BÀI 14: MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG (CPU)
14.2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch điều khiển hệ thống (CPU)
Trên máy CD/VCD hệ thống phím điều khiển được chia làm hai dạng:
Dạng ma trận phím và dạng cầu phân áp.
a. Hệ thống phím điều khiển dạng ma trận
175
Hệ thống phím dạng ma trận được sử dụng phổ biến trong các máy CD/VCD hiện nay, được biểu diễn như hình 14.2. Đây là dạng hệ thống phím điều khiển có thiết kế đơn giản và có độ chính xác cao, các lệnh điều khiển có thể đưa trực tiếp đến vi xử lý để giải mã hoặc có thể thông qua mạch giải mã rồi đưa về vi xử lý.
địa chỉXung
Vi AD1
AD1 xử lý AD2
AD2 AD3
AD3
Data KE1
KE1 Clock
KE2 Ready KE2
KE3 KE3
IC giải mã phím IC Vi xử lý
Hình 14.2. Cấu trúc phím điều khiển dạng ma trận
- Khi bấm một phím lệnh, xung lệnh tại một ngõ "Key Out" sẽ nối với một ngõ "Key In" tương ứng.
- Bằng phương thức này, nếu thiết kế n ngõ "Key Out" và m ngõ "Key In"
thì số phím lệnh thực hiện tương ứng sẽ là (m x n).
- Như ở hình 14.2, ta thấy rằng số lệnh điều khiển ở khối vi xử lý sẽ là 3 x 3 = 9 lệnh điều khiển.
b. Hệ thống phím ấn dạng cầu phân thế
Đây là dạng phím lệnh thường được sử dụng trong các máy DVD trước đây. Thông qua các phím lệnh được tác động thì một mức điện áp dc tương ứng sẽ được tạo ra từ mạch chia điện áp. Các mức điện áp dc này được đưa về vi xử lý và mã hoá thành các mã lệnh điều khiển.
+vCC
Key in 1
+vc
Vi xử lý Key in n
Hình 14.3. Cấu trúc phím điều khiển dạng cầu phân thế
Khi vi xử lý nhận được các mã lệnh này thì sẽ xuất ra lệnh điều khiển đến các phần tử trong máy. Các lệnh điều khiển được đưa qua mạch biến đổi A/D để chuyển đổi các mức điện áp dc thành các mã nhị phân đưa về vi xử lý.
176
14.2.2. Hệ thống phím điều khiển từ xa
Đây là tín hiệu điều khiển thực hiện các lệnh như các tín hiệu từ bàn phím, nhưng có khác là các tín hiệu này được thực hiện thông qua bộ điều khiển từ xa (biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện tương ứng) cấp cho mạch CPU tại chân R/C. Đây là chuỗi dữ liệu nối tiếp. Thông thường khối giải mã hồng ngoại được bố trí ngay bên trong CPU. Để nhận tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa tới, người ta sử dụng bộ thu tín hiệu hồng ngoại (IR Receiver). Sơ đồ mạch được tóm tắt như sau:
5V
Vi xử lý R/C in Tia hồng
ngoại
Hình 14.4. Sơ đồ mạch điều khiển từ xa
14.2.3. Mạch tạo xung đồng hồ (clock)
Vì hoạt động bằng nguồn xung nên vi xử lý phải được cung cấp một nguồn xung chuẩn thật ổn định gọi là xung clock. Thông thường nguồn xung clock chuẩn này được tạo ra từ thạch anh, vì trong vi xử lý là tập hợp của các mạch điện dạng số như các bộ đếm, các thanh ghi dịch... xung clock là cơ sở để tạo ra các số nhị phân và để truy xuất các dữ liệu trong khi xử lý. Thạch anh tạo xung dao động có thể nằm trong hoặc ngoài vi xử lý.
Clock in OSC
OSC
Vi xử lý Vi xử lý
Hình 14.5. Mạch tạo xung clock ở trong và ngoài vi xử lý
- Đối với loại mạch sử dụng dao động thạch anh ngay bên trong IC vi xử lý ta có thể nhận diện được nhờ thạch anh nối bên ngoài IC.
