6.2 Keyboard – PC Keyboard
AT keyboard goàm moät ma traän lôùn caùc phím, taát caû
ñöôïc giaùm saùt bôûi moät boä xöû lyù on-board. Boä xöû lyù
khaùc bieät nhau töø baøn phím naøy ñeán baøn phím
khaùc( chip thoâng duïng goàm 8048, 8049, 6868 vaø
6805) nhöng taát chuùng cô baûn laøm gioáng moät vieäc :
Giaùm saùt nhöõng phím ñöôïc nhaán / thaû vaø gôûi döõ
lieäu töông xöùng tôùi maùy chuû. Boä xöû lyù naøy chaêm
soùc taát caû döõ lieäu ra vaø ñeäm baát cöù döõ lieäu naøo vaøo
boä ñeäm 16-byte cuûa noù neáu caàn. Taát caû vieäc giao
tieáp giöõa maùy chuû vaø baøn phím duøng PS/2 protocol.
75 trang |
Chia sẻ: nguyenlam99 | Lượt xem: 937 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng môn Thiết kế board giao tiếp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1MÔN HỌC
Thiết kế board giao tiếp
(Interface Board Design)
By Trần Văn Hùng
Mechatronics Dept
Email: tvh42th@gmail.com
Tài liệu tham khảo
1. Microprofessors and microcpmputers hardware and softwware, Ronaid
J.Tocci, Frank J.Ambrosio, Prentice Hall, 2003
2. Interfacing Sensors To The Pc, Willis J.Tompkin, Jonh G.webster, Prentice
Hall, 1998
3. Microprocessor Interfacing techniques, R. Zaks & A. Lease, Sybex
4. Micro Processor and Interfacing, D. Hall, McGraw Hill;
5. Parallel port complete, J.Axelson, LakeViewReseach
6. Mastering Serial Communication, P.W.Gofton, Sybex
2Nội dung chương trình
n Ch01: Giao thức ghép nối
n Ch02: Giao diện bus
n Ch03: Giao diện số
n Ch04: Giao diện tương tự
n Ch05: Vi điều khiển
n Ch06: Bàn phím
Các bài toán
1. Thiết kế mạch điều khiển ánh sáng theo chương trình định trước
2. Thiết kế mạch trang trí bằng đèn LED
3. Thiết kế mạch nhận dạng điểm phục vụ (thêm ít nhất 2IC)
4. Thiết kế mạch đo lượng mưa
5. Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ không khí
6. Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ dung dịch
7. Thiết kế mạch đồng hồ điện tử
8. Thiết kế mạch tính thời gian cho các môn điền kinh
9. Thiết kế bảng quang báo
10. Thiết kế mạch khoá điện tử
11. Thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng remote
12. Kết nối bàn phím máy tính với VXL, hiển thị ký tự lên LCD
13. Thiết kế mạch điều khiển Robot chạy theo qũy đạo (sd motor bước)
14. Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ DC
15. Thiết kế mạch điều khiển góc quay của môtơ, ổn tốc cho motor.
1Chương 1: Giao thức ghép nối
n Tín hiệu
n Format
n Tốc độ In/Out
n Lỗi và kiểm soát lỗi
n Bộ lệnh và trả lời
n Kịch bản
1.1 Tín hiệu
Khi thiết kế, xây dựng ghép nối máy tính, cần
chú ý đặc biệt tới các tín hiệu theo yêu cầu:
nAnalog/Digital
nDigital: Trạng thái của sự vật, hiện tượng,
format, mức logic,
nAnalog: Áp/dòng, dải đo, độ phân ly, thời gian
tác động, độ chính xác, độ lặp lại, giá trị đo
nHơn một thiết bị? => bus/mạng hay không?
=> dùng bit (trường) địa chỉ - tùy từng người
21.1 Tín hiệu (tiếp)
n Nếu dùng bus => Standard bus hay không (ISA, I2C,
USB, hay các bus trên chuẩn RS485)?
n IDE và LPT – Mode 0 cables là bus? Tại sao?
n Khoảng cách: Xa/gần => Serial, Parallel, có liên
quan đến tốc độ
n Xa: Daisy chain cho tín hiệu hoặc nguồn cấp
n Các tín hiệu điều khiển trạng thái
n Control signals
n Status signals
n Handshaking sighals
1.1 Tín hiệu (tiếp)
n Daisy chain
n Nối các thiết bị có khoảng cách từ vài đến vài chục m,
output của port (modul) thứ i nối với input của i+1. Đặc
biệt ở các Field Buses, có thể lên tới km
n Dùng cho cả tín hiệu \\ và nối tiếp, nguồn cấp,
handshaking,
CPU
IO_0 IO_1 IO_n
31.1 Tín hiệu (tiếp)
n Tính chất vật lý của tín hiệu: là hàm của thời gian,
mức U/I
n Direction: In/Out, chú ý về chiều của dòng điện
n Voltage/Current/Optical/Wave
n Chú ý Input Voltage
nMức điện áp: Mức áp? (TTL, CMOS, )
n Single End (đơn cực) Differrential signal:
n Single End signed:
n Tín hiệu so với một điện thế chuẩn, thường là GND (0 Volt)
n Ví dụ: Các tín hiệu trên bus (data, add, control)
n Có n tín hiệu => có ít nhất n+1 dây dẫn
n Nhạy cảm với nhiễu, tốc độ thấp hơn so với cùng chuẩn
1.1 Tín hiệu (tiếp)
n Differential Signal: Tín hiệu vi sai
n n tín hiệu => 2*n dây dẫn ở phía thu
n (Va – Vb)>100mV=> logic 1, tùy thuộc vào chuẩn được áp dụng
n (Va – Vb) logic 0
n Thu: Nếu có hai dây có cùng kích thước, độ dài, trở kháng, và gần
nhau, thì mọi trên h được loại trừ => chịu được nhiễu rất tốt vì phía
thu
n Uin = k(Va – Vb) => những thành phần giống nhau được loại bỏ
n Khoảng cách lớn, tốc độ cao.
