Luận văn Thiết kế và thi công máy chấm điểm trắc nghiệm giao tiếp máy vi tính

138 trang phuongnguyen 4160

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế và thi công máy chấm điểm trắc nghiệm giao tiếp máy vi tính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

luan_van_thiet_ke_va_thi_cong_may_cham_diem_trac_nghiem_giao.pdf

Nội dung text: Luận văn Thiết kế và thi công máy chấm điểm trắc nghiệm giao tiếp máy vi tính

MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 1 Đầu tư cho Giáo dục chính là đầu tư lớn nhất, vững chắc nhất cho tiền đề phát triển Kinh tế_Xã hội trong tương lai gần của một quốc gia với vốn đầu tư thấp nhất. Thực tế nhiều nước trên thế giới như: Trung Quốc, Nhật Bản, đã chứng minh được điều ấy. Ở nước ta, tỉnh An Giang với sự đầu tư cho Giáo dục trong khoảng 10 năm trở lại đây, ngân sách đầu tư cho Giáo dục chiếm từ 20 đến 30% tổng thu nhập hàng năm. An Giang đã và đang có một một nguồn nhân lực dồi dào, với tầm kiến thức khá rộng và gần như bao gồm tất cả mọi lĩnh vực khoa học, tạo nền móng cơ bản cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng kinh tế xã hội, và từ đó phát triển hơn nữa nguồn nhân lực trí thức này để tiến hành xây dựng từng bước cơ sở cao tầng về sau (Số liệu lấy từ nguồn Sở Giáo Dục Tỉnh An Giang năm 1998). Qua 10 năm đầu tư cho Giáo dục, trước hết, An Giang đã có một thành phố, thành phố Long Xuyên, thành lập vào tháng tư năm 1999. Tiếp theo là sự phát triển ồ ạt của thị xã Châu Đốc cùng với hàng loạt các trường lớp, các trường Đại Học dần ra đời. Được biết, đầu năm 2000, An Giang sẽ khánh thành trường Đại học Tỉnh An Giang (cuối tháng 12 năm 1999, trường đã đi vào hoạt động chính thức), với quy mô không thua trường Đại học Tỉnh Cần Thơ. Việc xây dựng Trường Đại học này nhằm xây dựng nguồn nhân lực tại chỗ cho Tỉnh An Giang, là chiến lược Giáo dục và cũng là chiến lược kinh tế của Tỉnh. Các cuộc khủng hoảng kinh tế khu vực thường bắt nguồn từ một nước nào đó, như cuộc khủng hoảng kinh tế khu vực Đông Nam Á vào tháng 07 năm 1997 bắt nguồn từ sự mất cân bằng nghiêm trọng cán cân xuất nhập khẩu Thái Lan, sau đó ảnh hưởng nhanh sang các nước trong khu vực như Malaysia, Indonesia, Philipin, ; Nền khoa học_kỹ thuật_công nghệ, với sự phát triển vượt bậc của mình, các nước Mỹ, Nhật dẫn đến một Hồng Kông với mong muốn xây dựng một cảng Silicon giống thung lũng Silicon công nghệ cao của Mỹ, và điều này đang được thực hiện (Thông tin Thời sự, mục Khoa học Kỹ thuật Đài truyền hình Thành Phố Hồ Chí Minh, kênh HTV7, phát lúc 19 giờ ngày 06 tháng 07 năm 1999). Trong cùng một xã hội thì sự biến đổi, phát triển của một nước sẽ làm cho các nước cạnh bên run mình chuyển động theo. Cùng nằm trong chu trình ấy, Việt Nam trước thềm thế kỉ XXI, trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, muốn chuyển mình để trở thành con Rồng Châu Á, cần phải có một sự đầu tư đúng đắn hơn, nhắm vào mục tiêu lâu dài của Đất nước. Để đáp ứng nhu cầu Xã hội, ngành Giáo dục có nhiệm vụ đào tạo ra một thế hệ công dân mới, đồng thời bồi dưỡng cho thế hệ công dân đang tham gia sản xuất một kiến thức sâu, rộng. Hiện nay, ngành Giáo dục và Đào tạo đã có những tiến bộ không ngừng trong công tác và nhiệm vụ của ngành, nhưng quá trình đào tạo nào cũng vậy, nếu không có sự kiểm tra đầu ra thì toàn bộ quá trình đào tạo ấy xem như không hoàn thiện. Nguồn kiến thức sâu rộng đưa đến đầu tư cho thế hệ trẻ, những công dân mới, đã khó nhưng vấn đề kiểm tra ở đầu ra lại càng khó hơn. Nhiều hình thức kiểm tra đầu ra được áp dụng, từ kiểm tra miệng, kiểm tra vấn đáp, kiểm tra viết, bài tập lớn, làm tiểu luận, làm luận văn, Trong những hình thức kiểm tra nói trên, kiểm tra trắc nghiệm, tuy chỉ mới xuất hiện, còn mới ở nước ta và đang còn trong giai đoạn nghiên cứu nhưng đã và đang được chú ý đến. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 2 Do tính chất phức tạp của việc vận dụng một hệ thống kiểm tra trắc nghiệm cũng như đây là một hệ thống còn quá mới ở Việt Nam, các công cụ thực thi chưa có nên người nghiên cứu tiến hành tìm hiểu và thiết kế một công cụ kiểm tra trắc nghiệm. Đây là một công cụ lao động, vấn đề được đặt ra là công cụ này phải có tính khả thi, dễ sử dụng, có tính cơ động, có tính kết hợp, có tính tự động và có tính thích nghi (khả năng sửa đổi, nâng cấp). Sau một thời gian tìm hiểu, người nghiên cứu tiến hành thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH”. I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Xã hội cần một nguồn nhân lực mới với sự bổ sung đầy đủ các kiến thức khoa học kỹ thuật đã tạo tiền đề cho ngành Giáo dục và Đào tạo xây dựng hệ thống giáo dục tiên tiến, đào tạo ra thế hệ trẻ với tầm kiến thức sâu rộng. Chính sự kiểm tra đầu ra của quá trình đào tạo này đã khiến cho hình thức kiểm tra trắc nghiệm ngày càng phổ biến rộng rãi và hiện nay được áp dụng cho hầu hết các môn học. Qua hình thức kiểm tra trắc nghiệm lượng kiến thức kiểm tra được trải rộng, không co cụm, không trọng tâm. Người làm bài phải đảm bảo được tính chính xác, không lầm lẫn; tính chất mồi nhử của mỗi lựa chọn của câu trắc nghiệm chính là thử thách cho người làm bài. Trắc nghiệm là hình thức được sử dụng rộng rãi trong các kỳ thi, đặc biệt là môn Ngoại văn. Với số lượng bài thi lớn, dụng cụ thô sơ (giấy đục lỗ hoặc phải quan sát) người chấm không tránh khỏi những nhầm lẫn xảy ra. Thời gian chấm bài cũng là một vấn đề đối với người chấm và là yếu tố khách quan ảnh hưởng đến kết quả bài thi. Vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn, tạo một công cụ giúp giải phóng sức lao động cho người chấm, những người đã vất vả trong lĩnh vực lao động trí óc, chính là mong muốn và là nhân tố giúp người nghiên cứu mạnh dạn tiến hành tìm hiểu và thực hiện đề tài. II. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ: Trắc nghiệm đã xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, đến giữa thế kỷ XIX trắc nghiệm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tâm lý học để chỉ một bằng chứng, một chứng tích. Đầu thập niên 80 của thế kỷ XX, trắc nghiệm được nhiều nước trên thế giới chính thức đặt nền móng để nghiên cứu. Cho tới nay, đã có nhiều thành tựu trong việc nghiên cứu các hình thức trắc nghiệm, như tại Mỹ, Nhật, Anh đã có các bộ trắc nghiệm hoàn chỉnh, có tính khoa học cao. Tuy đã xuất hiện từ rất lâu nhưng tại Việt Nam, kiểm tra trắc nghiệm, chỉ mới được định hình. Do còn quá mới nên công cụ phục vụ còn nhiều thiếu thốn. Một công cụ đáp ứng cho nhu cầu hiện tại của ngành, phục vụ cho công tác chấm bài chính là tính cấp thiết của vấn đề. Máy có độ tin cậy cao, có thể áp dụng vào các kỳ thi quan trọng. III. YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI: Chấm điểm bằng công cụ máy móc, thiết bị tự động nên vấn đề về tính sử dụng được đặt ra là: với tính tự động cao, đảm bảo chính xác, không có yếu tố chủ quan tác động lúc chấm, chấm bài với số lượng lớn, thời gian chấm bài ngắn. Ngành Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 3 Giáo dục với nguồn kinh phí còn nhiều hạn chế nên vấn đề về tính kinh tế cũng được đặt ra: chi phí sản xuất thấp, sử dụng tối đa khả năng cung cấp nguyên vật liệu trong nước, có khả năng sản xuất đồng loạt, được thị trường chấp nhận. Là một sản phẩm mang tính khoa học nên vấn đề về tính kỹ thuật phải được đặt lên hàng đầu, máy phải đảm bảo: làm việc ổn định, chính xác, tuổi thọ sử dụng cao, dễ lắp ráp sửa chữavà bảo trì. Thị hiếu của người tiêu dùng cũng là vấn đề không nhỏ nên tính mỹ thuật của sản phẩm cần phải đảm bảo: gọn nhẹ, logic cấu hình. Ngoài ra, do không thể ngừng lại ở chỗ là một sản phẩm, máy còn là một công trình nghiên cứu nên khả năng kế thừa vẫn phải có, máy phải có tính dễ tìm hiểu. Ngoài tính thỏa mãn nhu cầu tức thời, máy cần phải có tính tương thích và dễ dàng nâng cấp để có thể đáp ứng cho nhu cầu mới trong tương lai. IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Do sự hạn hẹp về kiến thức, kinh nghiệm, thời gian và kinh phí nghiên cứu, cũng như phương tiện nghiên cứu, đo lường nên đề tài dừng lại ở mức độ sơ khởi. Tính chính xác và tính cơ động chưa cao, máy chỉ thực hiện được các chức năng: nhận đáp án mẫu, chấm bài, xem điểm, truy xuất, lưu trữ, xóa, chèn, phúc khảo, xem lại bài chấm, kết hợp dữ liệu, mã truy xuất, đặc biệt không cho khả năng sửa bài hay sửa mã bài chấm. V. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Đề tài không ngừng lại ở mức độ nghiên cứu khoa học mà phải tìm hiểu sâu hơn để biến kiến thức được học trong nhà trường thành công trình khoa học khả thi. Giúp người người nghiên cứu năng động trong khoa học, sáng tạo trong tình huống khoa học, vận dụng kiến thức và khả năng sáng tạo thành một thể thống nhất để giải quyết vấn đề trong thực tế. Đó là mục đích chính của đề tài. Trước mắt, tìm hiểu nhu cầu xã hội, đặt vấn đề, tìm hướng giải quyết, chọn phương pháp thực hiện, học hỏi kinh nghiệm, thực hiện giải quyết vấn đề. Trong tương lai, thực hiện chuyên đề với kinh nghiệm đã có, đặt ra nhu cầu mới và giải quyết. VI. KHẢO SÁT TÀI LIỆU LIÊN HỆ: 1. Châu Kim Lang- Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học- Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh- 1984: Tham khảo tài liệu này giúp cho người nghiên cứu xác định được hướng đi của đề tài, tránh hiện tượng đi lòng vòng, tập trung vào những điểm chính từ đó phát triển và hoàn chỉnh dần đề tài. Ngoài ra, cách trình bày và thực hiện một đề tài cũng được trình bày trong cuốn sách này. 2. Hồng Minh Nhật- Thiết Kế Và Lắp Ráp Máy Tính CPU Z80- Nhà Xuất Bản Giáo Dục-1994: tham khảo cách hoạt động của một hệ thống hoàn chỉnh, nắm bắt cách vận hành một hệ vi xử lý để từ đó liên hệ tìm hiểu qua các vận hành của hệ vi xử lý từ 80286 đến 80486. 3. Trần Văn Trọng- Kỹ Thuật Vi Xử Lý- Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh- 1995: sự phát triển và nguyên lý vận hành của các hệ thống vi xử lý. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 4 4. Trần Ngọc Sơn (biên soạn)-Tra cứu TRANSISTOR NHẬT BẢN- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật-Hà Nội 1991: tra cứu thông số kỹ thuật và sơ đồ chân của BJT. 5. Tra cứu VI Mạch Số CMOS- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật-Hà Nội 1993: tra cứu thông số kỹ thuật và sơ đồ chân của vi mạch số CMOS. 6. Data book Digital IC (Tra cứu IC số)- 1992: tra cứu thông số kỹ thuật và sơ đồ chân của vi mạch số TTL. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 5 VII. XÁC ĐỊNH THUẬT NGỮ: CPU : Central Processing Unit, đơn vị xử lý trung tâm. Mạch lưu giữ,ø xử lý và điều khiển bên trong máy tính, bao gồm đơn vị số học–logic (ALU), đơn vị điều khiển và bộ nhớ sơ cấp trong dạng ROM hoặc RAM. Chỉ có đơn vị ALU và đơn vị điều khiển được chứa trọn vẹn trong chíp gọi là chíp xử lý. ROM : Read Only Memory, bộ nhớ chỉ đọc. Một phần của bộ nhớ sơ cấp của máy tính, thường được dùng để lưu trữ các địa chỉ lệnh hệ thống. Không bị mất nội dung khi bị mất điện. RAM : Random Access Memory, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. Bộ nhớ sơ cấp của máy tính. Trong đó, byte lệnh và byte dữ liệu được lưu trữ sau cho đơn vị xử lý trung tâm có thể truy cập trực tiếp vào chúng thông qua bus cao tốc. Thông tin trong RAM bị mất đi khi bị mất điện. BOARD : Circuit board, bảng mạch. Tấm Plastic phẳng, trên đó có gắn sẵn linh kiện điện tử. CARD : Card, bìa, bảng. Một board mạch điện tử được thiết kế nhằm thực hiện một chức năng nào đó và có thể cắm vào một khe slot của bus mở rộng trong máy vi tính. BUS : Bus, đường truyền. Là tập hợp các đường dẫn có cùng chức năng và nhiệm vụ. SLOT : Expansion Slot, khe cắm mở rộng. Là đường dữ liệu mở rộng của máy tính, được thiết kế để cắm vừa các card giao tiếp. PORT : Port, cảng, cổng. Là cổng giao tiếp, là mối nối giữa các đường truyền với nhau. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 6 Để đảm bảo tính khoa học, tính hệ thống, tính tường minh và tính hiệu quả đề tài được thực hiện qua các giai đoạn sau:  Tìm hiểu đề tài.  Soạn đề cương.  Thu thập dữ liệu.  Xử lý dữ kiện.  Thiết kế mạch.  Thi công.  Cân chỉnh.  Thu hoạch.  Viết đề tài. I. TÌM HIỂU ĐỀ TÀI: Đề tài được giáo viên hướng dẫn gợi ý, người thực hiện tiến hành tìm hiều. Nhận thấy tính khoa học, tính cấp thiết, tính giá trị cùng với sự say mê và phát sinh ý tưởng, đề tài được chọn với nội dung: thiếât kế và thi công máy chấm điểm trắc nghiệm giao tiếp máy vi tính cá nhân (Personal Computer, viết tắt là PC). Người thực hiện đăng ký đề tài với khoa Điện – Điện tử với sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn. II. SOẠN ĐỀ CƯƠNG: Giai đoạn soạn đề cương nhằm đạt được các mục đích: xác định nhiệm vụ, phân tích công trình liên hệ, phân tích tài liệu liên hệ, lập kế hoạch nghiên cứu. 1. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu: Trên cơ sở tìm hiểu sơ bộ đề tài, nhiệm vụ được đặt ra như sau:  Tìm hiểu sơ bộ về giao tiếp ngoại vi và cổng giao tiếp.  Tìm hiểu bộ cảm biến quang.  Thiết kế hệ thống quét ảnh.  Thiết kế phần cứng và phần cơ khí.  Xây dựng phần mềm điều khiển và xử lý thông tin. 2. Phân tích công trình liên hệ: Đồ án tốt nghiệp của anh Trần Ngọc Vân và anh Lê Nguyễn Duy Đức, sinh viên khóa 92, niên khóa 1992-1997, khoa Điện, bộ môn Điện Khí Hóa và Cung Cấp Điện với tên: “THIẾT KẾ MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM” giúp cho người nghiên cứu rất nhiều kinh nghiệm và có thể lấy đó làm tài nguyên nghiên cứu như hệ thống cảm quang, thiết bị giao tiếp ngoại vi PPI 8255A, nhưng nhìn chung, đề tài còn nhiều thiếu sót và hạn chế như: không có tính tự động cao, chấm mỗi lần chỉ một bài, tính ổn định chưa cao, tốc độ chậm, không tường minh trong thiết kế, máy là một hệ cô lập, không tính cơ động, khó liên kết, không giao tiếp, khó cải tiến. Mặc dù nghiên cứu thiết kế một hệ thống trên nguyên lý vận hành hoàn toàn khác công trình nghiên cứu trước nhưng những yếu tố thu được trong các công trình này là nguồn tài nguyên giúp cho người nghiên cứu cải tiến và khắc phục những điều chưa hoàn chỉnh trên chính công trình của mình. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 7 3. Lập kế hoạch nghiên cứu: Đề cương nghiên cứu chính là bộ khung đảm bảo cho công việc nghiên cứu được tiến hành theo một trình tự thống nhất và logic. Việc thiết lập đề cương và đề cương chi tiết có thể tránh được hiện tượng không logic kiến thức, bài làm không mạch lạc, không hệ thống, đồng thời, giúp tự cân đối tài nguyên nghiên cứu. Sau là dàn ý của đề tài: ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU PHẦN A: GIỚI THIỆU LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG DẪN NHẬP CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CHƯƠNG I : KHẢO SÁT CỔNG GIAO TIẾP CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN CẢM BIẾN CHƯƠNG III : CÁC MẠCH HỖ TRỢ CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG CHƯƠNG V : XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG KẾT LUẬN PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ PHỤ ĐÍNH Việc thiết kế lại được thực hiện dựa trên cấu hình của đề cương chi tiết: ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT PHẦN A: GIỚI THIỆU LỜI NÓI ĐẦU Sơ lược nội dung nghiên cứu, tóm tắt thành quả đạt được. MỤC LỤC Cấu trúc toàn bộ đề tài. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 8 PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG DẪN NHẬP Giới thiệu sơ lược hoàn cảnh lịch sử và hoàn cảnh ra đời của ý tưởng thiết kế. CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN Những cơ sở làm nền tảng cho công việc nghiên cứu và thiết kế. CHƯƠNG I : KHẢO SÁT CỔNG GIAO TIẾP Giới thiệu chung về cổng giao tiếp, giao tiếp ngoại vi của máy vi tính, cổng máy in. Khảo sát vi mạch PPI 8255A. CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN CẢM BIẾN Giới thiệu chung Cảm biến quang: Khái niệm, linh kiện quang điện tử, linh kiện cảm biến quang điện, linh kiện cảm biến quang công nghiệp. CHƯƠNG III : CÁC MẠCH HỖ TRỢ Các mạch bảo vệ, mạch khuếch đại sử dụng trong đề tài. CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG Thiết kế và thi công: mạch giao tiếp đa năng, mạch quét và mạch đệm, mạch công suất phần cơ, mạch trung tâm. CHƯƠNG V : XÂY DỰNG PHẦN MỀM Giới thiệu tổng quát về lập trình, phần mềm lập trình PASCAL. Xây dựng sơ đồ khối của các thủ tục chính, viết hoàn chỉnh thủ tục đọc và viết (nhận và truyền dữ liệu). Giới thiệu cách sử mềm điều khiển. CHƯƠNG KẾT LUẬN Tổng kết lại vấn đề và hướng phát triển trong tương lai. PHẦN C: PHỤ LỤC VÀ PHỤ ĐÍNH Tài liệu liên hệ, các bảng-biểu thu hoạch trong quá trình nghiên cứu. III. THU THẬP DỮ KIỆN: Tham khảo tài liệu, khảo sát các mạch thực tế, kết hợp giữa lý thuyết với mạch để tạo ra mạch thích hợp cho nội dung nghiên cứu. Chú ý trọng tâm nghiên cứu. Ghi chép lại thông tin quan trọng, sơ đồ mạch, sơ đồ nguyên lý. Trong quá trình thu thập dữ kiện, nếu có gặp vấn đề khó hiểu, tiến hành tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn. IV. XỬ LÝ DỮ KIỆN: Hệ thống lại thông tin cập nhập được, phân loại theo tầm quan trọng của thông tin cũng như mối liên hệ giữa các thông tin, chắt lọc thông tin. V. THIẾT KẾ-THI CÔNG-CÂN CHỈNH-THU HOẠCH: Sau khi đủ cơ sở lý luận ta tiến hành thiết kế các mạch dựa trên các thông tin và kiến thức có được, chạy hệ thống bằng sơ đồ nguyên lý, test trên board, nhờ sự kiểm tra của giáo viên hướng dẫn trước khi vẽ mạch in. Sửa chữa nếu có. Thi công Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 9 vẽ và hàn linh kiện vào mạch in, thử lại, cân chỉnh hệ số. Nghiệm thu. Làm tiếp phần khác. Thử kết nối. Tổng nghiệm thu. VI. VIẾT ĐỒ ÁN: Viết sơ bộ các chương trên cơ sở dàn ý chi tiết. Xin ý kiến của giáo viên hướng dẫn khi đã hoàn thành sơ lược. Sửa chữa. Viết lại chính thức. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 10 Từ những ngày đầu của việc thiết kế một sản phẩm, công cụ lao động hay sản phẩm tiêu dùng, con người luôn tìm mọi cách để nâng cao khả năng sử dụng của sản phẩm. Công việc này bắt nguồn từ việc cải tiến dần công dụng của sản phẩm, tạo thêm các chức năng phụ, rồi đến các chức năng phụ trội chuyển tiếp, chờ một sự liên kết hay chuyển mạch là bắt đầu hoạt động để thay thế hay thêm vào một chức năng nào đó. Sự đa năng của một sản phẩm ứng dụng là yếu tố đòi hỏi hàng đầu của người tiêu dùng. Nếu nhà sản xuất, nhà chế tạo không phát huy hết khả năng sử dụng của sản phẩm thì người tiêu dùng sẽ tự cải tiến công dụng của sản phẩm ấy. Ví dụ như chiếc máy nổ Koler với công dụng chính là chạy máy tàu xuồng nhưng qua người dân có thể trở thành máy quạt lúa, động cơ truyền lực, động cơ máy suốt lúa, động cơ xe cải tiến, máy bơm nước, Giá trị sử dụng của một sản phẩm tăng là niềm vui của người thiết kế và bên cạnh ấy, một sản phẩm có nhiều giá trị sử dụng, giá trị sử dụng tăng nhiều trong khi giá thành không tăng là bao, dễ được người tiêu dùng chấp nhận hơn. Mọi sản phẩm cần phải có tính đa năng. Tính đa năng giúp sản phẩm có tính tự thích nghi và do đó chu kỳ sống của sản phẩm kéo dài hơn, điều này có lợi cho nhà sản xuất và giúp nâng cao giá trị xã hội của sản phẩm. I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỔNG GIAO TIẾP: Trong lĩnh vực điện tử, chính nhu cầu của người tiêu dùng và mong muốn của nhà thiết kế, các mạch điện không ngừng được cải tiến để nâng cao khả năng sử dụng của một hệ mạch. Có thể thực hiện công việc này bằng nhiều cách khác nhau như tăng tầm hoạt động, thêm chức năng, chức năng ẩn (chỉ hoạt động khi có nhu cầu). Sự phát triển không ngừng của ngành Điện-điện tử, thông tin khiến cho những sản phẩm làm ra không thể ngừng lại ở đó, yêu cầu mới được đặt ra là tính tương thích. Máy này có thể giao tiếp, trao đổi, bắt tay với máy khác, cùng loại hay khác loại, một chiều hay nhiều chiều, đồng bộ hay bất đồng bộ, với một máy hay nhiều máy. Các cổng giao tiếp ra đời. Port là từ đại diện cho các cổng giao tiếp, các cổng truyền dữ liệu hữu tuyến tương tự hay số, hai (02) dây đến n dây dẫn. Với xu hướng ấy, cổng giao tiếp không còn là nơi truyền và nhận thông tin giữa hai (02) máy, giữa hai (02) hay nhiều hệ thống, mà còn là sự kết nối giữa một bộ phận với một hệ thống hay hệ thống này với một hệ thống khác tạo nên sự thống nhất, liên hoàn, bổ sung cho nhau. Để khai thác thêm những tính năng chưa có của một hệ thống người ta thường thông qua cổng giao tiếp và dùng cổng này để lấy thông tin của hệ thống trung tâm truyền qua cho hệ thống bổ sung và từ đây thông tin được xử lý lần hai để đạt được yêu cầu mong muốn. Máy vi tính ra đời có thể được xem là cột mốc phát triển của khoa học kỹ thuật, đánh dấu một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ thông tin. Thời kỳ đầu, để minh họa cho tính đa năng và khả năng tương thích của mình, máy AT thực hiện được khá nhiều chức năng; máy AT là bậc cao hơn của chiếc máy tính bỏ túi và nơi nó còn chứa những tính năng của chiếc máy Tivi trắng đen, với hàng loạt các Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 11 slot AT và các card màn hình, card I/O, card IDE cắm trên các slot này tạo cho nó có thêm nhiều khả năng về lưu trữ, hiển thị, điều khiển. Máy XT, 286, 386 ra đời cũng dựa trên những tính năng ấy nhưng được nâng lên một bậc cao hơn về khả năng xử lý, chức năng sử dụng, tốc độ thực hiện. Một hệ thống cô lập không còn chiếm vị trí hàng đầu. Sự ra đời của slot PCI là sự hoàn chỉnh lại của slot ISA về tốc độ thực hiện, là sự kế thừa có nâng cao khả năng ứng dụng của các slot tiền nhiệm như AT, XT và là tiền đề cho các cổng giao tiếp cao tốc về sau. Với các máy đời sau, từ máy 486 DX2, các card I/O, card IDE được bổ sung vào mạch chủ (mainboard) rồi dần dần đến các đời máy 586 mạch âm thanh (sound card) và mạch màn hình (VGA card) cũng được thiết kế ngay trên mạch chủ (on board) dưới dạng tích hợp trong những IC vi xử lý. SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI ÂM THANH TỪ DẠNG SỐ SANG DẠNG TƯƠNG TỰ THÔNG QUA CARD GIAO TIẾP CỦA MÁY VI TÍNH Program Slot Card Jack CPU Sound ISA/PCI Sound Phone Speaker Tín hiệu tường minh Tín hiệu nhị phân Tín hiệu số Tín hiệu âm tần Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 12 SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU HÌNH TỪ DẠNG SỐ SANG DẠNG TƯƠNG TỰ THÔNG QUA CARD GIAO TIẾP CỦA MÁY VI TÍNH Program Slot Card Jack CPU Graph ISA/PCI VGA VGA Monitor Tín hiệu tường minh Tín hiệu nhị phân Tín hiệu số Tín hiệu hình Tính đa dạng của hình thức truyền dữ liệu đòi hỏi cần phải có một số cổng truyền riêng, mang tính đặc thù; cổng nối tiếp, cổng song song được ứng dụng để điều khiển (giao tiếp) với các thiết bị chuột (mouse), bàn phím (key board), máy in (printer) hoặc giao tiếp I/O. Máy vi tính thực hiện công việc giao tiếp này ra sao và dưới hình thức nào? Đó chính là câu hỏi được đặt ra. II. TÌM HIỂU CHUNG VỀ CỔNG MÁY IN: Thông tin truyền trong máy vi tính dưới dạng nhị phân, được thể hiện qua hai chỉ số 0 và1. Tất cả mọi ngôn ngữ, lập trình và điều khiển, đều được chuyển về ngôn ngữ máy dưới dạng số nhị phân. Người ta gọi việc truyền dữ liệu này là truyền dữ liệu dưới dạng số (digital), việc truyền này khác hẳn với việc truyền dữ liệu dưới dạng tương tự (analog) như tín hiệu âm thanh, hình ảnh. Truyền dữ liệu kiểu digital, có bốn (04) dạng truyền: Truyền song song đồng bộ. Truyền song song bất đồng bộ. Truyền nối tiếp đồng bộ. Truyền nối tiếp bất đồng bộ. Thực hiện giao tiếp qua cổng máy in là hình thức truyền dữ liệu dưới dạng song song bất đồng bộ. Việc truyền số liệu theo dạng song song bất đồng bộ này cho phép truyền 08 bit cùng một lần truyền, tốc độ truyền tùy thuộc vào hàm truyền. Khuyết điểm chính của hình thức truyền này là khoảng cách truyền ngắn, muốn truyền xa phải có bộ phận đệm dữ liệu. Vì là hình thức truyền bất đồng bộ nên không đòi hỏi phải đồng bộ từ nơi phát đến nơi thu, tức là xung clock (ck) nơi phát và nơi thu không nhất thiết phải đồng bộ với nhau. Ưu điểm của hình thức truyền bất đồng bộ là vậy, tuy nhiên bên cạnh ấy vẫn tồn tại những khó khăn khác, đó là tín hiệu bắt tay giữa nơi truyền và nơi thu. Cổng máy in giải quyết vấn đề nhờ các tín hiệu: /STROBE, /ACK, /BUSY. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 13 SƠ ĐỒ TRUYỀN CỦA BUS TRUYỀN CỔNG MÁY IN DATA BUS COMPUTER PRINTER Sơ đồ chân của cổng máy in được mô tả như sau: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA CỔNG MÁY IN Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 14 Bảng 01: Chức năng của các chân cổng máy in Châ Ký hiệu Vào/ra Ý nghĩa Mức tác động n 1 STROBE Lối ra Dữ liệu đã được gữi ra Thấp 2 D0 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 01 Ba trạng thái 3 D1 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 02 Ba trạng thái 4 D2 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 03 Ba trạng thái 5 D3 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 04 Ba trạng thái 6 D4 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 05 Ba trạng thái 7 D5 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 06 Ba trạng thái 8 D6 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 07 Ba trạng thái 9 D7 Lối ra Đường dữ liệu, bit thứ 08 Ba trạng thái 10 ACK Lối vào Xác nhận Thấp 11 BUSY Lối vào Máy in bận Cao 12 PE Lối vào Hết giấy Cao 13 SLCT Lối vào Lựa chọn Cao 14 AF Lối ra Tự nạp Cao 15 ERROR Lối vào Lỗi Cao 16 INIT Lối ra Đặt lại máy in Thááp 17 SLCTIN Lối ra Chọn kiểu in Cao 18 GND Nối đất 19 GND Nối đất 20 GND Nối đất 21 GND Nối đất 22 GND Nối đất 23 GND Nối đất 24 GND Nối đất 25 GND Nối đất Cổng máy in là một đế nối gồm có 25 chân, trong đó có 12 chân ra, 05 chân vào và 08 chân nối mass. Cụ thể:  Chân 0209 : loại chân ra, đường dẫn dữ liệu, là dạng đường dẫn một chiều, chỉ ra.  Chân 01,1017 : các chân tín hiệu bắt tay giữa máy vi tính và máy in.  Chân 1825 : các chân mass. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 15 Các bước thực hiện quá trình truyền dữ liệu của máy vi tính sang máy in như sau:  CPU chờ cho đến khi đường tín hiệu BUSY xuống thấp, tín hiệu này báo cho biết máy in đã sẵn sàng nhận dữ liệu.  CPU xuất mã của ký tự kế tiếp ra cổng máy in.  CPU đưa bit STROBE xuống thấp báo hiệu cho máy in biết dữ liệu mới đã được đưa đến cổng máy in.  Máy in nhận dữ liệu, nhận dữ liệu xong, trả bit BUSY về mức cao.  Máy in trả bit ACK về mức cao.  CPU trả bit STROBE về mức cao.  Máy in trả ACK xuống thấp.  Máy in thực hiện công việc in.  Thực hiện in xong, máy in cho BUSY xuống thấp để cho CPU biết đang sẵn sàng nhận ký tự khác. Có thể biểu diễn các bước thực hiện của dạng giao tiếp song song bất đồng bộ qua cổng máy in như sau: GIẢN ĐỒ THỜI GIAN Đặc điểm thuận lợi lớn nhất ở hình thức truyền này là tất cả các tín hiệu đều nằm ở cấp điện áp từ 0V đến 5V, có nghĩa là nó tương thích với hầu hết các IC số, loại TTL hay CMOS. Chính sự tương thích này giúp cho việc giao tiếp trở nên đơn giản và dễ dàng hơn. Tuy nhiên, ở đây các đường tín hiệu dữ liệu là dạng tín hiệu một chiều nên trong việc giao tiếp với các hình thức trao đổi tín hiệu hai (02) chiều hay tín hiệu lớn hơn phạm vi một byte thì cổng máy in không thích hợp. Tạo ra một cổng vào ra có phạm vi trao đổi lớn hơn và đa dụng hơn cổng máy in là nhiệm vụ đặt ra cho người nghiên cứu. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 16 III. KHẢO SÁT VI MẠCH PPI 8255A: Có rất nhiều IC dạng IO đảm nhiệm công việc giao tiếp trao đổi thông tin giữa các hệ thống như 82C37A, 82C42, 82C79, 82C55A, với phạm vi sử dụng và khả năng lập trình trạng thái vào ra. IC PPI 82C55A được chọn vì thỏa được yêu cầu để thiết kế mạch giao tiếp đa năng. Tiến hành khảo sát vi mạch để thuận tiện cho việc sử dụng, cụ thể khảo sát: cấu trúc phần cứng, cấu trúc thanh ghi điều khiển. 1. Cấu trúc phần cứng PPI 82C55A: PPI 82C55A là IC ngoại vi được chế tạo theo công nghệ LSI dùng để giao tiếp song song giữa các hệ thống vi mạch hay giữa Microprocessor và thiết bị điều khiển (bên trong hay bên ngoài), có 40 chân, dạng DIL. SƠ ĐỒ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ LOGIC PPI 82C55A Tên các chân PPI 82C55A: RESET : Reset input, chân vào, xác lập lại trạng thái ban đầu. CS\ : Chip Select, chân vào, chọn trạng thái hoạt động. RD\ : Read input, chân vào, xác lập trạng thái đọc. WR\ : Write input, chân vào, xác lập trạng thái ghi. A0, A1 : Port Address, chân vào, xác lập địa chỉ. D0D7 : Dữ liệu Bus (Bi – Direction), ba (03) trạng thái. PA7 – PA0 : Port A, ba trạng thái, cổng giao tiếp A. PB7 – PB0 : Port B, ba trạng thái, cổng giao tiếp B. PC7 – PC0 : Port C, ba trạng thái, cổng giao tiếp C. PPI 82C55A giao tiếp với các vi mạch khác thông qua 3 Bus: Bus dữ liệu 8 bit D0D7, Bus địa chỉ A1A2, Bus điều khiển RD\, WR\, CS\, Reset. PPI 82C55A có 03 Port xuất nhập (I/O) có tên là Port A, Port B, Port, mỗi Port 8 bit. Với 03 port dữ liệu và một thanh ghi điều khiển PPI 82C55A có thể được ứng dụng vào nhiều công dụng khác, IC quét mã bàn phím là một trong những ứng dụng ấy. Port A gồm các đường PA0PA7, Port B gồm các Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 17 đường PB0PB7 , Port C gồm các đường PC0PC7. Các Port này có thể là các Port Input hay Output tùy thuộc vào lệnh điều khiển chứa trong thanh ghi lệnh. Mã lệnh, thông tin trạng thái và dữ liệu đều được truyền trên 8 đường dữ liệu D0D7, công việc của PPI 82C55A tùy thuộc vào lệnh điều khiển chứa trong thanh ghi điều khiển. Các đường tín hiệu RD\, WR\ của PPI 82C55A được kết nối với các đường tín hiệu đọc ghi của hệ thống vi mạch (hay Microprocessor). Tín hiệu Reset dùng để khi khởi động hay khởi động lại PPI 82C55A, khi bị Reset các thanh ghi bên trong của PPI 82C55A đều bị xóa về trạng thái mặc định và PPI 82C55A ở trạng thái chờ lệnh, sẳn sàng làm việc. Như vậy, điều trước tiên khi sử dụng vi mạch này, nếu chúng ta không muốn sử dụng các giá trị mặc định, là phải nhập lệnh vào thanh ghi điều khiển mỗi khi reset lại vi mạch. Khi giao tiếp với Microprocessor ngõ vào tín hiệu Reset này được kết nối với tín hiệu Reset Out của vi xử lý. Chân Reset tác động mức cao. Tín hiệu Chip Select (CS) dùng để điều khiển hoạt động của PPI 82C55A. Tín hiệu này có thể làm cho vi mạch hoạt động bình thường hay ở trạng thái chờ. Trong việc kết hợp Microprocessor với