- Đối với loại mạch sử dụng dao động từ bên ngoài, ta có thể nhận diện nhờ chân “Clock in”.
- Khối OSC có thể là transistor, các cổng logic hoặc từ IC khác đến.
14.2.4. Mạch Reset
177
Chân lệnh này nhằm trả dữ liệu của vi xử lý trở về trạng thái ban đầu khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng tiếp nhận các lệnh mới.
Ví dụ máy đang hoạt động ở chế độ Play, lúc đó dữ liệu trong vi xử lý tương ứng với trạng thái Play, bổng nhiên bị cúp điện. Khi có điện trở lại thì chân lệnh Reset sẽ đưa lệnh về vi xử lý để trả dữ liệu về trạng thái ban đầu (STOP).
5V
R1 R2 R5
R7 R4
Reset Q2 Vi xử lý
Q1
C R3
R6
Hình 14.6. Sơ đồ mạch reset
Người ta có thể tạo xung Reset bằng IC hoặc bằng Transistor rời bên ngoài.
Khi mới cấp điện, tụ C nạp, áp tại cực B/Q1 giảm Q1 ngưng, ngõ ra mức cao.
Khi tụ nạp đầy, điện áp tại cực B/Q1 tăng, Q1 dẫn, ngõ ra mức thấp về vi xử lý.
14.2.5. Lệnh điều khiển đóng mở nguồn PC
Dựa vào chức năng hoạt động của mạch nguồn trong máy VCD, khối nguồn được chia làm hai loại:
- Nguồn AT (All time) là nguồn thường xuyên, nguồn này xuất hiện ngay khi cấp điện vào không chịu sự tác động điều khiển của vi xử lý. Ví dụ nguồn 5Vdc cấp cho vi xử lý, các IC số…
- Nguồn PC (Powercontrol) là nguồn chỉ xuất hiện khi có sự tác động điều khiển của vi xử lý. Ví dụ nguồn cấp cho mạch DSP, servo…
Nguồn AT VAC
Nguồn PC
Điều khiển từ Vi xử lý
Hình 14.7. Sơ đồ khối mạch nguồn điều khiển 14.2.6. Lệnh mở nguồn cấp cho diode laser
178
Trong máy VCD lệnh điều khiển đóng mở nguồn phát tia laser trong khối đầu quang được điều khiển trực tiếp bởi vi xử lý. Để tăng tuổi thọ của diode laser cũng như bảo vệ mắt người sử dụng khi chưa có đĩa vào máy, khi khay ở vị trí bên ngoài thì vi xử lý ngắt nguồn cấp cho diode. Lệnh đóng mở nguồn cho diode laser được thiết kế như sau.
+5V Q 10Ω Mạch
APC LD on
Vi xử lý
R1 LD MD
Vi xử lý
Hình 14.8. Mạch điều khiển cấp nguồn cho diode laser
Khi chân LD on = 0V (mức L): Transistor Q dẫn, cấp nguồn cho diode laser, đây là mô hình chung nhất, thường gặp nhất trong các máy CD/VCD.
14.2.7. Các mạch cảm biến
a. Cảm biến vị trí khay đĩa (Tray Sensor)
Trong máy CD, khay đĩa dịch chuyển dọc theo trục của rãnh trượt thông qua chuyển động quay của Loading motor. Cảm biến vị trí khay đĩa còn gọi là tray sensor hay tray SW có nhiệm vụ nhận diện vị trí khay đĩa đang ở ngoài hay đã di chuyển vào vị trí trong cùng (khi thực hiện lệnh open/close), lúc này SW tác động đưa lệnh về vi xử lý để ngắt nguồn cấp Loading motror.
Vị trí của khay đĩa ở trong hay ngoài hệ cơ được nhận diện bởi tray SW.
(có khi còn được gọi là open hay close SW dựa vào các mức H/L do các khoá điện bị tác động tạo ra).