n IC: SN75176 của TI là ví dụ
n Địa chỉ ứng dụng: USB cable, Profibus,
+
-
A
C
B
Đơn cực
Đơn cực
Vc = k(Va – Vb)
41.1 Tín hiệu (tiếp)
n Khả năng phối hợp tải – dòng điện ra:
n Số tải
n Chiều dòng điện Sink hay Source
n Nối chung/ghép nối bus đơn giản: 3 state, Mux, Switch.
n Hot swap – hot plugible: yêu cầu Vcc và tín hiệu
n Cách ly (isolation): Relay, Opto coupler, IrLED
n Bus slot, Connecter, chuẩn, số chân (pin)
1.1 Tín hiệu (tiếp)
MCU OutportBuffer
LEDR
5V
5V
Sourse
LEDR
Sink
Hình: Sink Sourse connection
51.1 Tín hiệu (tiếp)
Hình: Open collecter
5V
1.1 Tín hiệu (tiếp)
n Connecter
n D shell: DB9, DB25,
n DIN
n Cable
n Flat
n Coaxial,
n Shield: Cho tín hiệu hoặc
nguồn cấp
n Twisted Pair: 5, 6
n Vi sai
n Optical Fiber Hình: Connecter
61.2 Format
n Thông tin được định dạng theo: binary/hex (ASCII)
VD: 1 số đo nhiệt độ 12 bits, dải giá trị 0 đến 9990C. Khi lưu
trong CSDL, truyền tin:
n 12 bits (1,5 byte) tiết kiệm bộ nhớ, thời gian truyền
n ASCII: 3 characters: Dễ quản lý, kiểm soát sai, hiển thị
n Lượng tin lớn => khi trao đổi (với DAS, PLC, GPS,
Digi-Oscillocope,)
n Header: [tên (bản tin, gói), số thứ tự, ktự bắt tay, ktự đồng
bộ, số ktự/byte trong gói,] – không mang tin.
n Content: nội dung tin – mang thông tin
n Tailer: Mã bắt tay kết thúc, [mã kiểm lỗi] – không mang tin
1.2 Format (tiếp)
n Byte số liệu/character/frame: (truyền không đồng bộ,
RS-232, RS-485, RS-422): được định dạng thành 1
frame:
n 1 start bit = 0
n 5/6/7/8 data bit, D0 first
n [parity: Even/odd]
n 1/1.5/2 stop bit = 1
CRC16DataPID
8 bits 0 – 1023 bytes 16bits
Hình: USB data packet format
71.3 Tốc độ In/Out
n Xuất phát từ: Nhu cầu trao đổi thông tin của hệ (tốc độ và
khoảng cách) => chọn kiểu truyền thích hợp, có liên quan đến
tín hiệu:
n Chỉ ra các “bottle_neck”, khắc phục được => xuất hiện các “bottle
neck” ở mức độ thấp hơn
n Phụ thuộc vào khoảng cách – tích số (k/c và tốc độ)
n Nhiễu: theo công thức của Shannon bps = BW log2(1+P/N). Với BW:
bandwidth, P/N: tỷ số công suất tín hiệu/nhiễu
n Đường truyền: (công nghiệp) cáp đồng trục, cáp quang, wireless,)
n Synchronous/Asynchronous
n Modulation/Demodulation=>Tốc độ bao nhiêu kbps/kBps?
VD: LPT: SPP mode: 50100kBps;
RS-232: 2400/4800/9600/19200/bps
1.4 Lỗi và kiểm soát lỗi
n Khi trao đổi thông tin thường gây ra lỗi, đặc biệt
truyền xa/chuyển đổi tín hiệu. Nhiều phương pháp
(hardware, Software) hỗ trợ để kiểm tra:
n [Block] check sum – BCC, phần mềm: tính tổng của
tất cả các ký tự, các byte. Kết quả có thể lấy 1 byte
n VD: ROM BIOS, Ext BIOS started @ chẵn 2K, 2 ô đầu là
mã 0x55 và 0xAA, độ dài của mảng ROM là 512 byte;
checksum bù 2 sao cho tổng của tất cả các byte và mã
checksum luôn bằng zero
n CRC, ECC, vi mạch/software – subroutine
n Parity, 1 hoặc 2 chiều
n Redundancy (RAID), thừa dư
81.5 Bộ lệnh và trả lời
n Khi ghép Intelligent Devices (Computerized devices –
mouse, KB, Printer, modem, FDC, HDC, RTU) có
nhiều tham số, chế độ hoạt động => xây dựng bộ lệnh
(command set) và thông tin trả về (response set)
n Các câu lệnh phần mềm => bớt tín hiệu và cổng phần
cứng
n Tập hợp các yêu cầu từ CS – command set
n Tập hợp các trả lời, trạng thái –
result/response/reaction set
n Data down/up
n Symtax of command and response (structure and
grammar)
1.6 Kịch bản
n Liệt kê các trường
hợp rồi có thể áp các
phép toán xử lý tương
ứng để đảm bảo việc
ghép nối: không mất
tin, thừa tin, quẩn,
treo,
n Thường xây dựng
theo liểu Step List
hoặc chart
n Timeout
n
t
Hình: Scenario Chart
Master Slave
ACK
ACK
NACK
9Ví dụ: giao thức giữa PC và VĐK trong việc trao
đổi dữ liệu (U, I, t0,)
n Tín hiệu?
n Format?
n Tốc độ?
n Lỗi?
n Lệnh và trả lời?
n Kịch bản?
n .
1.7 Bài tập
1. Viết chương trình giả lập RS-232
2. Viết chương trình để nhập ký tự trên máy tính rồi
hiển thị ký tự lên LCD
3. Đo giá trị nhiệt độ (độ ẩm, U, I,) rồi hiển thị lên
máy tính (gtrị và dạng biểu đồ).