nhiều IC tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, chân CS giúp vi xử lý chọn đúng IC cần hoạt động. Chân CS tác động mức thấp. Các đường địa chỉ A1A0 của PPI 82C55A dùng để lựa chọn các Port và thanh ghi. A1A0 = 00Bin dùng để chọn Port A, A1A0 = 01Bin dùng để lựa chọn Port B, A1A0 = 10Bin dùng để chọn Port C, A1A0 = 11Bin dùng để chọn thanh ghi điều khiển. Các Port I/O của PPI 82C55A chia ra làm 2 nhóm: Nhóm A gồm Port A và 4 bit cao của Port C, nhóm B gồm Port B và 4 bit thấp của Port C. Để sử dụng các Port của PPI 82C55A người lập trình phải gởi từ điều khiển vào thanh ghi điều khiển để định cấu hình cho các Port đúng theo yêu cầu mà người lập trình mong muốn. Khi muốn thực hiện chức năng bắt tay với các hệ thống khác, PPI 82C55A dùng các bit PC7, PC6 và PC3 của port C để thực hiện chức năng giao tiếp. Bit PC7 trở thành bit OBFA (Output Buffer Full, tác động mức thấp), khi có dữ liệu Microprocessor gởi ra Port A, tín hiệu OBFA sẽ yêu cầu thiết bị bên ngoài nhận dữ liệu. Bit PC6 trở thành bit ACKA (AcknowLedge Input, tác động mức thấp), thiết bị nhận dữ liệu dùng tín hiệu này để báo cho PPI 82C55A biết tín hiệu đã được nhận và sẳn sàng nhận dữ liệu tiếp theo. Bit PC3 trở thành INTRA (Interrupt Request, tác động mức cao), bit này có mức logic 1 khi 2 bit OBFA = 1, ACKA = 1 và bit INTEA (Interrupt Enable) ở bên trong PPI 82C55A bằng 1. Tín hiệu INTRA tác động đến ngõ vào ngắt của hệ thống trung tâm để báo thiết bị bên ngoài đã nhận dữ liệu ở Port A. Các bit còn lại của Port C: PC4, PC5 là các bit xuất hay nhập bình thường tùy thuộc vào bit D3 trong từ điều khiển. CẤU TRÚC TỪ ĐIỀU KHIỂN D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GROUP B PORT C (LOWER) 1 = INPUT 0 = OUTPUT PORT B Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy 1QU = INPUTÁCH THANH HẢI 0 = OUTPUT MODE SELECTION 0 = MODE 0
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 18 Để thuận tiện cho việc quản lý việc xuất nhập và cũng là để tăng thêm tính linh hoạt công việc giao tiếp, vi mạch PPI 82C55A phân chia ra hai cấu hình làm việc khác nhau đó là làm việc theo nhóm A và nhóm B. Tuy nhiên, cũng có thể không chú ý đến việc phân chia này trong giao tiếp trao đổi thông thường, không cần nhiều tín hiệu giao tiếp. 2. Cấu trúc thanh ghi điều khiển phần mềm của PPI 82C55A: Do các Port ra của PPI 82C55A được chia ra làm 2 nhóm A và nhóm B tách rời nên từ điều khiển của PPI 82C55A cũng được chia làm 2 nhóm. a. Các bit D2D1D0 dùng để cấu hình cho nhóm B Bit D0 dùng để thiết lập 4 bit thấp của Port C, D0 = 0 – Port C thấp là Port xuất dữ liệu (Output), D0 = 1 – Port C thấp là Port nhập dữ liệu (Input). Bit D1 dùng để thiết lập Port B, D1 = 0 – Port B là Port xuất dữ liệu (Output), D1 = 1 – Port B là Port nhập dữ liệu (Input). Bit D2 dùng để thiết lập Mode điều khiển của nhóm B: + D2 = 0: Nhóm B hoạt động ở Mode 0. + D2 = 1: Nhóm B hoạt động ở Mode 1 b. Các bit D6D5D4D3 dùng để cấu hình cho nhóm A Bit D3 dùng để thiết lập 4 bit cao của Port C, D3 = 0 – Port C là Port xuất dữ liệu (Output), D3 = 1 – Port C là Port nhập dữ liệu (Input). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 19 Bit D4 dùng để thiết lập Port A, D4 = 0 – Port A xuất dữ liệu (Output), D4=1 – Port A là Port nhập dữ liệu (Input). Bit D6D5 dùng để thiết lập Mode điều khiển của nhóm A: + D6D5 = 00: Nhóm A hoạt động ở Mode 0. + D6D5 = 01: Nhóm A hoạt động ở Mode 1. + D6D5 = 1x: Nhóm A hoạt động ở Mode 2 c. Các nhóm A và B được cấu hình ở Mode 0 Từ điều khiển khi 2 nhóm A và B làm việc ở Mode 0: 1 0 0 X X 0 X X Ở Mode 0 các Port A, Port B, Port C thấp và Port C cao là các Port xuất hoặc nhập dữ liệu độc lập. Do có 4 bit để lựa chọn nên có 16 từ điều khiển khác nhau cho 16 trạng thái xuất hay nhập của 4 Port. d. Các nhóm A và B được cấu hình ở Mode 1 Từ điều khiển khi 2 nhóm A và B làm việc ở Mode 1: 1 0 1 X X 1 X X Ở Mode 1 các Port A, Port B làm việc xuất nhập có chốt (Strobed I/O). Ở Mode này 2 Port A và Port B hoạt động độc lập với nhau và mỗi Port có 1 Port 4 bit điều khiển hay dữ liệu. Các Port 4 bit điều khiển hay dữ liệu được hình thành từ 4 bit thấp và 4 bit cao của Port C. Khi PPI 82C55A được cấu hình ở Mode 1, thiết bị giao tiếp PPI 82C55A nhận dữ liệu, thiết bị đó phải tạo ra một tín hiệu yêu cầu PPI 82C55A nhận dữ liệu, ngược lại PPI 82C55A muốn gởi tín hiệu đến 1 thiết bị khác, PPI 82C55A phải tạo ra 1 tín hiệu cho thiết bị đó nhận biết dữ liệu đã được xuất ra, tín hiệu yêu cầu đó gọi là tín hiệu Stobe. e. Nhóm A làm việc ở cấu hình Mode 1  Cấu hình Port A được là Port nhập dữ liệu: Các đường tín hiệu của Port C một phần trở thành các đường tín hiệu điều khiển, tín hiệu chốt và một phần là đường dữ liệu của Port A. Mã lệnh từ điều khiển: 1 0 1 1 X X X X SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA NHÓM A CHỨC NĂNG NHẬP DỮ LIỆU Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 20 Bit PC4 trở thành bit STBA (Strobe Input, tác động mức thấp nhất), được dùng để chốt dữ liệu ở ngõ vào PA7PA0 vào mạch chốt bên trong. Bit PC5 trở thành bit IBFA (Input Buffer Full, tác động mức cao), dùng để báo cho thiết bị bên ngoài biết dữ liệu đã được chốt vào bên trong. Bit PC3 trở thành bit INTRA (interrupt Request, tác động mức cao), bit này có mức logic 1 khi STBA, IBFA và INTEA (Interrupt Enable) ở bên trong PPI 82C55A bằng 1. Bit INTEA được thiết lập mức logic 1 hay 0 dưới sự điều khiển của phần mềm dùng cấu trúc bit Set/Reset của PPI 82C55A. Bit INTEA dùng để cho phép tín hiệu IBFA xuất hiện tại ngõ ra. Tín hiệu INTRA tác động đến ngõ vào ngắt của hệ thống trung tâm để dữ liệu mới đã xuất hiện ở Port A. Chương trình phục vụ ngắt đọc dữ liệu vào và xóa yêu cầu. Các bit còn lại của Port C: PC6, PC7 là các bit xuất hay nhập bình thường và tùy thuộc vào bit D3 trong từ điều khiển.  Cấu hình Port A được là Port xuất dữ liệu: Tương tự cấu hình nhập dữ liệu, cấu hình xuất dữ liệu chỉ khác ở từ điều khiển: 1 0 1 0 X X X X SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA NHÓM A CHỨC NĂNG XUẤT DỮ LIỆU Quá trình thực hiện chức năng, vi mạch làm việc theo sự diều khiển trực tiếp của từ điều khiển. Bit D0 dùng để Set/Reset bit INTEA, khi D0=1 thì INTEA=1 (cho phép ngắt), khi D0 = 0 thì INTE = 0 (không cho phép ngắt). Ba bit D1D3 dùng để chọn 1 bit của Port C, gán mức logic của bit D0 cho bit của Port đã chọn. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 21 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BIT SET/RESET 1 = SET 0 = RESET Không quan tâm 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7 Về nguyên lý, ba (03) bit D4D6 là không cần quan tâm đến, các bit này dùng để điều khiển cho nhóm B. Nhưng trong thực tế, để tránh tranh chấp giữa hai nhóm làm việc này, Port A và Port B thường được cấu hình với mode khác nhau. (Ví dụ nhóm A hoạt động ở Mode 2, nhóm B làm việc ở Mode 0.) f. Nhóm A của PPI 82C55A làm việc ở Mode 2. SƠ ĐỒ CỦA NHÓM A LÀM VIỆC Ở MODE 2 Mode 2 là kiểu hoạt động Strobed Bi – directional 10, sự khác biệt với Mode 1 là Port có hai chức năng xuất và nhập dữ liệu. Các đường tín hiệu của Port C trở thành các đường tín hiệu điều khiển hay dữ liệu của Port A. Port làm việc ở chế độ nhập hay xuất là tùy thuộc vào bit D4 của từ điều khiển. Từ điều khiển khi nhóm A hoạt động ở Mode 2: 1 1 X X X X X X Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 22 Trong cấu hình này bit PC7 trở thành tín hiệu OBFA, PC6 trở thành tín hiệu ACKA, PC5 thành tín hiệu IBFA, PC4 thành tín hiệu STBA, và bit PC3 trở thành tín hiệu INTRA. Khi OBFA=1, INTEA1=1 