M+ M Loading
M- motor
Tray Open SW1
sensor GND
SW2
Hình 14.9. Cảm biến vị trí khay đĩa trong máy CD thực tế
Trong thực tế, Tray sensor gồm SW1 và SW2 trong máy CD được thiết chung trên một board mạch nhỏ gắn liền bên khay đĩa. Mạch điện sử dụng trong cảm biến vị trí khay đĩa có dạng đơn giản như hình 14.10. Bình thường SW hở, vi xử lý nhận mức cao (H). Khi đĩa đã vào trong máy, SW đóng, vi xử lý nhận mức thấp, ra lệnh ngắt loading motor.
179
5V
R1 Loading
R2 Open/ motor
Close
MDA M
SW
Vi xử1lý.1.1.
Hình 14.10. Cảm biến vị trí khay đĩa sử dụng switch
Ngoài ra, cảm biến vị trí khay đĩa còn sử dụng photo transistor. Người ta dựa vào khoảng che của hệ cơ để nhận biết trạng thái của khay đĩa. Chẳng hạn:
- Khi đĩa ở vị trí ngoài cùng, ánh sáng từ led không đến được photo transistor, photo transistor tắt, chân tray sensor ở mức cao.
- Khi đĩa ở vị trí trong cùng, ánh sáng đi đến photo transistor → photo transistor dẫn, vi xử lý nhận mức thấp, lệnh điều khiển MDA làm ngắt Loading motor.
5V
R2
Open/ Loading
R3 motor
R1 Close
M MDA
Vi xử lý1.1.1.
Hình 14.11. Cảm biến vị trí khay đĩa sử dụng photodiode b. Cảm biến báo thứ tự đĩa (Position Sensor)
Cảm biến này được trang bị trong các máy nhiều đĩa, có chức năng đổi đĩa.
Khi chọn đĩa cần phát lại, ta bấm lệnh “Disc change” vi xử lý ra lệnh điều khiển motor đổi đĩa quay, đến vị trí tương ứng, cụm quang học được đặt đúng vị trí đĩa cần chọn.
Lỗ xuyên báo vị trí khay đĩa
3
2 1
Hình 14.12. Cảm biến báo vị trí đĩa trên khay có 3 đĩa
180
Để báo vị trí đĩa, trên khay đĩa được đặt các rãnh hoặc lỗ để nhận biết được đĩa đang đọc là đĩa có số thứ tự là 1,2,3…Vị trí đĩa được nhận dạng dựa vào số lượng xung phát ra từ cảm biến đưa đến vi xử lý nhờ số lượng rãnh xuyên ánh sáng chế tạo sẵn trên hệ cơ, các rãnh này cho phép ánh sáng từ led đến photo transistor.
Khi ở vị trí đĩa 1, người ta thiết kế một lỗ xuyên sáng, đĩa 2 là hai lỗ, đĩa 3 là ba lỗ…bằng cách đếm số lượng xung trong một khoảng thời gian nào đó, vi xử lý sẽ nhận biết được vị trí đĩa cần đọc. Mạch điện sử dụng trong cảm biến vị trí đĩa có dạng đơn giản như hình 14.13.
5V
R2
Open/
Loading
R3 motor
R1 Close
MDA M
Vi xử lý1.1.1.
Hình 14.13. Cảm biến báo vị trí đĩa trên khay có 3 đĩa
14.2.8. Các lệnh điều khiển các motor
Trong máy CD/VCD, lệnh điều khiển loading motor xuất phát từ vi xử lý, thông qua mạch MDA để khuếch đại thúc cho motor. Các lệnh điều khiển motor thường tồn tại dưới dạng một đường lệnh hay tổ hợp nhiều đường lệnh điều khiển thể hiện dưới dạng mức logic (L/H).
Lệnh điều khiển motor dạng một đường
Lệnh điều khiển motor dạng một đường được thiết kế dưới dạng lệnh điều khiển mức H và L. Ví dụ: Khi đường lệnh này ở mức cao → motor quay, khi đường lệnh này ở mức thấp → motor không quay.