1Chương 2: Giao diện Bus
n Khái niệm về Bus ghép nối - In/Out Buses
n ISA Bus
n USB
n Philips I2C
2.1 Khái niệm về Bus ghép nối
n Là PCB (Printed Circuit Board), Cable
(Copper/Optic), Slot, Connector
n Nối nhiều thiết bị slave [master], dùng chung: trong
một thời điểm chỉ có một talker – 1 hoặc nhiều
listener
n Bus song song (n bit) hoặc nối tiếp (I2C, USB,
Profi,)
n IO Buses, Mem, CPU, Local Buses
n Thành phần (physical lines/time sharing:
n Address
n Data
n Control/Status/Handshake/datacheck
n Power susply
22.2 Industry Small Architecture Bus
n ISA, 1984, IBM, PC-104 bus
n Để ghép thêm các card/ thiết bị I/O chuẩn với
Mother Board, 112Slots, hiện tại các máy thông
thường không dùng.
n 8/16 bits for data transfers
n 4,77=>8,33 MHz/11.1MHz =>
2.75MWps/5.5MWps max, DMA 16
n Only 1 BusMaster, CPU hoặc DMAC, w AEN
n No data integrity, không kiểm tra parity
n Dùng để ghép nối với các thiết bị chậm, kiểu ký tự:
keyboard, mouse,
2.2 Industry Small Architecture Bus (tiếp)
(
Hình: ISA Bus
32.2 USB
Hình: USB logo
2.2 USB (tiếp)
n Chia thành nhiều
Tiers
n Các Tiers nối với
các thiết bị: Hub
hoặc chức năng
n Mỗi Tier có
Hub(s)
Hình: USB topology
42.2 USB (tiếp)
n Chỉ có một USB host (USB controller trong hệ
n Devices, có 2 loại
n Hub, mở rộng thêm thiết bị nối vào USB
n Các thiết bị chức năng JoyStick, KeyBoard, Printer,
Digital Camera,
n Các thiết bị chuẩn interface USB theo:
n USB Protocol
n Chuẩn Hđ của USB: config và reset
n Communication Standard
2.2 USB (tiếp)
n Thông số kỹ thuật:
n 1.5Mbps – Low speed moade và 12 Mbps (Revision 1.1)
n Nguồn cấp +5V, vài metre
n Power management
n Revision 2.0: 480Mbps
n Ưu điểm:
n Tín hiệu vi sai phát/thu, bọc kim, chống nhiễu
n CRC Protection đối với data & control fields
n Tự phát hiện attach/detach, xác định cấu hình các thiết bị
tự động ở mức hệ thống
n TimeOut đối với trường hợp mất tin/gói tin lỗi
52.2 USB – connecter (tiếp)
2.2 USB – signal (tiếp)
Hình: Signal
62.2 USB – signal (tiếp)
Token Packet Format
Start-Of-Frame (SOF) Packet Format
Data Packet Format
Handshake Packet Format
2.3 Philips I2C Bus
n Dùng nhiều trong các hệ thống
nhúng (embeded system) như:
mobil phone, TV, ATM,
n Không cần dùng bus interface chip(s), built-in
n Intergrated addressing & data transfer, cho phép
dùng phần mềm để định cấu hình
n Đơn giản để ghép nối, nhiều µC hỗ trợ I2C
n Đơn giản tìm lỗi, khoanh cùng lỗi nhanh
n Giảm thiểu kích thước: 2 wire serial, không cần
dùng các mạch addr decoder và “glue logic”, dùng
phần mềm
n Truyền đồng bộ, 100Kbps standard mode, 400Kps
Fast mode, 3,4Mbps HiSpeed mode
72.3 Philips I2C Bus (tiếp)
SCL SDA
Device_0
Device_2
Device_4
Device_6
Device_1
Device_3
Device_5
Hình: I2C Topology
2.3 Philips I2C Bus (tiếp)
Có thể có nhiều
Masters, trong một
thời điểm chỉ có
1 Master hoạt động
SCL SDA
Slave_0
Master_0
Slave_1
Master_1
Slave4
Slave_2
Slave_3
Hình: Configuration with 2 masters
82.3 Philips I2C Bus (tiếp)
Hình: Start and stop
2.3 Philips I2C Bus (tiếp)
Hình: Data transfer
92.3 Philips I2C Bus (tiếp)
Hình: Open collecter
5V
2.3 Philips I2C Bus – một số chip(tiếp)
n Atmega, PIC,
n EEPROM, RAM,
n RTC,
10
Bài tập chương 2
1. Viết chương trình giả lập I2C
1Chương 3: Digital Interface
n Parallel Interface
n Serial Interface
3.1 Parallel - principle
n In/Out nhiều bit đồng thời, tốc độ nhanh nhưng
khoảng cách gần
n Một đầu IO
n Output Port: latched Output (chốt ra), D-Flip-Flops
n Unlatched In Input
23.1 Parallel - principle
n D Flip – Flop (HC373, 374)
n Là một dãy những phần tử cơ bản của dãy
n D – data, lưu trữ một bit số liệu
n 4/6/8 D flip-flop => tạo ra 4/6/8 bits register, nhiều
register đóng trong một chip là SRAM
3.1 Parallel – principle
D Flip – Flop
n Output:
n Q - ứng với giá trị data input vào thời điểm có clock
n /Q – đảo của Q.