hoặc IBFA=1, INTEA2 =1. Các bit PC0PC2 còn lại có thể là các bit I/O tùy thuộc vào các bit điều khiển của nhóm B. Chú ý khi nhóm A làm việc ở Mode2, nhóm B chỉ được phép hoạt động ở Mode 0. Cấu hình này còn cho phép Set / Reset từng bit của Port C. Từ điều khiển này khác với từ điều khiển cấu hình Mode 1 là bit D7 = 0. g. Nhóm B làm việc ở cấu hình mode 1: Trong cấu hình này, Port B có khả năng trở thành cổng nhập hay xuất dữ liệu, công việc này tùy thuộc vào bit điều khiển D1. Các đường của Port C trở thành các đường tín hiệu điều khiển hay đường dữ liệu của Port B. Từ điều khiển của mode này là: 1 X X X X 1 X X SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA NHÓM B CHỨC NĂNG NHẬP DỮ LIỆU Bit PC2 biến thành tín hiệu STBB (tác dụng mức thấp), bit PC1 thành bit IBFB (tác dụng mức cao) và bit PC0 trở thành tín hiệu INTRB (tác dụng mức cao). Chức năng của các bit điều khiển giống như nhóm A hoạt động ở Mode 1. SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA NHÓM A CHỨC NĂNG XUẤT DỮ LIỆU Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 23 Khi làm việc ở mode 0, cả hai nhóm hợp lại làm ba (03) cổng xuất nhập riêng biệt và công việc của các Port này tùy thuộc vào thanh ghi lệnh điều khiển. 3. Ứùng dụng của vi mạch trong thực tế và hình thức giao tiếp của PPI 82C55A được sử dụng trong thiết kế: IC giao tiếp IO PPI 82C55A được ứng dụng trong nhiều hệ thống điều khiển vi mạch; dùng chung Microprocessor, vi mạch PPI 82C55A đóng vai trò là IC giao tiếp giữa Microprocessor và đối tượng điều khiển, ngoài ra 82C55A còn có khả năng mở rộng tín hiệu điều khiển (bằng hai nhóm trạng thái A và B). Các ứng dụng của vi mạch PPI 82C55A là tryền dữ liệu, giải mã hiển thị, giải mã bàn phím, giao tiếp điều khiển tùy theo yêu cầu. Như đã biết, PPI 82C55A là một vi mạch với ba (03) cổng giao tiếp và một thanh ghi điều khiển nên khi sử dụng chỉ cần hai (02) đường địa chỉ. Do đó, có thể giao tiếp kiểu IO hay kiểu bộ nhớ. Về chức năng của PPI 82C55A không có gì thay đổi trong hai kiểu giao tiếp này, chỉ thay đổi về địa chỉ truy xuất. Kiểu IO, địa chỉ của Port hay thanh ghi có độ dài 8 bit, kiểu bộ nhớ, địa chỉ của Port hay thanh ghi sẽ có độ dài 16 bit giống như bộ nhớ nên gọi là kiểu bộ nhớ. Khi thiết kế giao tiếp theo kiểu bộ nhớ thì mỗi Port hay mỗi thanh ghi điều khiển của PPI 82C55A được xem là ô nhớ. Khi đó Microprocessor giao tiếp với vi mạch giống như bộ nhớ và 2 lệnh IN và OUT không còn tác dụng. Kiểu bộ nhớ chỉ được sử dụng trong các hệ thống nhỏ, đơn giản. Do tính chất là một hệ thống tuy đa năng nhưng sử dụng những kiến thức cơ bản nên mạch giao tiếp được thiết kế theo kiểu đơn giản nhất. Mạch thiết kế theo kiểu giao tiếp bộ nhớ. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 24 Trước hết, cảm biến là bộ phận thu nhận các tín hiệu không điện như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, sóng âm thanh, điện từ, và biến chúng thành các đại lượng có thể cân, đo, đếm được (nói chung, là các đại lượng khá tường minh). Vậy cảm biến quang điện chính là bộ phận biến đổi ánh sáng thành đại lượng điện. Khái niệm về cảm biến quang điện là vậy, còn nguyên lý hoạt động của chúng là dựa vào định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn vật chất, vất chất không mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Ở đây, năng lượng cũng không mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Đối với cảm biến quang điện, năng lượng ánh sáng (quang năng) dưới dạng các hạt Photon được linh kiện cảm biến quang điện hấp thụ và chuyển đổi thành các chuyển động có hướng của các Electron tự do bên trong vật liệu làm nên linh kiện. Tùy thuộc vào cường độ thu nhận các Photon mà sự chuyển dời của các Electron là mạnh hay yếu, điều này cũng có nghĩa là dòng phát (hay áp) sinh ở đầu tín hiệu ra là cao hay thấp. Trên là nguyên lý hoạt động chung, dựa vào tính chất riêng của từng nguyên lý mà người ta phân linh kiện cảm biến quang thành các loại sau:  Cảm biến điện trở.  Cảm biến Diod.  Cảm biến BJT.  Cảm biến Opto-coupler.  Trong tầm nghiên cứu của đề tài, linh kiện cảm biến quang dựa trên các bức xạ chính là định hướng chính cho việc tìm hiểu và nghiên cứu. Trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật, con người đã và đang sử dụng các bức xạ thuộc những dải khác nhau của phổ điện từ, phổ biến nhất là:  Bức xạ thuộc phổ tần quang học bao gồm: ánh sáng thấy được, tia hồng ngoại và tia tử ngoại.  Tia X, tia Y, hạt cũng như hạt . I. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ: 1. Quang điện trở: a. Cấu tạo: Quang trở có hình dạng bên ngoài không giống như những điện trở thông thường, chúng có một lớp vỏ ngoài bằng chất dẻo, sứ hay kim loại nhưng đặc điểm nổi bật là có một cửa sổ bằng thủy tinh để ánh sáng đi xuyên qua. Quang điện trở dùng trong công nghiệp được chế tạo từ Sulfit chì để mức chỉ thị nhiệt động và tình trạng nung nóng ở nhiệt độ tương đối thấp (từ 200 đến 400oC). Đặc tuyến phổ nhiệt của quang điện trở được thể hiện như hình sau: Hình 01: Đặc tuyến phổ của Sulfitbitmuyt và Sulfitcatmi Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 25 Theo đường đặc tuyến của Sulfitbitmuyt, Sulfit chì có tác dụng mạnh trong khu vực bức xạ hồng ngoại ( = 1,8  2,5 m). Hình 02: Sơ đồ cấu tạo quang trở b. Nguyên lý hoạt động: Khi chưa được chiếu sáng, dòng điện qua quang trở và qua mạch nhỏ (hay lớn là tùy loại), gọi là dòng điện tối. Khi được chiếu sáng, điện trở nội của quang trở giảm (hay tăng là tùy loại) đáng kể làm cho dòng qua tăng theo. Giá trị của điện trở tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào qua cửa sổ thủy tinh. Hiện tượng này tùy thuộc vào loại chất làm nên quang trở được sử dụng, độ tạp chất và chiều dài bước sóng. c. Ứng dụng: Quang điện trở được ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực cảm biến ánh sáng khác nhau tùy thuộc vàonguyên lý hoạt động của chúng. Cụ thể là các lĩnh vực sau:  Phần tử phát hiện.  Đo độ ánh sáng trong quang phổ.  Cảm biến trong hệ tự động hóa.  Bảo vệ, chuyển mạch, báo động, 2. Diod quang: a. Cấu tạo: Diod quang thường được cấu tạo từ chất bán dẫn phổ biến như Gecmani hay Silic. Chúng cũng như các diod khác nhưng đặc trưng của chúng chính là luôn có một cửa sổ để ánh sáng lọt vào tác động lên lớp tiếp giáp PN. Diod quang có thể được sử dụng với hai mục đích hoàn toàn khác nhau, pin mặt trời và diod cảm biến quang. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 26 b. Nguyên lý hoạt động: * Pin mặt trời: Khi được chiếu sáng, diện tích trên mối nối PN được tăng cường làm cho sức điện động trên hai đầu mối nối được hình thành. Dòng điện sẽ xuất hiện khi mạch ngoài và diod tạo thành một vòng khép kín. Giá trị của điện áp xuất hiện tùy thuộc vào chất bán dẫn làm nên diod. * Diod cảm biến quang: Diod được phân cực nghịch đối với nguồn cung cấp. Khi không được chiếu sáng, diod phân cực nghịch làm cho mạch giống như bị hở, chỉ có lượng dòng rỉ nhỏ trôi qua. Khi được chiếu sáng, mối nối PN như được nối tắt, dòng có thể đổ qua diod. c. Ứng dụng: Diod quang được dùng trong các lĩnh vực sau:  Đo ánh sáng.  Cảm biến quang đo tốc độ.  Điều khiển tự động trong các thiết bị chuyên về quang học.  Cảm biến trong hệ tự động hóa.  