N Chứcnăng như nút ( Start_Thuận , Start _Nghịch ) Công tắc tơ S_T và S_N đượcđiều khiển thông qua cổng LPT và hệ thống rơ le
+ R1,R2,R3 : Là các tiếp điểm của role R1,R2,R3.Được ghép nối vớiđầu ra của cổng LPT.Chức năng gián tiếp điều khiển công tắc tơ D , S_T vàS_N
+ F : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch
2.4 Module ghép nối hệ thống Role với cổng LPT