n Input
n Data bit: 1 hoặc 0
n Clock, thường là sườn lên, ghi nhận giá trị của data và lưu
lại cho tới khi có bít số liệu khác ghi đè lên
n [Có th. có] clear – xóa; Preset – đặt trước
n Có 2 lo.i: Transparent (HC373) và Master-
n Slave (HC374)
33.1 Parallel – principle
D Flip – Flop
n Write pin: bit 0 or 1, clock = ↑
n Write bit 0: D flip-flop => Q = 0; /Q = 1 => gate = 1 =>
R(ds) MOSFET = ON => pin = 0
n Write bit 1 D flip-flop => Q = 1; /Q = 0 => gate = 0 =>
R(ds) MOSFET = OFF => pin = 1
n Read pin: (Input line– out “1” firstly)
ReadPin = 0 (!) => open 3 state lower buffer => 1/0 from pin
=> data bus (i)
n ReadLatch (Reading bit out previously):
ReadLatch = 0 (!) => open 3 state higher buffer => 1/0 from
pin => data bus (i)
3.1 Parallel - principle
n Ứng dụng ghép nối LED, DAC,
Data U38
74LS374
D03
D14
D27
D38
D413
D514
D6
17
D718
OE
1
CLK11
Q0 2
Q1 5
Q2 6
Q3 9
Q4 12
Q5 15
Q6
16
Q7 19
74LS02
2
3
1
+5V
IOW
CS
Strobe
43.1 Parallel - principle
n Ứng dụng ghép nối LED, DAC, ADC,
3.1 Parallel - principle
n Latched Input Port
n Unlatched Inport
n Latched Inport
53.1 Parallel - principle
n Output Port
3.1 Parallel - principle
n Ghép nối PPI 8255 với PC qua ISA bus
n Addr: 300h-303h, Mode 0 all, PA & PC In, PB Out
63.1 Parallel - principle
n Một cổng IO
n Cổng có tín hiệu bắt tay/trạng thái
n Cổng ra đơn giản có chốt (74HC 374/373/273,)
n Cổng vào đơn giản ko chốt (74244, 74245,)
n Cổng vào có chốt
n Cổng có tín hiệu bắt tay/trạng thái
n Gủi một packet ra ngoại vi, cần đồng bộ giữa hai phía
n Peripheral chỉ đọc bộ đệm cổng khi có số liệu.
3.1 Parallel - LPT
n Data port
n Out port: Gửi một byte ra cổng
n Mov dx, 378h
n Mov al, solieu
n Out dx, al
n In port: Đọc giá trị ở cổng
n Mov dx, 378h
n In al, dx
n Control Outport, chỉ dùng 4 bit: b0b3
n Gủi 4 bit
n Mov, dx, 37Ah
n Mov al, control
n Out dx, al
73.1 Parallel - LPT
n Control Outport, chỉ dùng 4 bit: b0b3
n Đọc 4 bit
n Out dx, al
n Mov, dx, 37Ah
n Out al, dx
n Status Port: chỉ đọc trạng thái, unlatched
n Mov dx, 378h
n In al, dx
3.1 Parallel - LED
n LED: Light Emitting
Diode
n Color:
n Red, Green, Yellow,
n Amber, R+G
n Infra Red, UV
n LASER: Light
Amplification by
Stimulated Emission of
Radiation
n Blue, Cyan ...
n Symbol &
characteristics
83.1 Parallel - LED
n Package and Applications:
n Single point, status of devices
n 7 segment/ 16 segment, Arabian digit, char
n Matrix 8x8 / 16 x 16, character box, graphics modules
n Ðộ sáng: Indoor, Outdoor (super light) and
semioutdoor. Độ sáng phụ thuộc vào từng loại pha
tạp, từ150mcd (normal) đến 7000mcd (super light)
n Đặc tính LED: là diode phân cực thuận, tùy pha
tạp =>cho nhiều màu khác nhau và điện áp thuận
tư: 1.5V..2.1V và 3.2.. 3.5V.
n TriColor: Red – Green – Blue => PWM driving
=> Fullcolor 16,7M colors (3 byte)
3.1 Parallel - LED
93.1 Parallel - LED
n Tính toán mạch điều khiển LEDs:
n LED sáng tĩnh – sáng liên tục – Static Mode:
n Chọn độ sáng tương đối
n Dòng thuận I, tư 10 đến 20mA
n Điện áp thuận U, từ 1.6 đến 3.4V
n Tính R1 = (Vcc – U)/I.
Ví dụ: Vcc=5V, Chọn RLI = 2 => IF=20mA =>
UF= 2V
=> R = (Vcc – UF)/20mA = 150 Ohm
3.1 Parallel - LED
LED chế độ quét, Scan Mode:
n Mạch điện tử sẽ điều khiển sáng 1 nhóm phần tử
trong toàn bộ bảng ở một khoảng thời gian (ms),
rồi điều khiển nhóm phần tử tiếp theo cho đến
hết vòng. Với điều kiện phải thực hiện 50=>120
frames/second
n Tùy thuộc độ sáng và môi trường (in/outdoor) =>
thiết kế độ rỗng (duty cycle) của từng phần tử.
Thường được chon là 1, ½, ¼, 1/8 và 1/16
10
3.1 Parallel - LED
n Tính toán mạch: cũng giống như cách tính mạch
sáng tĩnh, thường chọn độ sáng từ 2cd=>5cd.
n Chú ý:
n Hệ số sáng có thể chọn là: 1, ½, ¼, 1/8 và 1/16 độ sáng
yêu cầu và dùng LED outdoor
n Độ an toàn, tuổi thọ LED, giá trị giới hạn của IF , đến
mức nào đó – nói chung LED sẽ không sáng thêm khi
IF>50mA
n Góc bố trí ngược sáng/thuận sáng
n View angle
3.1 Parallel - LED
Kết nối LED
n 7406, ULN 2003... Open
Collector
n Inverter Buffer: upto
30V, 50-500mA;
n Transistor npn: C945 –
khi outport = 1 => LED
sáng
n Transistor pnp: A564,
n khi outport=0 => LED
n Môtl số outport cho phép
drive trực tiếp,
sink/sourse upto 40mA
R
11
3.1 Parallel - LED
Kết nối LED
3.1 Parallel – LED (7 seg)
LED 7 đoạn, màu, kích thước, CA/CC?