Open/close
SW TT on Loading
Vi xử lý
MDA M
Hình 14.14. Sơ đồ khối mạch điều khiển loading motor dạng một đường
181
Lệnh điều khiển motor dạng nhiều đường được thiết kế dưới dạng lệnh điều khiển song song. Số đường lệnh từ vi xử lý là n thì sẽ tạo ra tổ hợp 2n mode điều khiển. Ví dụ số đường lệnh từ vi xử lý qua mạch MDA là 2 đường thì có 22
= 4 mode điều khiển.
Open/close Open
Loading
SW Close MDA M
Vi xử lý
Hình 14.15. Sơ đồ khối mạch điều khiển loading motor dạng hai đường Lệnh điều khiển motor có thể tóm tắt như sau:
Chân Open Chân Close Trạng thái motor
L H Quay ngược
L L Không quay
H H Không quay
H L Quay thuận
14.2.9. Lệnh điều khiển câm âm thanh (audio mute)
Lệnh audio mute thường được dùng để làm câm tín hiệu âm thanh ngõ ra trong các chế độ đặc biệt của máy như: Search, FF, FWR… trong các chế độ này tín hiệu âm thanh phát ra ta không thể nghe được. Vì vậy, trong các chế độ này vi xử lý sẽ ra lệnh làm câm âm thanh bằng cách ngắt âm thanh ở ngõ ra, nối mass âm thanh hoặc khống chế khối DSP. Dưới đây là các dạng làm câm âm thanh ở ngõ ra thường được sử dụng như:
a. Làm câm bằng mã lệnh hệ thống
Phương pháp này được thực hiện trên các máy hiện đại. Khi sản xuất, chương trình ngắt audio được nạp vào ROM. Khi có lệnh ngắt, một chuỗi xung nối tiếp được cấp vào mạch DSP làm mạch này sẽ bị khoá hay ngưng hoạt động.
Phương thức này được minh hoạ như hình 14.16.
Mute Vi xử lý
DSP
Hình 14.16. Sơ đồ mạch làm câm tín hiệu audio tại DSP
182
b. Lệnh câm bằng mức điện áp điều khiển
Trong dạng này, lệnh làm câm âm thanh được sử dụng mức logic H hoặc L điều khiển từ vi xử lý. Khi chân audio mute = H, Q1 ngưng, Q2 và Q3 dẫn, làm cho âm thanh ở ngõ ra bị nối mass.
Audio R1 + R2
kênh L _ R.out
R8
+5V Q1 R3
Q2
Điều khiển R4 từ Vi xử lý
Audio R5 + R6
kênh R _ R.out
R9
R7
Q3
Hình 14.17. Sơ đồ mạch làm câm tín hiệu audio
14.2.10. Các tín hiệu giao tiếp với khối DSP
Trên máy CD/VCD, vi xử lý giao tiếp với khối DSP nhằm thực hiện lệnh điều khiển xử lý tín hiệu số. Các đường giao tiếp này gồm có một số đường liên lạc như sau:
MUTE DATA
Vi xử lý XLT DSP
SQ DATA SQCK
Hình 14.18. Sơ đồ giao tiếp vi xử lý và DSP - MUTE: Lệnh câm âm thanh.
- DATA: Đường dữ liệu từ CPU gửi đến điều khiển khối DSP.
- XLT (Latch): Lệnh cho phép chốt dữ liệu.
- SQ DATA: Mã phụ dưới dạng dữ liệu từ DSP đến vi xử lý.
- SQCK: Mã phụ dưới dạng Clock từ DSP đến vi xử lý.
14.2.11. Các tín hiệu giao tiếp với khối Servo
183
Giữa khối vi xử lý và khối Servo có các đường liên lạc như sau:
FOK DATA
Vi xử lý CLOCK SERVO
C.IN SENSE
Hình 14.19. Sơ đồ giao tiếp Vi xử lý và khối servo
- FOK: Tín hiệu “Focus OK” báo từ khối Servo đến khối vi xử lý.
- CLOCK (CLK): Xung clock liên lạc giữa khối vi xử lý và servo.
- DATA: Đường dữ liệu.
- C.IN (Track Count): Tín hiệu đếm track.