Báo cáo Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch giao tiếp giữa máy tính và ECU điều khiển động cơ (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch giao tiếp giữa máy tính và ECU điều khiển động cơ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246 S KC 0 0 0 4 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005
2. BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ KS. HUỲNH QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Chuyeân ngaønh : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO Maõ soá ngaønh : 60 52 46 Tp. Hoà Chí Minh, thaùng 9 naêm 2005 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT
3. MUÏC LUÏC NOÄI DUNG Trang Chöông 1. DAÃN NHAÄP I 1.1 Ñaët vaán ñeà I 1.2 Muïc tieâu vaø nhieäm vuï II 1.3 Phaïm vi nghieân cöùu II 1.4 Ñoái töôïng nghieân cöùu III 1.5 Phöông phaùp nghieân cöùu III 1.6 ÖÙng duïng thöïc tieãn III 1.7 Ñieåm môùi cuûa luaän vaên III 1.8 Boá cuïc cuûa luaän vaên IV Chöông 2. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀ MAÙY TÍNH VAØ GIAO TIEÁP 1 2.1 Sô ñoà khoái toång quaùt maùy tính 1 2.1.1 Kieán truùc maùy tính toång quaùt 1 2.1.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caùc thaønh phaàn trong maùy tính 1 2.2 Tieâu chuaån giao tieáp maùy tính 5 2.2.1 Giao tieáp song song – giao tieáp qua coång maùy in 5 2.2.2 Giao tieáp qua Slot card 5 2.2.3 Giao tieáp noái tieáp qua coång RS-232 6 2.3 Toång quan veà coång noái tieáp 6 2.3.1 Khaùi nieäm veà giao tieáp noái tieáp 6 2.3.2 Tieâu chuaån giao tieáp coång noái tieáp 6 2.3.3 Phöông phaùp keát noái thieát bò 7 2.3.4 Traïng thaùi tín hieäu 8 2.3.5 Ñònh daïng vaø phöông thöùc truyeàn döõ lieäu noái tieáp 10 2.3.6 Nguyeân lyù truyeàn döõ lieäu 11 2.4 Khaùi quaùt veà giao tieáp noái tieáp trong Matlab 13 2.4.1 Trình töï thöïc hieän giao tieáp giöõa thieát bò vôùi coång noái tieáp 13 2.4.2 Thieát laäp vaø hieån thò caùc thuoäc tính caáu hình 14 2.5 Thieát laäp coång giao tieáp vôùi Matlab 15 2.5.1 Taïo coång noái tieáp 15 2.5.2 Keát noái thieát bò 17 2.5.3 Thieát laäp caáu hình giao tieáp 18 2.5.4 Vieát vaø ñoïc döõ lieäu 19 2.5.5 Ngöng keát noái vaø ngaét thieát bò 25 2.6 Söï kieän (Event) vaø haøm Callback 26 2.6.1 Loaïi söï kieän vaø thuoäc tính Callback 26 2.6.2 Löu tröõ thoâng tin söï kieän 28 2.6.3 Taïo vaø thöïc thi caùc haøm Callback 29 2.7 Söû duïng nhöõng chaân ñieàu kieån 29
4. 2.7.1 Baùo hieäu traïng thaùi keát noái thieát bò 29 2.7.2 Ñieàu khieån doøng döõ lieäu 30 2.8 Ghi thoâng tin leân ñóa 31 2.8.1 Phöông phaùp ghi taäp tin 31 2.8.2 Xaùc ñònh teân taäp tin 32 2.8.3 Ñònh daïng taäp tin 32 2.9 Löu vaø xuaát döõ lieäu 32 Chöông 3. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀØ LINH KIEÄN THIEÁT KEÁ BOÄ GIAO 34 TIEÁP 3.1 Giôùi thieäu khaùi quaùt veà hoï vi ñieàu khieån MSC-51 34 3.2 Caáu truùc AT89S52 34 3.2.1 Giôùi thieäu AT89S52 34 3.2.2 Sô ñoà khoái 35 3.2.3 Chöùc naêng caùc chaân 36 3.2.4 Khaûo saùt caùc khoái nhôù beân trong 89S52 40 3.3 Hoaït ñoäng cuûa boä ñònh thôøi vaø caùch ngaét 45 3.3.1 Hoaït ñoäng cuûa ñònh thôøi 45 3.3.2 Hoaït ñoäng ngaét 48 3.4 Chöông trình ngoân ngöõ Assembly cuûa 89S52 49 3.4.1 Giôùi thieäu 49 3.4.2 Hoaït ñoäng cuûa trình bieân dòch 50 3.4.3 Caùc leänh duøng trong laäp trình 51 3.5 ADC0809 51 3.6 Vi maïch MAX232 55 3.7 Vi maïch M62358 55 3.8 Vi maïch LM324 58 3.9 Vi maïch 7805 60 Chöông 4. KHAÛO SAÙT HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ 61 4.1 Caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån laäp trình vaø thuaät toaùn ñieàu 61 khieån 4.1.1 Sô ñoà caáu truùc vaø caùc khoái chöùc naêng 61 4.1.2 Thuaät toaùn ñieàu khieån laäp trình 62 4.2 Caùc tín hieäu vaøo 66 4.2.1 Caûm bieán ño gioù 66 4.2.2 Caûm bieán aùp suaát tuyeät ñoái treân ñöôøng oáng naïp 70 4.2.3 Caûm bieán böôùm ga 71 4.2.4 Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt 72 4.2.5 Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp 73 4.2.6 Caûm bieán khí thaûi 74 4.4.7 Caûm bieán toác ñoä ñoäng cô vaø vò trí piston 74 4.3 Boä ñieàu khieån ñieän töû 77
5. 4.3.1 Toång quan 77 4.3.2 Caáu taïo 78 4.3.3 Caáu truùc ECU 79 4.3.4 Maïch giao tieáp ngoõ vaøo 80 4.4 Caùc tín hieäu ñieàu khieån 82 4.4.1 Ñieàu khieån ñaùnh löûa 82 4.4.2 Ñieàu khieån kim phun 87 4.4.3 Ñieàu khieån cheá ñoä khoâng taûi vaø kieåm soaùt khí thaûi 94 4.5 Heä thoáng töï chaån ñoaùn 95 4.5.1 Toång quan veà heä thoáng töï chaån ñoaùn 95 4.5.2 Nguyeân lyù phaùt hieän loãi 96 4.5.3 Phöông phaùp truy xuaát maõ loãi 96 4.6 Truyeàn döõ lieäu noái tieáp trong ñoäng cô 98 4.6.1 Truyeàn döõ lieäu noái tieáp 98 4.6.2 Hieån thò döõ lieäu ñoäng cô 99 4.6.3 Maïch ñieän heä thoáng chaån ñoaùn OBD 100 4.6.4 Maïch ñieän heä thoáng chaån ñoaùn OBD-II 101 4.6.5 Nhöõng öùng duïng vaø haïn cheá cuûa maùy queùt döõ lieäu noái tieáp trong 102 chaån ñoaùn ñoäng cô Chöông 5. THIEÁT KEÁ GIAO DIEÄN GIAO TIEÁP BAÈNG MATLAB 103 5.1 Khaùi nieäm GUIDE trong Matlab 103 5.2 Phöông phaùp taïo GUIs vôùi GUIDE 103 5.2.1 Taïo moät GUIDE 104 5.2.2 Caùc thaønh phaàn trong GUIs 105 5.3 Thieát laäp thuoäc tính caùc thaønh phaàn 106 5.3.1 Hieån thò thuoäc tính ban ñaàu 107 5.3.2 Caùc thuoäc tính thöôøng duøng 107 5.3.3 Thieát laäp thuoäc tính cho caùc thaønh phaàn 108 5.4 Thuoäc tính Callback 113 5.4.1 Theâm caùc Callback vaøo M-file 113 5.4.2 Thay ñoåi Tag vaø thuoäc tính Callback 114 5.5 Laäp trình GUIs 114 5.5.1 Toggle button 116 5.5.2 Radio button 116 5.5.3 Checkbox button 116 5.5.4 Edit text 117 5.5.5 Slider 117 5.5.6 Listbox 117 5.5.7 Popup menu 118 5.5.8 Panels 118 5.5.9 Button group 119