12
3.1 Parallel - LED (7 seg)
n Kết nối
3.1 Parallel - LED (7 seg)
n Điều khiển LED
13
3.1 Parallel - LED (7 seg)
n Có 4 LED (32 pins)
n Điều khiển chế độ quét – chỉ 01 LED sáng trong
một thời điểm => giảm thiểu phần cứng, tăng tính
mềm dẻo của hiển thị - dùng phần mềm điều
khiển, không dùng Ics BCD/7 seg
n Muốn sáng (0, 1, 9) => gửi mã 7 thanh qua các
anodes
n Muốn sáng LED nào, điều khiển ON Anode LED đó
trong một thời gian t và là duy nhất
n Tính t: theo số LED và 50÷100 fps
3.1 Parallel – LED (Matrix)
Màu, số màu, kích thước? 0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0
0 1 1 1 1 1 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0
14
3.1 Parallel – LED (Matrix)
n Có 8 hàng, 8 cột
n Điều khiển chế độ quét – chỉ 01 LED sáng trong một thời
điểm, dùng 74138 để chọn hàng
3.1 Parallel – LED (Matrix)
n Kết nối LED
15
3.1 Parallel – LED (Matrix)
void Shift_Right(void)
{
char tmp;
tmp = Row_00[numLED-1] & 0x01;
for(i=(numLED-1); i>0; i--)
{
if(Row_00[i-1] & 0x01)
Row_00[i] = (Row_00[i]>>1) | 0x80;
else
Row_00[i] = (Row_00[i]>>1) & 0x7F;
}
if(tmp)
Row_00[0] = (Row_00[0]>>1) | 0x80;
else
Row_00[0] = (Row_00[0]>>1) & 0x7F;
}
3.1 Parallel – LED (Matrix)
void Shift_Right(void)
{
char tmp;
tmp = Row_00[row][numLED-1] & 0x01;
for(i=(numLED-1); i>0; i--)
{
if(Row_00[row][i-1] & 0x01)
Row_00[row][i] = (Row_00[row][i]>>1) | 0x80;
else
Row_00[row][i] = (Row_00[row][i]>>1);
}
if(tmp)
Row_00[row][0] = (Row_00[row][0]>>1) | 0x80;
else
Row_00[row][0] = Row_00[row][0]>>1;
}
16
3.1 Parallel – LED (Matrix)
#define LED_SCK PORTD.5
#define LED_RCK PORTD.6
#define LED_data PORTD.7
#define TIME_595 20
void Out_74595(char data)
{
char i;
LED_RCK = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
LED_SCK = 0;
LED_data = (data & 0x01);
data = data>>1;
delay_us(TIME_595);
LED_SCK = 1;
delay_us(TIME_595);
}
LED_RCK = 1;
}
3.1 Parallel – LED (LCD)
17
3.1 Parallel – LED (LCD)
n Công nghệ LCD Liquid Crystal Display, hiện
text/graphics
n Độ phân giải
n 1 line x 16 character box, 5x7 (7x9) dot matrix/character
box
n 2 line x 16 character box
n 4 line x 20 character box
n Graphics (64 x 128) hoÆc (128 x 256) dot graphics –
font down loadable, color (16/4096/64K/16,7M).
n ASCII, 128 characters/ set, 8 user fonts or APA:
All Points Addressable - graphics
n Back light: Công suất tiêu thụ nhỏ
n Dùng cho các hệ nhỏ, mang xách, máy đo,
(Embedded Systems)
3.1 Parallel – LED (LCD)
18
3.1 Parallel – LED (LCD)
3.1 Parallel – LED (LCD)
Read/Write LCD information
n 4 line x 20 column LCD => 80 char boxes
n Write Addr Reg first (RS=0)
n Write Data Reg after (RS=1)
n MSB = 1 Address > 7Fh => control registers
n Ví dụ một chu kỳ đọc/ghi LCD panel – 8 bit bus:
n E = 0
n Phát địa chỉ tạo Chip Select và chọn Reg
n Tạo tín hiệu R/W
n E = 1, delay for 1 µs or more
n E = 0
n Data out
n Disabling Addr, data, R/W
n E = 1.
19
3.1 Parallel – Encoder
3.1 Parallel – Encoder
n Dùng để ghép nối, đo lường dịch chuyển cơ học: chiều
dài, vận tốc, (cđ thẳng và quay), gia tốc, định vị, robot
n Công nghệ vật liệu từ - nam châm vĩnh cửu hoặc quang –
hồng ngoại/laser
n Độ phân ly cao: upto 224 , chịu shock,..
n Tốc độ upto 10k rpm, mômen cảm downto 10-3Nm
n Output: các xung lệch nhau 900 (incremental), n bits
(absolute)
n Tín hiệu ra TTL hoặc vi sai (truyền đi xa)
n Manufacturers: Tamagawa Seiki, Hewlett-Packard,
Epson...