Bảo vệ, chuyển mạch, báo động, 3. Transistor quang: a. Cấu tạo: BJT quang cũng giống các linh kiện quang điện khác, đều có cửa sổ thủy tinh để cho ánh sáng xuyên qua. BJT quang để hở mối nối BC, ba lớp bán dẫn tạo nên hai lớp tiếp giáp. Một trong những lớp ngoài có kích thước nhỏ để quang không thể chiếu vào giữa lớp nền. Lớp nền phải đủ mỏng để đưa để lượng quang hấp thụ có thể tác động đến lớp tiếp giáp kề bên. Hình 03: Sơ đồ cấu tạo BJT quang b. Nguyên lý hoạt động: BJT quang không làm việc theo kiểu tự kích, khi có sự tác dụng của ánh sáng mối nối tạo ra dòng điện tác động đến Transistor quang, dòng điện này giống như dòng kích vào cực B của các BJT thường. Độ nhạy của BJT quang tùy thuộc vào mối nối BC và độ lợi của mạch. c. Ứng dụng: BJT quang với điện áp phân cực từ 3 đến 5V (nguồn áp thông dụng trong nhiều lĩnh vực thiết kế), độ nhạy tín hiệu lớn nên được sử dụng khá rộng rải và có thể thay thế được nhiều linh kiện cảm biến quang điện. Transistor quang được ứng dụng rộng rải trong việc đóng ngắt mạch, điều khiển tự động, tín hiệu khuất, mạch đếm, 4. Bộ ghép quang Opto coupler: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 27 a. Cấu tạo: Hình 04: Sơ đồ cấu tạo bộ ghép quang Opto-coupler Phần tử phát quang là Diod phát quang (LED, Light Emitter Diod) còn phần tử cảm biến quang là linh kiện cảm biến quang, thường sử dụng nhất là BJT quang. b. Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu phân cực thuận cho Led, diod phát quang này sẽ phát sáng và kích thích vào mối nối BC của BJT quang (phần tử cảm biến quang) làm cho BTJ làm việc ở trạng thái dẫn (thường là dẫn bảo hòa). c. Ứng dụng: Với ưu điểm là tần số đáp ứng nhanh, tổn hao ít người ta thường sử dụng bộ ghép quang Opto-coupler vào các phạm vi đóng ngắt mạch điều khiển. II. CÁC LOẠI CẢM BIẾN QUANG TRONG CÔNG NGHIỆP: Với môi trường làm việc trong hóa chất, nhiệt độ cao, các linh kiện cảm biến quang phải đảm bảo đạt các yếu cầu sau:  Có độ bền cơ khí cao, giảm được chấn động, vận tốc quét cao, chống run cơ học,  Có độ nhạy cảm cao, giảm tối thiểu được ảnh hưởng của môi trường làm việc,  Thích hợp với nhu cầu và đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Các hãng sản xuất thiết bị tự động đã đưa ra thị trường các loại cảm biến đạt được các yêu cầu nói trên. Đề tài ứng dụng cảm biến quang (Photo Electric Sensors) nên chỉ tập trung tìm hiểu về loại cảm biến này. Về ứng dụng người ta có thể chia cảm biến quang ra làm hai loại:  Loại chùm tia xuyên.  Loại tán xạ. Tiến hành phân tích hai thể loại trên để tìm ra giải pháp cho đề tài. 1. Loại chùm tia xuyên: a. Nguyên tắc hoạt động: Bộ thu và bộ phát cùng nằm trên cùng một đường thẳng. Dùng kĩ thuật phát hiện do che khuất hay vật thể làm cho ánh sáng có bước sóng đã chọn không thể xuyên thấu. Kĩ thuật này thường được sử dụng trong các bộ phận đếm và kiểm tra sản phẩm. Hình 05: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ thu phát loại chùm tia xuyên Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 28 b. Các thông số đáng chú ý: Hình dạng : hình trụ hay khối chữ nhật. Tầm cảm nhận : tối đa khoảng 20 mét. Đầu vào : 24 đầu dây. Đầu ra : Rờ le (Relay). Tần số chuyển : 1,5200Hz. c. Nhận xét: Với nguyên lý hoạt động như trên, có thể ứng dụng để thiết kế đầu đọc cho đề tài. Nhìn chung, dù là khả thi nhưng mạch rất khó thực hiện, vì lý do:  Linh kiện rất đắt.  Thực hiện xuyên qua một lớp giấy, nếu như đục lổ thì không khả thi còn như tự xuyên vật chất (giấy) thì đụng đến độ dầy mỏng và trắng đen của giấy (phẩm chất giấy).  Rất khó để cải tiến đầu đọc vì đầu dò cảm biến quang trong trường hợp này chỉ thích ứng với sự chuyển động tịnh tiến (trong khả năng là một sinh viên, kinh phí thực hiện không cao, không thể thực hiện) hoặc cố định.  Độ tinh tia quét, theo khả năng cho phép thực hiện, không cao. Kết luận sau cùng là: phương pháp này không phải là tối ưu hoàn toàn đối với người nghiên cứu. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 29 2. Loại phản hồi: a. Nguyên tắc hoạt động: Mỗi vật chất đều có tính chất hấp thụ (vật đen) hay phản xạ (gương) năng lượng từ ngoài tác động vào. Tùy theo mức độ phản xạ của vật thể khi nhận một chùm tia tới chiếu đến mà chùm tia phản xạ có thể là mạnh hay yếu. Cảm biến quang dựa theo nguyên tắc phản hồi chính là dựa trên nguyên tắc phản xạ của chùm tia phản xạ. Hình 06: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ thu phát loại phaĩn hồi b. Các thông số tiêu chuẩn: Hình dạng : hình trụ hay khối chữ nhật. Tầm cảm nhận : 1,570mm. Đầu vào : 2 đầu dây, 12VDC hay 24VDC. Đầu ra : 1 đầu dây tín hiệu. Tần số chuyển : 1,5200Hz. Theo tài liệu của hãng “PEPPERL+FUCHS” về cường độ phản xạ tia hồng ngoại trên các gam màu và vật chất ta có bảng sau: V Phản xạ Từ nguyên bản ật ch ất Trắng tiêu chuẩn 90% Testcard standard white Xám tiêu chuẩn 18% Testcard standard grey Giấy trắng 80% White paper Chữ in trên báo 55% News print Gỗ thông sạch 75% Clean pine wood Nút bần 35% Cork Tấm bảng gỗ sạch 20% Wooden pallets clean Bọt bia 70% Beer foam Chai nhựa trong 40% Clear plastic bottes Chai nhựa nâu trong 60% Transparent brown plastic bottles Nhựa trắng đục 87% Opaque white plastic Nhựa đen 14% Black plastic Đen tuyền 04% Black neoprene Gáy xoắn đen 02% Black foam carpet backing Lốp xe hơi 1.5% Automobile tyres Nhôm nguyên chất 140% Aluminium, untreated Thép bóng láng 400% Polished stainless steel c.Nhận xét: Với nguyên lý hoạt động như trên, rất tốt để ứng dụng thiết kế đầu đọc cho đề tài. Nhìn chung, dù là khả thi nhưng mạch rất khó thực hiện, vì lý do: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 30  Linh kiện rất đắt.  Thực hiện phản hồi trên một lớp giấy có rất nhiều tia tán xạ gây ảnh hưởng đến vùng lân cận nếu như sử dụng nhiều đầu quét sát liền nhau.  Độ tinh tia quét, theo khả năng cho phép thực hiện, không cao. Kết luận sau cùng là: phương pháp này không phải là tối ưu hoàn toàn đối với người nghiên cứu nhưng mang tính khả thi hơn nếu thực hiện công việc cải tiến cũng như tìm vật tương ứng thay thế. d. Giải pháp: * Mạch phát hồng ngoại: Diod phát hồng ngoại có bước sóng  = 950nm (dãy phát  = 900  1020 nm), thời gian trể là 0,5s, dòng tiêu thụ 20  30mA. Khi sử dụng dùng thêm một điện trở hạn dòng từ 180  330. * Mạch thu hồng ngoại: Mạch thu hồng ngoại có một Diod thu loại Silic, DIN (Diod Infraronge), độ nhạy  = 900  950 nm thích hợp với mạch phát hồng ngoại. Sử dụng trực tiếp bộ thu hồng ngoại nhận tín hiệu của bộ điều khiển xa của Television SONY, giá thị trường khoảng 10.000 ĐVN. Bộ thu hồng ngoại này hoạt động ổn định ở mức áp +5VDC, có ba chân (một chân VCC, một chân Mass và một chân tín hiệu). * Nguyên lý hoạt động: Khi hệ thống làm việc, đầu đọc luôn ở trạng thái đọc. Đầu quét nhận tín hiệu đọc từ mạch trung tâm (nối Mass), đèn hồng ngoại chiếu sáng, phát ra tín hiệu hồng ngoại. Tùy theo bề mặt của tờ giấy là sáng hay tối mà độ phản xạ tia hồng ngoại mạch hay yếu. Điện áp đường tín hiệu của đầu đọc tùy thuộc vào cường độ chiếu của tia hồng ngoại, điện áp này sẽ qua bộ khuếch đại thuật toán (Opamp) để chuyển đổi mức tín hiệu 0 hay 1. Tín hiệu này sẽ được truyền về slot giao tiếp chờ CPU đọc vào. * Bước cải tiến so với đề tài trước:  Đầu quét được khống chế qua một lỗ cực nhỏ để làm tăng độ tinh cho tia quét.  Đầu quét và đầu đọc được thiết kế có thể chuyển động tịnh tiến trên cùng một cần quét do một động cơ bước loại nhỏ điều khiển, lấy trong ổ đĩa mềm1,2 MB.  Cần quét, mang đầu đọc và đầu quét có thể trượt tịnh tiến trên thanh trượt dọc theo chiều ngang của giấy quét. Cần quét do một động cơ bước loại lớn điều khiển, lấy trong máy in kim-động cơ kéo đầu ổ kim. Lợi điểm của những cải tiến này là:  Độ tinh tia quét cao hơn và đầu đọc_quét có thể chuyển động tịnh tiến: thích hợp cho xử lý ảnh mức sắc nét hơn, rông hơn theo đúng yêu cầu.  