6. 5.5.10 Caùc truïc toïa ñoä 119 5.5.11 ActiveX controls 121 5.6 ÖÙng duïng thieát keá giao dieän giao tieáp 123 5.6.1 Noäi dung thieát keá 123 5.6.2 Thieát keá noäi dung 127 5.6.3 Thieát keá hoäp thoaïi hieån thò thoâng baùo keát thuùc chöông trình 133 Chöông 6. THIEÁT KEÁ BOÄ GIAO TIEÁP 134 6.1 Sô ñoà toång quaùt 134 6.1.1 Sô ñoà khoái chöùc naêng 134 6.1.2 Noäi dung thieát keá boä giao tieáp 135 6.1.3 Ñaëc ñieåm ñoäng cô thí nghieäm 136 6.1.4 Thöïc nghieäm xaùc ñònh ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa caùc caûm bieán treân 136 ñoäng cô. 6.2 Thieát keá phaàn cöùng boä giao tieáp 139 6.2.1 Sô ñoà nguyeân lyù boä giao tieáp 139 6.2.2 Sô ñoà boá trí linh kieän 140 6.2.3 Boä giao tieáp 141 6.3 Thieát keá phaàn meàm boä giao tieáp 142 Chöông 7. THÖÏC NGHIEÄM 146 7.1 Giôùi thieäu 146 7.2 Sô ñoà thí nghieäm 146 7.2.1 Trình töï thöïc hieän thí nghieäm 146 7.2.2 Sô ñoà boá trí thí nghieäm 148 7.3 Phöông phaùp vaän haønh 148 7.4 Keát quaû thí nghieäm 150 7.4.1 Ñoïc döõ lieäu hieän haønh cuûa ñoäng cô 150 7.4.2 Nhaäp döõ lieäu ñieàu khieån ñoäng cô töø maùy tính 151 7.4.3 Ñoïc maõ loãi 153 7.5 Öùng duïng 154 7.6 Nhaän xeùt keát quaû thöïc nghieäm 156 Chöông 8. KEÁT LUAÄN VAØ ÑEÀ NGHÒ 8.1 Keát luaän V 8.2 Ñeà nghò V 8.3 Höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi VI Phuï luïc 1. Chöông trình Matlab söû duïng trong giao dieän vaø giao tieáp Phuï luïc 2. Chöông trình vi ñieàu khieån cuûa boä giao tieáp Phuï luïc 3. Baûng thoâng soá döõ lieäu ñoäng cô theo thöïc nghieäm
7. Chöông 1: DAÃN NHAÄP 1.1. Ñaët vaán ñeà. Ñaõ hôn 118 naêm keå töø khi chieác oâ toâ ñaàu tieân treân theá giôùi ra ñôøi, ñeán nay oâ toâ ñaõ trôû thaønh moät phöông tieän vaän chuyeån caàn thieát khoâng gì thay theá ñöôïc trong xaõ hoäi loaøi ngöôøi. So vôùi caùc phöông tieän giao thoâng khaùc, oâ toâ coù vò trí voâ cuøng quan troïng vì tæ leä haønh khaùch tham gia giao thoâng baèng ñöôøng boä cao hôn haún so vôùi caùc loaïi phöông tieän giao thoâng khaùc, haèng naêm tyû leä taêng tröôûng trong saûn xuaát oâtoâ ñaït xaáp xæ 3%. Cuøng vôùi xu höôùng phaùt trieån cuûa theá giôùi, khoa hoïc kyõ thuaät vaø coâng ngheä cuõng phaùt trieån khoâng ngöøng, nhieàu thaønh töïu noåi baät goùp phaàn thuùc ñaåy söï phaùt trieån caùc ngaønh coâng nghieäp. Neàn coâng nghieäp oâ toâ cuõng khoâng naèm ngoaøi quy luaät ñoù, töø nhöõng naêm 80 cuûa theá kyû XX, coâng ngheä ñieän töû ñaõ ñöôïc öùng duïng treân oâ toâ daàn daàn thay theá caùc cô caáu ñieàu khieån baèng cô khí. Qua nhieàu thaäp nieân, ñieän töû trôû thaønh moät trong nhöõng nhaân toá quan troïng khoâng theå thieáu ñöôïc treân oâ toâ. Noù khoâng nhöõng giuùp ñoäng cô oâ toâ ñieàu khieån chính xaùc hôn nhaèm giaûm oâ nhieãm moâi tröôøng, tieát kieäm nhieân lieäu, taêng coâng suaát ñoäng cô maø coøn laø thöôùc ño giaù trò veà tính eâm dòu, möùc ñoä tieän nghi cuûa chieác oâ toâ hieän ñaïi, töø ñoù, quyeát ñònh khaû naêng soáng coøn cuûa chieác oâ toâ ñoù. Song song vôùi vieäc hieän ñaïi hoùa chieác oâ toâ ngaøy caøng hoaøn haûo hôn thì vaán ñeà baûo trì, chaån ñoaùn, söûa chöõa cuõng ngaøy caøng phöùc taïp hôn. Vôùi nhöõng chieác oâ toâ hieän ñaïi hieän nay, löôïng döõ lieäu ñieàu khieån xe ngaøy caøng nhieàu. Vì vaäy, chaån ñoaùn, söûa chöõa theo phöông phaùp thuû coâng ñaõ trôû neân heát söùc khoù khaên neáu khoâng muoán noùi laø khoâng töôûng. Do ñoù, ñeå giuùp cho ngöôøi kyõ thuaät vieân thöïc hieän toát coâng vieäc chaån ñoaùn vaø söõa chöõa, caùc oâ toâ ñôøi môùi ñaõ trang bò heä thoáng töï chaån ñoaùn. Tuy nhieân, heä thoáng töï chaån ñoaùn chæ phaùt hieän ñöôïc loãi heä thoáng khi caùc tín hieäu naèm ngoaøi khoaûng xaùc ñònh cho pheùp. Vì theá, khi tín hieäu ñoù sai leäch vôùi thöïc teá nhöng vaãn naèm trong khoaûng xaùc ñònh ñoù thì heä thoáng töï chaån ñoaùn vaãn khoâng phaùt hieän ñöôïc. Ñieàu naøy daãn ñeán ñoäng cô hoaït ñoäng khoâng ñaït hieäu quaû cao. Maët khaùc, vôùi cöông vò laø ngöôøi giaùo vieân kyõ thuaät, ngöôøi nghieân cöùu luoân mong muoán ñaït hieäu quaû cao trong coâng taùc giaûng daïy. Ngoaøi kieán thöùc chuyeân moân, loøng say meâ coâng vieäc coäng vôùi phöông phaùp sö phaïm hieän ñaïi thì thieát bò daïy hoïc cuõng goùp phaàn raát lôùn trong vieäc naâng cao hieäu quaû giaûng daïy, ñaëc bieät laø giaûng daïy kyõ thuaät. Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo moâ hình daïy hoïc laø moät minh chöùng cuï theå vaø ñeà taøi naøy cuõng khoâng ngoaøi muïc ñích ñoù. Saûn phaåm cuûa ñeà taøi laø moâ hình daïy hoïc minh hoïa söï thay ñoåi caùc thoâng soá ñoäng cô vaø ñaëc bieät laø aûnh höôûng cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo ñeán hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô nhö theá naøo. Song song vôùi coâng taùc giaûng daïy, coâng taùc nghieân cöùu cuûa ngöôøi giaùo vieân kyõ thuaät cuõng khoâng keùm phaàn quan troïng. Haàu heát caùc döõ lieäu ñieàu khieån ñoäng cô I