20
3.1 Parallel – Encoder
3.2 Serial in/out - Principle
n Thông tin trong Hệ VXL/Máy tính: byte, word (//)
n Khi truyền đi “xa” : serialize - byte => bit stream => lên
đường truyền=> bit stream => byte (deserialize): giảm
thiết bị thu phát và đường truyền
n => Giảm chi chi phí, kích thước vs tốc độ chậm
n Mô hình dưới:
Central
System
UART/
SIO Modem
Coupler/
Trans-
Receive
Trans Line
21
3.2 Serial in/out - Principle
Serial ports:
n Nhiệm vụ/ chức năng
n Vào ra nối tiếp: biến đổi byte => dòng bit [thêm start/
stop/ parity] gửi lên đường truyền; dòng bit => byte, loại
các bit không mang tin, kiểm tra lỗi thu.
n Ghép nối với hệ trung tâm: các bus/tín hiệu addr, data,
control bằng các phương pháp polling, Interrupt hoặc
DMA (ít)
n Ghép nối với đường truyền [via modem]: TxD, RxD
n Ghép nối modem: qua các tín hiệu bắt tay /RTS, /CTS,
/DSR, /DTR, /CD, /RI (low active signals)
n Ví dụ: UART 8250, 16450, 16550A (Intel, NS...), ACIA
6850 Motorola, USART 8251 - Intel
3.2 Serial in/out - Principle
Modem:
n Là thiết bị biến đổi bit (0/1) thành tín hiệu vật
lý,phù hợp với môi trường truyền xa (Điều chế -
Modulation) và ngược lại (giải điều chế-
Demoulation)
n Ví dụ: Converter/ driver:
n Maxim 232/ ICL 232 (232 modem): TTL EIA
232, Single end, so với Gnd:
n -3V .. -15 V '1'
n +3V .. +15 V '0‘
n Đơn giản, 100feet @ 9600 bps, dễ bị nhiễu
n Thường dùng để ghép nối các thiết bị thông minh, gần:
máy thí nghiệm, máy đo lường, Switching system,
PLC,
22
3.2 Serial in/out - Principle
n Max 485/ SN 75 116 TI ... (485/422 modem): Vi
sai - Differential, so điện áp giữa 2 dây tín hiệu
với nhau. Mỗi tín hiệu gồm 2 dây a và b –
7576/75176/75116
n [V(a) - V(b)] > 100 mV..5V => '1'
n [V(a) - V(b)] '0'
n 5000feet @ 1Mbps, thực tế có thể lên tới vài km, giảm
tốc độ
n Thường dùng trong công nghiệp
n Current Sourcer – Nguồn dòng điện: 0 và 20 mA
[hoặc 20 và 60 mA]
n Chịu nhiễu tốt
n Truyền đi xa, tùy thuộc vào R của dây dẫn
n Thường có cách ly quang học
3.2 Serial in/out - Principle
n RS 485 Bus
23
3.2 Serial in/out - Principle
n ASK: Amplitude Shift Keying
n FSK: Frequency Shift Keying
n PSK: Phase Shift Keying
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin đồng bộ và không đồng bộ
n Thông tin thường được đóng gói thành các gói tin
- package. => packets
n Đồng bộ:
n Trong 1 packet: byte - byte, bit - bit, không có dấu hiệu
phân cách.
n Tốc độ truyền do sender: clock (cùng với data) hoặc
xuất hiện lần đầu tại đầu gói tin (sync. character).
n Tốc độ cao, khó, tỉ lệ bit không mang tin nhỏ, truyền
gần LAN
24
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin không đồng bộ: Asynchronous Comm.
n Mỗi ký tự/byte đều có 1 sườn/xung đồng bộ (start).
n Clock của phía thu và phát có thể lệch nhau khoảng:
3-6%
n Ví dụ: 10 bit format 8, n, 1; T: time of frame; t: time of
bit, ΔT: thời gian lệch giữa Tphát và Tthu.
n Δ T < 1/2 t (5%).
n Có khoảng trống gữa 2 byte/ký tự
n data, 1 PE, 2 stop
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin không đồng bộ: Asynchronous Comm.
n Tỷ lệ các bit không mang tin lớn (start, stop,
parity,), lên đến 33% (ví dụ: : format 1 start, 8 data,
1PE, 2 stop)
n Đơn giản, dễ lập trinh, dễ ghép nối
n Đặc biệt được chấp nhận rộng rãi: Thiết bị ngoại vi
thông minh, đo lường điều khiển, modem,
25
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin không đồng bộ: Asynchronous Comm.
Talker Litsener
S1 S2
S1 S2
Simplex
Half duplex
[Full] duplex
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin không đồng bộ: Asynchronous Comm.
26
3.2 Serial in/out - Principle
n Truyền tin không đồng bộ: Asynchronous Comm.
Bài tập
1. Thiết kế mạch điều khiển 6 x LED 7 đoạn
2. Thiết kế mạch điều khiển 4 LED ma trận 8x8
3. Đo khoảng dịch chuyển, vận tốc (encoder)
1Chương 4: Analog Interface
n Analog Signal Interface Overview
n Analog Electronics - Conditioner
n Digital to Analog Converters
n Analog to Digital Converters
4.1 Analog Signal Interface Overview
n Là một hàm của 1 (hoặc
nhiều) biến độc lập, đại
lượng vật lý theo thời
gian: như tiếng nói,
nhiệt độ,theo thời
gian: A = f(t, h)
n Xuất hiện liên tục trong
khoảng thời gian
t0 => t1
n Giá trị biến thiên liên
tục trong khoảng biên
độ từ A0 => A1, có thể
đa trị.
A
A0
t0 t1 t
A1
0
24.1 Analog Signal Interface Overview
4.1 Analog Signal Interface Overview
n Trong thực tế: Rời rạc hóa
n Trong Máy tính số, thông tin thu về:
n Rời rạc hóa về thời gian
n Rời rạc hóa về giá trị
n => Để máy tính thu thập, cần phải “rời rạc hóa”
các tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị
chuyển đổi ADC tạo ra các tín hiệu số, để:
n Xử lý, cất vào kho số liệu
n Truyền đi xa
n Tái tạo lại hay tổng hợp tín hiệu: Dùng thiết bị DAC tạo
lại các tín hiệu analog
34.1 Analog Signal Interface Overview
Đối tượng
vật lý,
công nghệ
ADC
DAC
CPU,
Mem Storage
...
...
4.1 Analog Signal Interface Overview
44.1 Analog Signal Interface Overview
n Process:
n Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền làm giấy;
phối-trộn-nghiền-nung => sản xuất cement; dây chuyền
luyện-nung-cán thép; sản xuất-trộn phân bón NPK, các
nhà máy điện,
n Sensors:
n Là vật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật
lý không điện tử (T, Ph,) thành tín hiệu điện (u, I, R, f)
n Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ Pt100,
cặp nhiệt điện,
n Thiết bị: Có sự gia công, chế tác – ví dụ LM35,
n Conditioners:
n Vì tín hiệu từ Sensors rất nhỏ, có thể có nhiễu và phi
tuyến => có mạch điện từ analog để xử lý tín hiệu: khuếch
đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến, cho phù hợp.
4.1 Analog Signal Interface Overview
n MUX: analog multiplexer
n Trích mẫu và giữ - Sample & Hold
n ADC: analog to digital convertor:
n Central system: hệ nhúng/MT:
n DAC: digital to analog convertor
n Mạch điện tử analog
n Actuators: Cơ cấu chấp hành
54.2 Analog Electronics - Conditioner
n Operational Amplifiers - OpAmps – khuếch đại
thuật toán để tạo các bọ conditioners – chuẩn hóa
tín hiệu
n Analog Switches & Analog Multiplexers
n Reference Voltage Sourcers – nguồn áp chuẩn
n Sample & Hold – Trích mẫu và giữ
n Converssion Errors – Sai số chuyển đổi
n
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Là vi mạch khuếch đại, xử lý tín hiệu từ 0Hz
n Tín hiệu gồm:
n 2 chân tín hiệu Inv.Inp và Non Inv.Inp
n Chân output
n Nguồn cấp: +Vcc, -Vcc (GND)
n Chỉnh offset
n Có thêm chân nối tụ để bù tần số
64.2 Analog Electronics - OPAMP
n Xử lý tín hiệu DC (0Hx up)
n Hệ số khuếch đại lớn, từ kiloMegaand even
more
n Trở vào lớn vài KΩ đến 1012Ω, trở ra nhỏ, tốt cho
các mạch ghép nối analog, phối hợp trở kháng.
E1
r1
E2
r2
LOADRin
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Comparator
74.2 Analog Electronics - OPAMP
n NON Inverting Amp
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Inverting Amp
84.2 Analog Electronics - OPAMP
n Adder (Mixer)
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Differential
94.2 Analog Electronics - OPAMP
n Instrumentation
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Integrator
10
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Differentiator
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n Follower
Uout = Uin
11
4.2 Analog Electronics - OPAMP
n I/U converter
4.2 Analog Electronics - OPAMP
Một số lưu ý khi dùng
n Hệ số khuếch đại chọn tùy thuộc các mạch:
n Mạch kđ thông thường (đảo dấu và không đảo dấu: vài
lần đến 10 lần), nếu hệ số khuếch đại lớn thì nhiều tầng
=> ổn định và dễ dàng kiểm soát.
n Mạch khuếch đại vi sai (Differential apmlifier):
từ 10 => 50 lần, vào vi sai – ra vi sai (Instrumentation
Ampl): 30 => 100 lần
n Chọn hệ số khuếch đại càng lớn:
n Băng thông giảm bấy nhiêu lần
n Điện trở vào giảm bấy nhiêu lần
n Độ ổn định của mạch giảm: trôi zero theo thời gian, nhiệt độ,
12
4.3 Digital to Analog Converters
n Digital to Analog: số => tín hiệu dòng điện/điện
áp, liên tục về thời gian, rời rạc về giá trị.
n Phân loại:
n Công nghệ chế tạo
n Số bit (reslution)
n Thời gian chuyển đổi 10s ns .. 100s ns,
n Cấu trúc: Built-in latched – ghép nối trực tiếp với
bus/unlatched cần có out-port, bus 8 hay 16 bit
n Signed – điện áp ra 2 dấu hoặc unsnigned – điên áp ra
1 dấu
4.3 Digital to Analog Converters
n Ứng dụng
n Tổng hợp tín hiệu
n Đàn Organ
n Phát tín hiệu chuẩn
n Voice chip
n VGA/SVGA: RAM-DAC
n Tái tạo: Âm thanh số, MP3, CD,
n Ghép nối giữa các hệ thống (PC, PLC, ) => bộ điều
khiển analog, tạo ra các Setpoint
n Bộ nhân tín hiệu analog – 4 góc: nhân hệ số với Uin
thay cho Uref
13
4.3 Digital to Analog Converters
n Nguyên lý cấu trúc và hoạt động
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC:
n Là phương pháp dùng lưới điện trở R-2R chia
cây nhị phân dòng điện
n Đơn giản
n Chính xác cao
n Chuyển đổi nhanh
n Rẻ
n Trên thị trường dùng phương pháp này
14
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC:
n Mạng R-2R nối kiểu cây nhị phân
n Khi bi = 0 or 1 => ki R or L, Non Inv.Inp of OpAmp
grounded => Inv. Inp = #0V => ki luôn đóng xuống đất
bất kể bi = x
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC:
n Nếu muốn thay đổi giá trị?
n Ví dụ: Uref = 5,12V, n = 10
=> Uout = ?