8. ñöôïc xaùc ñònh töø thöïc nghieäm. Nhöng do tín hieäu ñaàu vaøo khaù nhieàu, thieát bò trong nöôùc coøn khieâm toán neân chuùng ta khoâng theå xaùc ñònh ñöôïc söï aûnh höôûng cuûa töøng tín hieäu ñeán caùc cheá ñoä hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô. Ñieàu naøy aûnh höôûng raát lôùn ñeán coâng taùc nghieân cöùu. Vôùi nhöõng traên trôû, khuùc maét trong chuyeân moân cuøng vôùi khaùt voïng naâng cao trình ñoä, caûi tieán, phaùt trieån kyõ thuaät. Ngöôøi nghieân cöùu ñaõ tìm ñöôïc höôùng giaûi quyeát trong ñeà taøi: “Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo maïch giao tieáp giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô “ do PGS. TS. Ñoã Vaên Duõng höôùng daãn. Ñeà taøi naøy ñöôïc thöïc hieän vôùi ba noäi dung chính: ƒ Nghieân cöùu lyù thuyeát veà giao tieáp giöõa maùy tính vaø ñoäng cô baèng Matlab. ƒ Thieát keá boä giao tieáp giöõa maùy tính caù nhaân vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô. ƒ Cheá taïo boä giao tieáp giöõa maùy tính caù nhaân vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô. 1.2. Muïc tieâu vaø nhieäm vuï. Ñeà taøi “Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo maïch giao tieáp giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô “ nhaèm thieát keá vaø cheá taïo maïch giao tieáp hai chieàu giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô nhaèm hieån thò caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, ñoàng thôøi, ñieàu khieån ñoäng cô töø maùy tính. Vieäc tính toaùn moâ phoûng vaø ñieàu khieån ñoäng cô ñöôïc thöïc hieän thoâng qua phaàn meàm Matlab. Treân cô sôû maïch giao tieáp naøy, ta coù theå phaùt trieån thaønh caùc thieát bò chaån ñoaùn vaø söûa chöõa ñoäng cô. Caùc böôùc thöïc hieän ñeà taøi: ƒ Nghieân cöùu caáu truùc vi ñieàu khieån. ƒ Nghieân cöùu nguoân ngöõ laäp trình Assembly. ƒ Nghieân cöùu caáu truùc maùy tính caù nhaân. ƒ Khaûo saùt caùc daïng döõ lieäu cuûa ñoäng cô. ƒ Nghieân cöùu veà truyeàn döõ lieäu noái tieáp trong Matlab. ƒ Nghieân cöùu thieát keá giao dieän giao tieáp baèng Matlab. ƒ Nghieân cöùu thieát keá phaàn cöùng boä giao tieáp. ƒ Laäp trình vi ñieàu khieån baèng ngoân ngöõ Assembly. ƒ Laäp trình ñieàu khieån giao dieän giao tieáp baèng Matlab. ƒ Thöïc nghieäm vaø kieåm tra ñoä chính xaùc cuûa cuûa thí nghieäm thoâng qua maùy chaån ñoaùn. 1.3. Phaïm vi nghieân cöùu. Do chuûng loaïi ñoäng cô khaù ña daïng vaø thôøi gian thöïc hieän ñeà taøi coù haïn, ngöôøi nghieân cöùu chæ taäp trung thöïc hieän trong phaïm vi sau: Nghieân cöùu cô sôû lyù thuyeát veà linh kieän thieát keá boä giao tieáp vaø ngoân ngöõ laäp trình Assembly. II
9. Khaûo saùt caùc daïng tín hieäu treân heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Nghieân cöùu cô sôû lyù thuyeát veà caáu truùc maùy tính vaø phöông phaùp truyeàn döõ lieäu noái tieáp trong Matlab. Thieát keá giao dieän vaø laäp trình giao tieáp baèng Matlab. ÖÙng duïng lyù thuyeát naøy, thieát keá, cheá taïo boä giao tieáp giöõa maùy tính caù nhaân vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô 4E-FE treân xe Toyota corolla vôùi giao dieän giao tieáp baèng Matlab. Sau ñoù, tieán haønh thöïc nghieäm ñeå so saùnh vôùi thieát bò ñaõ coù ñeå ñaùnh giaù khaû naêng oån ñònh vaø möùc ñoä chính xaùc cuûa thieát bò. 1.4. Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñeà taøi naøy lieân quan ñeán boán ñoái töôïng chính: ƒ Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô baèng ñieän töû. ƒ Caáu truùc maùy tính vaø phöông phöông phaùp truyeàn döõ lieäu noái tieáp. ƒ Thieát keá giao dieän vaø giao tieáp thoâng qua vieäc öùng duïng phaàn meàm Matlab. ƒ Maïch giao tieáp giöõa maùy tính vaø ECU. 1.5. Phöông phaùp nghieân cöùu. Ñeå thöïc hieän ñeà taøi, taùc giaû ñaõ vaän duïng nhieàu phöông phaùp nghieân cöùu khaùc nhau: Phöông phaùp tham khaûo taøi lieäu: töø Internet, caùc saùch chuyeân ngaønh oâ toâ, ñieän töû, tin hoïc, . Phöông phaùp thöïc nghieäm: Ño caùc thoâng soá töø ñoäng cô thöïc teá vaø tieán haønh xöû lyù soá lieäu ño. Phöông phaùp thöû vaø sai: öùng duïng trong thieát keá maïch, laäp trình vi ñieàu khieån vaø laäp trình Matlab. 1.6. ÖÙng duïng thöïc tieãn. Ñeà taøi hoaøn thaønh laø cô sôû lyù thuyeát (ñaõ qua kieåm chöùng laø saûn phaåm ñeà taøi) cuûa vieäc öùng duïng ñieàu khieån ñoäng cô baèng maùy tính caù nhaân vôùi chöông trình Matlab, laø neàn taûng cho vieäc phaùt trieån öùng duïng Matlab trong tính toaùn, moâ phoûng, vaø ñieàu khieån. Saûn phaåm cuûa ñeà taøi laø moâ hình öùng duïng höõu ích, taêng tính tröïc quan trong coâng taùc giaûng daïy kyõ thuaät, ñaëc bieät laø vaán ñeà ñieàu khieån ñoäng cô. Vì vaäy saûn phaåm coù theå öùng duïng roäng raõi cho caùc tröôøng ñaïi hoïc, cao ñaúng, coâng nhaân kyõ thuaät, . Saûn phaåm ñeà taøi coù theå öùng duïng kieåm tra, chaån ñoaùn, söûa chöõa caùc xe oâ toâ hieän ñaïi. Ngoaøi ra, neáu ñeà taøi ñöôïc tieáp tuïc phaùt trieån, thì saûn phaåm coù theå ñöôïc öùng duïng laøm thieát bò thí nghieäm ñoäng cô vaø oâ toâ. 1.7. Ñieåm môùi cuûa luaän vaên. III
10. Ñeà taøi laø böôùc ñoät phaù trong vieäc öùng duïng phaàn meàm Matlab, moät phaàn meàm raát maïnh veà ñoà hoïa, tính toaùn, moâ phoûng toaùn hoïc caùc heä thoáng, ñieàu khieån, giao tieáp, ñeå ñieàu khieån giao tieáp giöõa ñoäng cô vaø maùy tính maø hieän nay chöa coù coâng trình naøo nghieân cöùu, hoaëc chæ döøng laïi ôû töøng öùng duïng ñôn chieác. Ñeà taøi naøy thaønh coâng ñaõ môû cho taùc giaû höôùng phaùt trieån môùi laø keát hôïp caùc phaàn tính toaùn, ñieàu khieån trong Matlab coù theå tieán haønh ño ñaïc, löïa choïn thoâng soá toái öu cuûa ñoäng cô. Hay noùi caùch khaùc, ñeà taøi coù theå phaùt trieån thaønh thieát bò thí nghieäm ñeå xaùc ñònh baûng ñoà döõ lieäu toái öu cho ñoäng cô. 1.8 Boá cuïc cuûa luaän vaên. Vôùi noäi duïng ñeà taøi nhö ñaõ trình baøy, luaän vaên ñöôïc trình baøy theo boá cuïc sau: Chöông 1. Daãn nhaäp Giôùi thieäu veà ñeà taøi, taàm quan troïng ñeà taøi, giôùi haïn ñeà taøi. Chöông 2. Cô sôû lyù thuyeát veà maùy tính vaø giao tieáp Trình baøy veà caáu truùc maùy tính vaø phöông thöùc truyeàn döõ lieäu noái tieáp trong Matlab. Chöông 3. Cô sôû lyù thuyeát veà linh kieän thieát keá boä giao tieáp Trình baøy lyù thuyeát veà caáu truùc vi ñieàu khieån, ngoân ngöõ assembly vaø caùc linh kieän lieân quan. Chöông 4. Khaûo saùt caùc tín hieäu cuûa heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Trình baøy daïng xung cuûa caùc tín hieäu trong heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Chöông 5. Thieát keá giao dieän giao tieáp baèng matlab. Trình baøy lyù thuyeát thieát keá giao dieän baèng matlab vaø öùng duïng trong thieát keá giao dieän giao tieáp cuûa ñeà taøi. Chöông 6. Thieát keá boä giao tieáp Trình baøy phöông phaùp thieát keá vaø noäi dung thieát keá boä giao tieáp vaø saûn phaåm thieát keá. Chöông 7. Thöïc nghieäm Trình baøy phöông phaùp vaän haønh, keát quaû thí nghieäm ñeå xaùc ñònh ñoä tin caäy vaø ñoä chính xaùc cuûa boä giao tieáp. Chöông 8. Keát luaän vaø ñeà nghò Phuï luïc. Trình baøy noäi dung chöông trình laäp trình Assembly cho vi ñieàu khieån Trình baøy noäi dung chöông trình laäp trình giao dieän giao tieáp baèng Matlab. Trình baøy baûng soá lieäu thöïc nghieäm IV
11. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG Chöông 2: CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀ MAÙY TÍNH VAØ GIAO TIEÁP 2.1 KIEÁN TRUÙC MAÙY TÍNH TOÅNG QUAÙT 2.1.1. Sô ñoà khoái toång quaùt maùy tính Moät maùy tính coù ba khoái chöùc naêng chính: CPU MEM I/O Hình 2.1. Sô ñoà khoái chöùc naêng ƒ CPU (Central Processing Unit): Xöû lyù caùc thoâng tin vaø ñieàu khieån toaøn boä hoaït ñoäng cuûa moät maùy tính. Coù chöùc naêng ñoïc leänh, phaân tích leänh, thöïc hieän leänh. ƒ MEM (Memory) khoái boä nhôù: Löu tröõ thoâng tin, chöùa chöông trình, ñöôïc ñoïc döõ lieäu. ƒ I/O (Input/ Output) khoái ngoaïi vi: Trao ñoåi thoâng tin giöõa maùy tính vaø moâi tröôøng beân ngoaøi. Ñeå maùy tính hoaït ñoäng thì ba khoái chöùc naêng naøy phaûi lieân keát chaët cheõ vôùi nhau. 2.1.2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caùc thaønh phaàn trong maùy tính. Control Unit (CU) Khoái boä nhôù (Memory- MEM) Arithmetic Logic Unit (ALU) I/O I/O I/O I/O I/O Hình 2.2. Sô ñoà toång quaùt hoaït ñoäng cuûa maùy tính ƒ Thanh ghi (Register): laø thieát bò coù khaû naêng löu tröõ thoâng tin trong kyõ thuaät soá. Caùc loaïi thanh ghi naèm trong boä xöû lyù trung taâm phuïc vuï cho hoaït ñoäng xöû lyù thoâng tin. Bao goàm caùc thanh ghi sau: Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 1
12. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG - Thanh ghi leänh: Chöùa caùc caâu leänh ñoïc vaøo. - Thanh ghi döõ lieäu: Chöùa döõ lieäu ñoïc vaø ghi. - Thanh ghi ñieàu khieån: Chöùa caùc tín hieäu ñieàu khieån. - Thanh ghi traïng thaùi (Flag Register): Chöùa caùc côø nhö côø Zero, côø nhôù ƒ Boä nhôù. - Boä nhôù ñöôïc xaây döïng töø caùc oâ nhôù ñöôïc gheùp laïi lieân tuïc nhau ñeå taïo thaønh vuøng nhôù. - Kích thöôùc moãi oâ nhôù laø moät byte. - Moãi oâ nhôù ñöôïc gaùn cho moät ñòa chæ coù thöù töï ñeå phaân bieät chuùng vôùi nhau. Moãi oâ nhôù coù 2 thoâng tin khaùc nhau laø: Ñòa chæ (@) oâ nhôù vaø noäi dung oâ nhôù. - O nhôù coù 2 hoaït ñoäng khaùc nhau laø ñoïc döõ lieäu vaø ghi döõ lieäu. Döõ lieäu trong boä nhôù ñöôïc löu tröõ ôû daïng soá nhò phaân. - Caùc loaïi boä nhôù: + Boä nhôù chæ ñoïc ROM (Read Only Memory) + Boä nhôù ghi ñoïc RAM (Random Access Memory) Sô ñoà khoái boä nhôù nhö sau: Khoái giaûi maõ O nhôù 031 2 45 @ 6 7 8 9 10 11 Vuøng nhôù Thanh ghi ñòa chæ Thanh ghi döõ lieäu Döõ lieäu Hình 2.3. Sô ñoà caáu truùc boä nhôù Quaù trình ñoïc döõ lieäu dieãn ra theo trình töï sau: - Gôûi ñòa chæ (@) cuûa oâ nhôù caàn ñoïc ñeán thanh ghi ñòa chæ. - Khoái giaûi maõ coù nhieäm vuï phaân tích ñòa chæ trong thanh ñòa chæ ñeå tìm ra oâ nhôù töông öùng vôùi ñòa chæ truyeàn vaøo. - Gôûi tín hieäu ñieàu khieån yeâu caàu ñoïc ñeán boä nhôù. - Gôûi noäi dung oâ nhôù ñaõ xaùc ñònh ñòa chæ ñeán thanh ghi döõ lieäu. - Laáy döõ lieäu trong thanh ghi döõ lieäu. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 2
13. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG Quaù trình ghi döõ lieäu dieãn ra theo trình töï sau: - Gôûi ñòa chæ ñeán thanh ghi ñòa chæ. - Gôûi döõ lieäu caàn ghi ñeán thanh ghi döõ lieäu. - Gôûi tín hieäu caàn ghi ñeán boä nhôù. - Chuyeån noäi dung cuûa thanh ghi döõ lieäu vaøo oâ nhôù ñaõ xaùc ñònh ñòa chæ. ROM: Chöùa nhöõng chöông trình khôûi ñoäng heä thoáng, chöông trình chöùa trong ROM ñöôïc ñònh saün taïi thôøi ñieåm cheá taïo vì thoâng tin trong ROM khoâng thay ñoåi ñöôïc. Ñoái vôùi ROM thì thoâng tin ñaõ ghi vaøo ROM vaãn toàn taïi ngay caû khi khoâng coù nguoàn ñieän. CPU coù theå ñoïc tröïc tieáp deã daøng caùc thoâng tin chöùa trong ROM. ƒ Boä xöû lyù trung taâm Nhieäm vuï cuûa boä xöû lyù trung taâm nhö sau: - Ñoïc leänh, thöïc hieän leänh. - Caùc thuaät toaùn soá hoïc vaø luaän lyù. - Kieåm tra traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa caùc khoái chöùc naêng trong maùy tính cuõng nhö gôûi caùc tín hieäu ñieàu khieån trong caùc khoái chöùc naêng naøy goàm caùc khoái chöùc naêng nhoû sau: + Ñôn vò ñieàu khieån (Control Unit). + Ñôn vò soá hoïc luaän lyù (ALU: Arithmetic Logic Unit). Ñôn vò ñieàu khieån (CU). PC Thanh ghi leänh @ Maïch tuaàn töïï Ñieàu khieån Hình 2.4. Caáu truùc cuûa CPU. - PC (Program Counter: Boä ñeám chöông trình): Laø thanh ghi chöùa ñòa chæ caâu leänh caàn ñoïc. Giaù trò ñaàu tieân tuyø thuoäc vaøo CPU cung caáp ñeå quyeát ñònh xem vò trí chöông trình ñöôïc ñaët ôû vò trí naøo trong boä nhôù. Noäi dung cuûa boä ñeám seõ taêng leân sau moãi caâu leänh ñöôïc ñoïc ñeå chuyeån qua caâu leänh keá tieáp. - Thanh ghi leänh (Instruction Register): Chöùa noäi dung caâu leänh ñöôïc ñoïc. - Maïch tuaàn töï (Sequencer): Coù chöùc naêng sau: + Phaân tích caâu leänh vaø gôûi caùc tín hieäu ñieàu khieån ñeå thöïc hieän caâu leänh. + Phaùt tín hieäu ñoïc leänh vaø tín hieäu ñieàu khieån khaùc. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 3
14. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG Ñôn vò soá hoïc luaän lyù ALU: thöïc hieän pheùp toaùn soá hoïc vaø luaän lyù Ñeå xaùc ñònh pheùp toaùn caàn coù ñuû caùc thoâng tin nhö: toaùn haïng, pheùp toaùn, keát quaû, vì vaäy sinh ra daïng thöùc leänh 3@ nhö sau. Maõ leänh Noäi dung, Ñòa chæ toaùn haïng Ñòa chæ keát quaû Opcode OP1 OP2 OP3 ƒ Khoái ngoaïi vi (I/O). Trong giai ñoaïn ñaàu tieân cuûa maùy tính, caùc thieát bò ngoaïi vi noái tröïc tieáp vôùi CPU vaø boä nhôù (MEM). CPU nhaän tröïc tieáp tín hieäu cuûa caùc thieát bò ngoaïi vi cho neân caáu truùc maùy tính raát ñôn giaûn nhöng laøm giaûm hieäu suaát söû duïng CPU vì CPU phaûi toán nhieàu thôøi gian phuïc vuï cho caùc thieát bò ngoaïi vi. Ñeå giaûm thôøi gian CPU phuïc vuï cho thieát bò ngoaïi vi, caùc khoái giao tieáp ñaõ ra ñôøi. Caùc khoái naøy tröïc tieáp quaûn lyù vaø ñieàu haønh taát caùc caùc hoaït ñoäng lieân quan ñeán thieát bò ngoaïi vi. Khoái giao tieáp nhaän chæ thò töø CPU ñeå bieát thöïc hieän nhieäm vuï gì. CPU MEM Khoái giao tieáp Khoái giao tieáp I/O I/O I/O I/O Hình 2.5. Sô ñoà hoaït ñoäng khoái ngoaïi vi. ƒ Khoái giao tieáp (Interface). +1 -1 Côø @ñaàu Soá Byte -1 Hình 2.6. Sô ñoà hoaït ñoäng khoái giao tieáp. Khoái giao tieáp bao goàm: - Thanh ghi ñòa chæ ñaàu: Chöùa ñòa chæ döõ lieäu ñaàu tieân cuûa khoái. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 4
15. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG - Thanh ghi Counter: Chöùa soá byte döõ lieäu khoái. - Côø höôùng (Direction flag): Coù 2 höôùng laø höôùng taêng vaø höôùng giaûm trong vieäc truyeàn khoái döõ lieäu. Boä giao tieáp döïa vaøo 3 thanh ghi treân ñeå truy xuaát döõ lieäu. Noäi dung cuûa 3 thanh ghi ñöôïc CPU gôûi ñeán khoái giao tieáp, coâng vieäc naøy ñöôïc coi nhö chæ thò ñöôïc gôûi ñi töø khoái vi xöû lyù trung taâm ñeán khoái giao tieáp. Coâng vieäc göûi thoâng tin ñöôïc goïi laø laäp trình khoái giao tieáp. Moãi laàn truy xuaát 1 byte döõ lieäu thì noäi dung thanh ghi counter giaûm xuoáng 1. Khi noäi dung thanh ghi naøy baèng 0 thì quaù trình truy xuaát döõ lieäu keát thuùc. Sau moãi laàn truy xuaát döõ lieäu, thanh ghi ñòa chæ ñaàu seõ taêng 1 hoaëc giaûm 1 tuøy thuoäc vaøo côø höôùng taêng hay giaûm. 2.2. CHUAÅN GIAO TIEÁP MAÙY TÍNH. 2.2.1. Giao tieáp song song - giao tieáp qua coång maùy in. Vieäc noái maùy in vôùi maùy tính ñöôïc thöïc hieän qua oå caém 15 chaân phía sau maùy tính. Nhöng ñaây khoâng phaûi chæ laø choã noái vôùi maùy in maø khi söû duïng maùy tính vaøo vieäc khaùc, nhö truyeàn döõ lieäu töø maùy tính tôùi moät thieát bò khaùc, hay ñieàu khieån thieát bò baèng maùy tính thì vieäc gheùp noái cuõng ñöôïc gheùp noái qua coång maùy in. Qua coång naøy döõ lieäu ñöôïc truyeàn ñi song song, neân ñoâi khi coøn ñöôïc goïi laø coång gheùp noái song song vaø toác ñoä truyeàn cuõng ñaït ñeán möùc ñaùng keå. Taát caû caùc ñöôøng daãn cuûa coång maùy in ñeàu töông thích vôùi TTL. Nghóa laø chuùng ñeàu cung caáp möùc ñieän aùp naèm giöõa 0V ñeán 5V. Do ñoù, ta caàn löu yù laø caùc ñöôøng daãn vaøo coång naøy khoâng ñöôïc ñaët möùc ñieän aùp quaù lôùn. Khoaûng caùch cöïc ñaïi giöõa coåâng song song cuûa maùy tính PC vaø thieát bò ngoaïi vi bò haïn cheá vì ñieän dung kyù sinh vaø hieän töôïng caûm öùng giöõa caùc ñöôøng daãn coù theå laøm bieán daïng tín hieäu. Khoaûng caùch giôùi haïn laø 8m, thoâng thöôøng chæ côõ 1,5m – 2m. Maëc khaùc, döõ lieäu trao ñoåi qua coång song song chæ theo moät chieàu. Ñaây laø haïn cheá ñaùng keå khi söû duïng coång song song vaøo muïc ñích ño löôøng. Ñeå khaéc phuïc haïn cheá treân ta phaûi laép theâm card giao dieän song song hai höôùng. 