15
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC: Tạo các tín hiệu cơ bản
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC: Sóng điều chế
16
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC, tham khảo
n Tra cứu các vi mạch DAC: (pdf files)
n www.national.com/product/interface/ad-da
n DAC0808 - single pole, 8 bit, 100ns
n DAC0800 - signed voltage output, 8 bit, 100ns
n DAC0832 - latched 8 bit dac - bus interface directly,
n DAC1210 - latched 12 bit dac – 8/16 bit bus interface
directly, 200ns
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC
17
4.3 Digital to Analog Converters
R-2R Ladder DAC
4.3 Analog to Digital Convertors
n Là thiết bị có hai chức năng (lượng tử hóa):
n Rời rạc hóa tín hiệu về thời gian
n Rời rạc hóa tín hiệu về biên độ
n Phân loại:
n Theo từng ứng dụng: ADC để xử lý tín hiệu và đo
n Chuyển đổi gián tiếp: u(t) => time (đại lượng trung gian) => code
n Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code
n Chuyển đổi phi tuyến: CODE (TP3057 – Mitel hay AC’97 Intel)
18
4.3 Analog to Digital Convertors
n Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc
n u(t) => Time Interval/f/T => code
n Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao
n Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp
không cần nhanh, loại được nhiễu
n Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code
n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và
xử lý tín hiệu biến thiên nhanh
n Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k 10MSps
n Chuyển đổi song song: 10M 500 MSps
4.3 Analog to Digital Convertors
n Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc
n u(t) => Time Interval/f/T => code
n Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao
n Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp
không cần nhanh, loại được nhiễu
n Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code
n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và
xử lý tín hiệu biến thiên nhanh
n Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k 10MSps
n Chuyển đổi song song: 10M 500 MSps
19
4.3 Analog to Digital Convertors
n Ðịnh lý lấy mẫu Shannon - Kochennicov:
Tín hiệu u(t) liên tục, trong nó có chứa thành phần fmax, (năng
lượng của tín hiệu fmax = 0) thì có thể khôi phục lại tín hiệu
không bị sai từ những giá trị gián đoạn, với điều kiện:
fSAMPLE >= 2fMAX
n Định lý này có tính pháp lý
n Để kỹ sư hiểu số mẫu tối thiểu bao nhiêu là đủ,
không quá dày => lãng phí (tốc độ ADC, thời gian
xử lý, bộ nhớ); lấy thưa thì sẽ bị sai
4.3 Analog to Digital Convertors
n Dual Slope Integration ADC:
20
4.3 Analog to Digital Convertors
n Successive Approximation ADC:
4.3 Analog to Digital Convertors
n Successive Approximation ADC, ICs:
n ICL 7107
n In: -2V..2V, Out: -1999 => 1999, 4.000 counts 12 bit,
n LED 7 Seg drive directly w current soursers for display
n Converssion time: 20..40ms
n ICL 7135
n Inp: -0.2V +02.V ho.c -2V..+2V, 40.000 count > 15bit,
Out: -19999 => +19999, 400 ms converssion time
n De-Multiplexed Out BCD for 5 digits of 7 Seg, scanned
n ICL 7109, w REF & Clock
n Inp: -2V..+2V, Out: 12 bin + pole, 8/16 bit interface to CS
21
4.3 Analog to Digital Convertors
n Interfacing to the ICL - 7135 ADC:
4.3 Analog to Digital Convertors
n Successive Approximation ADC:
22
Bài tập
1. Viết chương trình tạo các tín hiệu cơ bản (vuông, răng
cưa, sin, tam giác,)
2. Giả lập DAC bằng phần mềm.
3. Thiết kế mạch đo nhiệt độ
4.
1Chương 6: Bàn phím
n Keypad
n Keyboard
6.1 Keypad – bàn phím 4x4
S932
K3
S921
K5
S934
S922 S924
S902
S913
S933
S901
K2
S911
S903
S914
K6
K7
S904
K0
K4
S912
S931
K1
S923
26.1 Keypad – bàn phím 4x4
n Đọc bàn phím
n Quét vòng?
n Sử dụng ngắt?
n Chống rung
n Kiểm tra thời gian của bit trạng thái (0 or 1) đủ “dài”
n Dùng tụ để lọc nhiễu đầu vào
6.1 Keypad – bàn phím 4x4
36.1 Keypad – bàn phím 4x4
#define keypad_out PORTA
#define keypad_in PINA
flash char row[4] = {0xEF, 0xDF, 0xBF, 0x7F};
DDRA = 0xF0;
for(i=0; i<4; i++)
{
keypad_out = row[i];
key = keypad_in & 0x0F;
if(key!=0x0F)
break;
}
if(i<4)
key *= (i+1);
else
key = 0;
6.1 Keypad – bàn phím 4x4
46.1 Keypad – Resistor matrix & ADC
If the key "5" is pressed, a voltage
divider gets active:
* 1 k + 820 Ω = 1,82k to ground,
* 3,3 k + 680 Ω + 180 Ω = 4,16k to
plus.
At an operating voltage of 5 Volt a
divided voltage of:
5 * 1,82 / (1,82 + 4,16) = 1,522 Volt
6.2 Keyboard – PC Keyboard
AT keyboard goàm moät ma traän lôùn caùc phím, taát caû
ñöôïc giaùm saùt bôûi moät boä xöû lyù on-board. Boä xöû lyù
khaùc bieät nhau töø baøn phím naøy ñeán baøn phím
khaùc( chip thoâng duïng goàm 8048, 8049, 6868 vaø
6805) nhöng taát chuùng cô baûn laøm gioáng moät vieäc :
Giaùm saùt nhöõng phím ñöôïc nhaán / thaû vaø gôûi döõ
lieäu töông xöùng tôùi maùy chuû. Boä xöû lyù naøy chaêm
soùc taát caû döõ lieäu ra vaø ñeäm baát cöù döõ lieäu naøo vaøo
boä ñeäm 16-byte cuûa noù neáu caàn. Taát caû vieäc giao
tieáp giöõa maùy chuû vaø baøn phím duøng PS/2 protocol.
56.2 Keyboard – PC Keyboard
6.2 Keyboard – PC Keyboard
n The keyboard sends data to the host in 11-bit words
n Contain a ‘0’ start bit, followed by 8-bits of scan
code (LSB first), followed by an odd parity bit and
terminated with a ‘1’ stop bit.
n The keyboard generates 11 clock transitions (at
around 20 - 30KHz) when the data is sent, and data
is valid on the falling edge of the clock.
66.2 Keyboard – PC Keyboard
Keyboard to Host
Host to Keyboard
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- thiet_ke_mach_giao_tiep_kho_sach_blogspot_com_0005.pdf