2.2.2. Giao tieáp qua slot card. (coù ñòa chæ töø 300 31fh). Trong maùy tính ngöôøi ta cheá taïo saün caùc slot cho pheùp ngöôøi söû duïng tính naêng cuûa maùy vi tính baèng caùch gaén theâm caùc thieát bò vaøo noù. Moãi slot ñeàu coù caùc ñöôøng döõ lieäu (data), ñòa chæ (address), caùc ñöôøng +5V, – 5V, + 12V, -12V vaø caùc ñöôøng ñieàu khieån nhö CLK, IRQ, RESET, /IOW, IOR, . Vì vaäy, neáu thieát keá maïch giao tieáp qua slot seõ giaûm ñöôïc raát nhieàu linh kieän, giaûm ñöôïc boä nguoàn beân ngoaøi, deã ñieàu khieån, giaù thaønh thaáp vaø ñoàng thôøi toác ñoä truyeàn döõ lieäu cuõng khaù nhanh. Tuy nhieân, beân caïnh nhöõng öu ñieåm noù cuõng coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhö: do slot card giao tieáp ñöôïc gaén beân trong maùy neân caùch giao tieáp naøy khoù nhaän ñöôïc Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 5
16. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG döõ lieäu töø beân ngoaøi. Noù bò haïn cheá veà khoaûng caùch laøm vieäc ñoàng thôøi moãi laàn söû duïng phaûi môû raùp maùy gaây baát tieän cho ngöôøi söû duïng. 2.2.3. Giao tieáp noái tieáp qua coång RS-232. Coång noái tieáp RS-232 laø moät loaïi giao dieän phoå bieán roäng raõi nhaát, ta coøn goïi laø coång COM1, COM2 ñeå töï do cho caùc öùng duïng khaùc nhau. Gioáng nhö coång maùy in, coång noái tieáp RS-232 cuõng ñöôïc söû duïng raát thuaän tieän trong vieäc gheùp noái maùy tính vôùi caùc thieát bò ngoaïi vi. Vieäc truyeàn döõ lieäu qua coång RS-232 ñöôïc tieán haønh theo caùch noái tieáp, nghóa laø caùc bít döõ lieäu ñöôïc gôûi ñi noái tieáp nhau treân moät ñöôøng daãn. Tröôùc heát, loaïi truyeàn naøy coù khaû naêng duøng cho nhöõng khoaûng caùch lôùn hôn, bôûi khaû naêng gaây nhieãu nhoû hôn nhieàu so vôùi coång song song. Vieäc duøng coång song song coù moät nhöôïc ñieåm ñaùng keå laø caùp truyeàn nhieàu sôïi neân ñaét tieàn, hôn nöõa möùc tín hieäu naèm trong khoaûng 0 5V khoâng thích öùng vôùi khoaûng caùch lôùn. 2.3. TOÅNG QUAN VEÀ COÅNG NOÁI TIEÁP. 2.3.1. Khaùi nieäm veà giao tieáp noái tieáp. Giao tieáp noái tieáp laø giao thöùc thoâng duïng nhaát cho vieäc giao tieáp giöõa hai hay nhieàu thieát bò. Thoâng thöôøng, moät thieát bò laø moät maùy tính, trong khi thieát bò khaùc coù theå laø moät boä keát noái, moät maùy in, moät maùy vi tính khaùc hoaëc laø moät maùy hieån thò soùng, . Coång noái tieáp truyeàn vaø nhaän nhöõng byte thoâng tin döôùi daïng noái tieáp nhau – trong moät thôøi ñieåm chæ nhaän moät bít döõ lieäu. Nhöõng byte naøy ñöôïc truyeàn ñi döôùi daïng nhò phaân (daïng soá) hoaëc daïng vaên baûn (text). 2.3.2. Tieâu chuaån giao tieáp coång noái tieáp. Hieäp hoäi coâng nghieäp vieãn thoâng (Telecommunications Industry Assosiation - TIA) ñöa ra tieâu chuaån giao tieáp noái tieáp duøng cho vieäc keát noái hai thieát bò, ñöôïc chæ roõ baèng tieâu chuaån TIA/EIA-232. Tieâu chuaån giao tieáp coång noái tieáp ñaàu tieân laø RS–232 (Recommended Standard number 232). Thuaät ngöõ “RS–232” vaãn ñöôïc söû duïng phoå bieán vaø coù caùc ñaëc tính sau: - Toác ñoä truyeàn bít vaø ñoä daøi caùp lôùn nhaát. - Teân goïi, nhöõng ñaëc tính veà ñieän vaø caùc haøm tín hieäu. - Caùc ñaàu noái vaø chöùc naêng cuûa caùc chaân. Söï giao tieáp chuû yeáu ñöôïc thöïc hieän vôùi 3 chaân: Chaân truyeàn döõ lieäu, chaân nhaän döõ lieäu vaø chaân maùt. Caùc chaân khaùc duøng ñeå ñieàu khieån doøng döõ lieäu, nhöng khoâng baét buoäc. Nhöõng daïng chuaån khaùc nhö laø RS–485 cuõng töông töï nhö RS-232 nhöng ñöôïc theâm vaøo moät soá chöùc naêng nhö: Toác ñoä truyeàn bít cao hôn, chieàu daøi cuûa caùp daøi hôn vaø soá thieát bò coù theå keát noái nhieàu hôn (256 thieát bò). Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 6
17. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG 2.3.3. Phöông phaùp keát noái thieát bò. 2.3.3.1. Chöùc naêng caùc chaân. Caùc coång noái tieáp goàm hai loaïi tín hieäu, tín hieäu döõ lieäu vaø tín hieäu ñieàu khieån, ñeå hoã trôï nhöõng loaïi tín hieäu naøy cuõng nhö tín hieäu mass, chuaån RS-232 coù 25 chaân ñeå keát noái. Tuy nhieân, haàu heát caùc maùy tính caù nhaân chæ söû duïng ñaàu noái 9 chaân ñeå keát noái. Thöïc teá, chæ coù 3 chaân ñöôïc söû duïng cho vieäc giao tieáp coång noái tieáp: Moät chaân nhaän döõ lieäu, moät chaân truyeàn döõõ lieäu vaø moät chaân noái maùt. Sô ñoà chaân cuûa boä keát noái 9 chaân vaø 25 chaân cuûa moät DTE ñöôïc theå hieän ôû hình 2.7. Hình 2.7. Sô ñoà chaân coång COM 9 chaân vaø 25 chaân Chöùc naêng cuûa töøng chaân trong ñaàu noái 9 chaân vaø 25 chaân töø coång noái tieáp ñöôïc moâ taû baûng 2-1. Baûng 2-1. Chöùc naêng caùc chaân trong coång noái tieáp Chaân Chaân Kyù hieäu Chöùc naêng Loaïi tín hieäu (25 chaân) (9 chaân) 8 1 CD Phaùt tín hieäu mang döõ lieäu Ñieàu khieån 3 2 RD Nhaän döõ lieäu Döõ lieäu 2 3 TD Truyeàn döõ lieäu Döõ lieäu 20 4 DTR Baùo döõ lieäu ñaàu cuoái saün saøng Ñieàu khieån 7 5 GND Tín hieäu noái maùt Maùt 6 6 DSR Döõ lieäu saün saøng Ñieàu khieån 4 7 RTS Yeâu caàu gôûi döõ lieäu Ñieàu khieån 5 8 CTS Xoùa ñeå gôûi Ñieàu khieån 22 9 RI Baùo chuoâng Ñieàu khieån 2.3.3.2. Phöông phaùp keát noái. Chuaån RS–232 xaùc ñònh hai thieát bò ñöôïc keát noái vôùi moät caùp noái tieáp nhö laø thieát bò döõ lieäu ñaàu cuoái (Data Terminal Equipment - DTE) vaø Thieát bò döõ lieäu maïch ñaàu cuoái (Data Circuit-terminating Equipment - DCE). Thuaät ngöõ naøy phaûn aùnh chuaån RS-232 nhö laø moät chuaån giao tieáp giöõa moät maùy tính vaø moät modem. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 7
18. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG Do RS-232 chuû yeáu söû duïng cho vieäc keát noái giöõa moät DTE tôùi moät DCE, nhöõng chaân trong caùc giaéc noái ñöôïc noái thaúng vôùi nhau. Chaúng haïn nhö: chaân 1 cuûa DTE ñöôïc noái vôùi chaân 1 cuûa DCE vaø chaân 2 ñuôïc noái vôùi chaân 2, . Hình 2.8. giôùi thieäu sô ñoà keát noái noái tieáp giöõa DTE vaø DCE söû duïng chaân truyeàn döõ lieäu (TD) vaø chaân nhaän döõ lieäu (RD). Hình 2.8. Sô ñoà keát noái giöõa DTE vaø DCE. Neáu muoán keát noái hai DTE hoaëc hai DCE vôùi nhau, söû duïng moät caùp noái tieáp thaúng thì chaân TD, RD treân thieát bò naøy laàn löôït ñöôïc keát noái vôùi chaân TD, RD treân thieát bò kia, vì vaäy vieäc giao tieáp seõ khoâng thöïc hieän ñöôïc. Do ñoù, ñeå keát noái hai thieát bò gioáng nhau chuùng ta phaûi söû duïng moät boä caùp noái tieáp hai maùy tính (khoâng caàn modem) nhö hình 2.9. Hình 2.9. Sô ñoà keát noái giöõa hai DTE (hay hai DCE) vôùi nhau. Chuù yù: Coù theå keát noái nhieàu thieát bò RS-422 hoaëc RS-485 tôùi moät coång noái tieáp. Neáu coù moät boä chuyeån ñoåi RS-232/RS-485 thì coù theå duøng coång noái tieáp Matlab cho nhöõng thieát bò naøy. 2.3.4. Traïng thaùi tín hieäu. Trong truyeàn noái tieáp, caùc tín hieäu coù hai traïng thaùi: Traïng thaùi tích cöïc vaø traïng thaùi khoâng tích cöïc. Traïng thaùi tích cöïc töông öùng vôùi giaù trò nhò phaân laø 1 hay ñöôïc moâ taû möùc logic 1, ON, TRUE hoaëc moät daáu (x). Traïng thaùi khoâng tích cöïc töông öùng vôùi giaù trò nhò phaân laø 0 hay ñöôïc moâ taû nhö laø logic 0, OFF, FALSE, ø moät kyù töï roãng ( ) hoaëc laø moät ñieåm. Ñoái vôùi tín hieäu döõ lieäu, traïng thaùi tín hieäu laø “ON” khi ñieän aùp tín hieäu nhaän ñöôïc nhoû hôn –3V, traïng thaùi tín hieäu laø “OFF” khi ñieän aùp tín hieäu nhaän ñöôïc lôùn hôn +3V. Ñoái vôùi tín hieäu ñieàu khieån, traïng thaùi tín hieäu laø “ON” khi ñieän aùp tín hieäu nhaän ñöôïc lôùn hôn +3V, traïng thaùi tín hieäu laø “OFF” khi ñieän aùp tín hieäu nhaän ñöôïc nhoû hôn -3V. Ñieän aùp giöõa –3V vaø +3V ñöôïc goïi laø vuøng chuyeån tieáp, ôû vuøng naøy traïng thaùi tín hieäu khoâng ñöôïc xaùc ñònh. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 8
19. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG Ñeå ñöa tín hieäu naøy ñaït trang thaùi “ON” thieát bò ñieàu khieån haï thaáp giaù trò daønh cho chaân döõ lieäu vaø naâng cao giaù trò daønh cho chaân ñieàu khieån. Ngöôïc laïi, ñeå ñöa tín hieäu tôùi traïng thaùi “OFF”, thieát bò ñieàu khieån naâng cao giaù trò cho chaân döõ lieäu vaø haï thaáp giaù trò cho chaân ñieàu khieån. Hình 2.10. bieåu dieãn traïng thaùi “ON” vaø “OFF” cho moät tín hieäu döõ lieäu vaø moät tín hieäu ñieàu khieån. Hình 2.10. Traïng thaùi tín hieäu cuûa caùc chaân trong coång noái tieáp 2.3.4.1. Chaân döõ lieäu Haàu heát nhöõng thieát bò giao tieáp noái tieáp ñöôïc hoã trôï söï truyeàn thoâng keùp (full-duplex), nghóa laø, chuùng coù theå göûi vaø nhaän döõ lieäu taïi cuøng moät thôøi ñieåm. Do ñoù, vieäc truyeàn vaø nhaän döõ lieäu do töøng chaân rieâng reõ ñaûm nhaän. Ñoái vôùi coång COM ngöôøi ta söû duïng nhöõng chaân TD, RD, GND. Tuy nhieân, coù moät vaøi loaïi thieát bò coång noái tieáp chæ hoã trôï moät ñöôøng truyeàn hay truyeàn thoâng ñôn (half-duplex). Ñoái vôùi nhöõng thieát bò naøy chæ duøng chaân TD vaø GND. Ñeå thöïc hieän ñeà taøi giao tieáp, söû duïng phöông phaùp truyeàn thoâng keùp. Chaân TD mang döõ lieäu töø DTE truyeàn tôùi moät DCE. Ngöôïc laïi, chaân RD nhaän döõ lieäu töø moät DCE do moät DTE truyeàn. 2.3.4.2. Chaân ñieàu khieån. Caùc chaân ñieàu khieån cuûa coång noái tieáp 9 chaân bao goàm RTS vaø CTS, DTR vaø DSR, CD vaø RI chuùng ñöôïc duøng ñeå: - Xaùc ñònh tình traïng cuûa tín hieäu. - Ñieàu khieån doøng döõ lieäu. ƒ Chaân RTS vaø CTS: Caëp chaân RTS vaø CTS ñöôïc duøng ñeå baùo hieäu thieát bò ñaõ saün saøng gôûi hay nhaän döõ lieäu. Kieåu ñieàu khieån doøng döõ lieäu naøy ñöôïc duøng ñeå ngaên caûn söï maát maùt döõ lieäu trong suoát thôøi gian truyeàn vaø ñöôïc goïi laø thieát laäp quan heä baét tay phaàn cöùng (hardware handshaking). Sau khi thöïc hieän keát noái giöõa DTE vaø DCE chuùng ñöôïc hoaït ñoäng theo trình töï sau: - DTE xaùc nhaän chaân RTS ñeå baùo cho DCE bieát noù ñaõ saün saøng ñeå nhaän döõ lieäu. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 9
20. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG - DCE xaùc nhaän chaân CTS baùo hieäu ñaõ xoùa saïch ñeå gôûi döõ lieäu töø chaân TD, neáu döõ lieäu coù chieàu daøi khoâng vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp thì chaân CTS khoâng ñöôïc xaùc nhaän. - Döõ lieäu ñöôïc truyeàn töø chaân TD tôùi DTE, neáu döõ lieäu coù chieàu daøi khoâng vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp thì DTE khoâng xaùc nhaän tín hieäu töø chaân CTS. Vì vaäy quaù trình truyeàn döõ lieäu khoâng ñöôïc tieáp tuïc. ƒ Chaân DTR vaø DSR: Nhieàu thieát bò söû duïng chaân DSR vaø DTR ñeå baùo tình traïng keát noái vaø nguoàn cung caáp. Tín hieäu cuûa nhöõng thieát bò ñöôïc keát noái duøng DTR vaø DSR hoaït ñoäng theo hai böôùc: - DTE xaùc nhaän chaân DTR ñeå yeâu caàu söï keát noái DCE vôùi ñöôøng truyeàn. - DCE xaùc nhaän chaân DSR ñeå baùo hieäu tình traïng ñaõ keát noái, DCE khoâng xaùc nhaän chaân DSR khi khoâng ñöôïc keát noái vôùi ñöôøng truyeàn. Ñaàu tieân chaân DTR vaø DSR ñöôïc thieát keá nhaèm thay theá phöông phaùp keát noái baét tay phaàn cöùng, tuy nhieân, theo phöông thöùc naøy chæ söû duïng chaân RTS vaø CTS maø khoâng duøng chaân DSR vaø DTR. ƒ Chaân CD vaø RI: Ñöôïc söû duïng ñeå baùo hieäu traïng thaùi tín hieäu saün saøng trong suoát quaù trình keát noái giöõa hai boä keát noái. Chaân CD duøng ñeå baùo hieäu tình traïng keát noái giöõa hai modem hoaëc tín hieäu soùng daïng soá. Chaân CD ñöôïc xaùc nhaän khi DCE nhaän tín hieäu vôùi taàn soá thích hôïp, ngöôïc laïi, khoâng xaùc nhaän neáu nhö DCE khoâng nhaän ñöôïc tín hieäu thích hôïp. Chaân RI ñöôïc duøng ñeå baùo hieäu söï hieän dieän cuûa moät tín hieäu chuoâng. RI ñöôïc xaùc nhaän khi DCE nhaän moät tín hieäu chuoâng, ngöôïc laïi, khoâng ñöôïc xaùc nhaän khi DCE khoâng nhaän tín hieäu chuoâng. 2.3.5. Ñònh daïng vaø phöông thöùc truyeàn döõ lieäu noái tieáp. 2.3.5.1. Ñònh daïng döõ lieäu. Daïng döõ lieäu noái tieáp goàm moät bít khôûi ñaàu, ôû giöõa laø 5 ñeán 8 bít döõ lieäu vaø cuoái cuøng laø 1 hoaëc 2 bít döøng, cuõng coù theå coù theâm moät bít chaün leû naèm tröôùc bít döøng. Daïng döõ lieäu noái tieáp truyeàn ñöôïc minh hoaï trong sô ñoà hình 2.11. Hình 2.11. Giao thöùc truyeàn noái tieáp. Ñònh daïng döõ lieäu noái tieáp thöôøng ñöôïc bieåu dieãn kyù hieäu nhö sau: soá bít döõ lieäu – bít chaün leû – soá bít döøng. Chaúng haïn, kyù hieäu 8–N-1 coù nghóa laø 8 bít döõ lieäu, khoâng coù bít chaün leû, moät bít döøng. Trong khi 7-E-2 coù nghóa laø 7 bít döõ lieäu – coù bít chaün leû vaø 2 bít döøng. Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 10
21. LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Ngöôøi Höôùng Daãn: PGS.TS. ÑOà VAÊN DUÕNG Nhöõng bít döõ lieäu thöôøng ñöôïc bieåu dieãn nhö moät kyù töï bôûi nhöõng bít naøy thöôøng ñaïi dieän cho moät kyù töï maõ ASCII. Nhöõng bít coøn laïi ñöôïc goïi laø nhöõng bít khung bôûi chuùng chæ coù chöùc naêng ñoùng khung bít döõ lieäu. Chuù yù: Khi truyeàn döõ lieäu, thieát bò nhaän vaø thieát bò truyeàn phaûi coù cuøng ñònh daïng döõ lieäu. 2.3.5.2. Phöông thöùc truyeàn döõ lieäu. Tieâu chuaån RS-232 cung caáp 2 loaïi ñònh chuaån truyeàn thoâng: Ñoàng boä vaø baát ñoàng boä. Vôùi ñònh chuaån ñoàng boä, taát caû nhöõng bít truyeàn ñöôïc ñoàng boä hoùa vôùi moät xung clock. Ñaàu tieân, hai thieát bò phaûi ñöôïc ñoàng boä hoùa vôùi nhau vaø sau ñoù tieáp tuïc göûi nhöõng kyù töï ñoàng boä hoùa. Ngay caû khi khoâng truyeàn döõ lieäu, doøng bít khoâng ñoåi ñöôïc truyeàn ñi ñeå caùc thieát bò xaùc ñònh ñöôïc traïng thaùi laøm vieäc cuûa nhau trong baát kyø thôøi ñieåm naøo. Moãi bít ñöôïc göûi hoaëc laø döõ lieäu thöïc hoaëc laø moät kyù töï roãng (voâ ích). Phöông phaùp truyeàn ñoàng boä cho pheùp toác ñoä truyeàn döõ lieäu nhanh hôn phöông phaùp baát ñoàng boä do khoâng theâm vaøo caùc bít khung ñeå xaùc ñònh ñieåm baét ñaàu vaø keát thuùc cuûa moãi byte döõ lieäu. Vôùi giao thöùc baát ñoàng boä, moãi thieát bò söû duïng xung clock rieâng cuûa noù trong caùc bytes döõ lieäu, döõ lieäu ñöôïc truyeàn ôû baát kyø thôøi ñieåm naøo. Do ñoù, thay vì trong truyeàn ñoàng boä ngöôøi ta söû duïng thôøi gian ñeå ñoàng boä hoùa caùc bít döõ lieäu, trong truyeàn baát ñoàng boä ngöôøi ta söû duïng phöông phaùp ñònh daïng döõ lieäu. Ñieån hình, döõ lieäu truyeàn ñöôïc ñoàng boä hoùa baèng caùch söû duïng bít khôûi ñaàu vaø moät hoaëc nhieàu bít keát thuùc ñeå baùo hieäu keát thuùc moät byte döõ lieäu. Vôùi vieäc theâm vaøo caùc bít khung naøy laø nguyeân nhaân laøm cho phöông phaùp truyeàn baát ñoàng boä chaäm hôn truyeàn ñoàng boä. Tuy nhieân, noù coù lôïi theá lôùn laø boä xöû lyù khoâng phaûi xöû lyù caùc kyù töï roãng ñöôïc theâm vaøo nhö trong truyeàn ñoàng boä. Hieän nay, haàu heát nhöõng coång noái tieáp söû duïng phöông phaùp truyeàn döõ lieäu baát ñoàng boä. 2.3.6. Nguyeân lyù truyeàn döõ lieäu. Döõ lieäu noái tieáp ñöôïc truyeàn töøng bít moät vaø theo thöù töï truyeàn nhö sau: 1. Bít khôûi ñaàu ñöôïc truyeàn vôùi giaù trò 0. 2. Truyeàn caùc bít döõ lieäu. 3. Bít döõ lieäu ñaàu tieân thì töông öùng vôùi bít coù troïng soá nhoû nhaát (LSB), trong khi bít döõ lieäu cuoái cuøng töông öùng vôùi bít coù troïng soá lôùn nhaát (MSB). 4. Bít chaün leû (neáu coù) ñöôïc truyeàn tieáp theo. 5. Moät hoaëc hai bít döøng ñöôïc truyeàn, moãi laàn truyeàn vôùi giaù trò laø 1. Soá bít truyeàn trong moät giaây ñöôïc goïi laø toác ñoä baud. Nhöõng bít ñöôïc truyeàn bao goàm bít khôûi ñaàu, caùc bít döõ lieäu, bít chaün leû (neáu coù) vaø nhöõng bít döøng. ƒ Bít khôûi ñaàu vaø nhöõng bít döøng. Trong giao tieáp ñoàng boä vaø baát ñoàng boä, haàu heát nhöõng coång noái tieáp truyeàn theo phöông phaùp baát ñoàng boä. Ñieàu naøy coù nghóa laø caùc byte döõ lieäu truyeàn phaûi Hoïc Vieân Thöïc Hieän: KS. HUYØNH QUOÁC VIEÄT Trang 11