Cần quét di động được: có thể đọc được mọi phương thức bố trí vị trí đánh dấu trắc nghiệm. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 31  Dùng ít đầu đọc_quét hơn. Khuyết điểm của những cải tiến này là:  Tổn hao công suất cao hơn.  Tiếng ồn do động cơ sinh ra (rất nhỏ). Kết luận: Người thực hiện đề tài quyết định áp dụng giải pháp và những cải tiến này để thực hiện đề tài chính vì tính linh hoạt, tính kinh tế cũng độ tin cậy sau khi đã thực nghiệm. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 32 Do mỗi linh kiện được thiết kế bởi một nhu cầu nhất định nào đó, trong một hay một số hệ thống. Ngoài các các IC chuyên dùng là nhà sản xuất thiết kế theo một chuẩn mực riêng nên tính ổn định của chúng khá cao, riêng các IC số là được thiết kế cho nhu cầu rộng rãi của nhiều nhà thiết kế nên khi áp dụng cho việc thiết kế một mạch có tính năng riêng biệt đôi khi xuất hiện hiện tượng hoạt động bất ổn. Để giúp cho hệ thống hoạt động ổn định mạch cần có một số mạch hỗ trợ cho hoạt động của mạch. Chính vì nhu cầu ấy mà trong mạch thiết kế cần sử dụng một số mạch có tác dụng hỗ trợ như sau:  Mạch Autoreset.  Mạch đệm và công suất phần cơ.  Mạch khuếch đại tín hiệu. I. MẠCH AUTORESET: Đây chỉ là một phần nhỏ trong hệ thống có chức năng tạo một xung tác động vào chân Clear của 74LS192 (Clr, chân số 14). Chân clear của 74LS192 chịu tác động ở mức cao. Có nghĩa là khi ta đưa tín hiệu [1] vào chân mang tên Clear sẽ làm cho 74LS192 quay trở lại trạng thái ban đầu, tác động này được gọi là Reset bộ đếm. Do chương trình điều khiển hệ thống luôn là 0H, chính thao tác Reset sẽ xác lập trạng thái ban đầu của các IC 74LS192 là 0H. Như vậy chân Clear thường ở trạng thái thấp. Chỉ khi nào cần Reset lại 74LS192 tạm thời chân Clear được đưa lên trạng thái cao. Trong thiết kế chỉ cần Reset lại trạng thái ban đầu khi có nguồn cung cấp và đôi khi cần nên Reset khi hệ thống bị sự cố điều khiển nên mạch còn cần có phần Reset bằng tay. Mạch này chỉ được ứng dụng cho phần Autoreset của mạch Điều khiển động cơ bước. 1. Mạch Reset đơn giản: * Khi công tắc mở thì chân Reset nối với Vcc ở trạng thái cao. * Khi đóng công tắc thì chân Reset xuồng thấp tính năng reset có tác động. Hình 08: sơ đồ nguyên lý cho mạch Reset đơn giản * Khuyết điểm của mạch :trạng thái ban đầu của mạch chính là giá trị của nguồn cung cấp khi cung cấp tín hiệu Reset sẽ mang giá trị [1] vì vậy ta không thể xác lập lại một trạng thái Reset xác lập ổn định trong một khoảng thời gian nào đó. Do đó, ta cần phải giữ cho tín hiệu Reset mang giá trị [0] thì tác động Reset mới tác động được. 2. Mạch AutoReset cho hệ thống: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 33 Để khắc phục cho nhược điểm của mạch trên ta đưa ra sơ đồ nguyên lý AutoReset cho hệ thống như sau : Hình 09: Sơ đồ nguyên lý mạch Autoreset Như vậy ở mạch AutoReset hệ thống chúng ta sử dụng thêm một tụ điện nhằm kéo dài thời gian ở mức cao của trạng thái Reset. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trị tụ C_RS và điện trở R_RS dựa trên phương trình nạp tụ. Mạch AutoReset này hoạt động như sau: Khi ta đóng công tắc nguồn (nguồn áp cung cấp, Vcc, có giá trị là 05 VDC, tương thích với các mức áp sử dụng trong mạch điều khiển), điện nạp vào tụ C nên trong một khoảng thời gian nào đó chân mang tín hiệu Reset sẽ mang giá trị điện áp cao (điện áp này chính là điện áp vi phân lấy trên điện trở R_RS) tương ứng với trạng thái hoạt động [1]. Tín hiệu này qua cổng OR (IC 74LS32) để làm chuẩn mức tín hiệu và tác động đến các chân Clear của các IC 74LS192 để xác lập trạng thái ban đầu cho chúng. Sau thời gian quá độ và nạp đầy của tụ áp trên tụ đạt lên điện áp 5v, điện áp vi phân trên R_RS tương ứng mức 0V, đưa chân Clear về trạng thái không tác động, mạch hoạt động bình thường. Trong thực tế, mức áp trên R_RS không trở về mức không mà nó chỉ cần chuyển về mức áp đủ để cổng OR nhận biết và chuyển sang trạng thái mức [0]. Chọn R_RS = 10k, C_RS = 10F, thời hằng nạp (thực hiện Autoreset) là  = R_RS.C_RS. Phím SW_RS dùng để Reset khi có nhu cầu. Khi tác động, SW_RS nối nguồn Vcc với đầu trên điện trở R_RS. Aùp trên R_RS đạt mức [1], tín hiệu Reset được xác lập. III. MẠCH ĐỆM VÀ MẠCH CÔNG SUẤT PHẦN CƠ: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 34 Mạch đệm và mạch công suất phần cơ được áp dụng trong mạch điều khiển động cơ bước. Mạch được thiết kế ban đầu là mạch khuếch đại kiểu CC và CE nối tiếp liên tầng để thực hiện chức năng đệm dòng, nâng áp và tăng cường dòng cung cấp cho động cơ bước. Sơ đồ thiết kế mạch công suất được thực hiện như sau: Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mạch đệm và khuếch đại công suất điều khiển một pha động cơ bước Trong đó cuộn dây L1 chính là tượng trưng cho một pha của động cơ bước và cũng là tải chính cho mạch thiết kế. Diod D1 có nhiệm vụ chống dòng đổ qua mối nối BE của SQ_DC1, tránh hiện tượng đánh thủng mối nối này khi mất pha trên L1. Diod D2 có nhiệm vụ giống như Diod D1. D2 có vai trò là giải phóng năng lượng trên L1 khi mất pha trên L1. RBB và RB là hai điện trở phân cức cho SQ_DC1 (gọi là Q1) và Q_DC1 (gọi là Q2). Việc tính toán các điện trở này được tiến hành như sau:  Trong thực nghiệm cho ta hệ số khuếch đại của Q_DC1 Q1 (D468, tra cứu sách có hfe= 85240, Icmax= 1A) là hfe= 120; hệ số khuếch đại của SQ_DC1 (C828, tra cứu sách có hfe= 130520, Icmax= 50mA) là hfe= 253.  Công suất định mức của một pha là 05VA điện thế sử dụng là 12VDC. Trong đó, mạch sử dụng điện thế cung cấp là 11,3VDC (12-0,7VDC- điện áp ghim áp trên diode nguồn). Vậy dòng cần cung cấp cho một pha là 0,44A 0,5A  RB chính là điện trở phân cực cho cực B của BJT Q_DC1. I CQ2 0,5A IB2 = = = 0,003687 3,7mA h fe2 120 5V 2 * 0,7 0,2 RB2 = = 976,32  I B2 Chọn RB2 = 1K 5V 2 * 0,7 0,2 Vậy IB2 = = 0,0036A = 3,6mA RB2 ICQ2 = IB2hfe = 0,0036 x 120 = 0,432A (đạt yêu cầu). Công suất RB được tính như sau: P R xI 2 = 1000x(0,0036)2 = 0,0129 W RB B B2 Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 35 Chọn RC = 1K; 0,125W  RBB là điện trở phân cực cho cực B của Q1. VCE1 = 0,2V. V = 5-2*0,7- 0,2 = 3,4V RC ICQ1 = IB2= 3,7 mA I CQ1 3,7mA IB1 = = = 0,0148mA (Thỏa cho cổng ra của CMOS) h fe1 250 Chọn RB = 10 K; 0,125W. IV. MẠCH XÁC LẬP MỨC TÍN HIỆU QUÉT: Tín hiệu nhận được từ đầu đọc gởi vào có biên độ khá nhỏ nên khó có thể phân biệt giữa hai mức Logic 0 và 1. Yêu cầu đặt ra là chỉ cần khuếch đại áp, mức khuếch đại từ 35 lần. Áp ngõ ra là áp DC nên dùng áp này để điều khiển trực tiếp trạng thái ngắt dẫn của BJT tạo tín hiệu xác lập mức [0] hay [1]. Do đó, trong mạch tín hiệu có thiết kế thêm hai mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra trước khi gởi tín hiệu này về mạch trung tâm (Driver Card), dùng BJT, để xác lập hai nguồn tín hiệu này. Dựa trên nguyên lý họat động của mạch mắc kiểu CE, hoạt động ở chế độ đóng ngắt, mạch thực tế được thiết kế như sau: Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tín hiệu dùng BJT D468 Trong đó R1 là điện trở cách nguồn, chọn giá trị 10K. Để giảm hiện tượng nhiễu tín hiệu nên mắc thêm điện trở RB giữa cực B và GND. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 36 I. MẠCH GIAO TIẾP: Mạch giao tiếp được xây dựng dựa trên nguyên lý giao tiếp song song qua cổng máy in. Mạch sử dụng vi mạch giao tiếp PPI 82A55 làm cơ sở chính. Sử dụng các vi mạch số để khống chế quá trình giao tiếp và qua đó định vị chính xác các Port quy định thực hiện việc trao đổi thông tin. Dữ liệu cũng như thông tin được trao đổi giữa mạch (thẻ mạch; card) ngoài và CPU của máy tính cá nhân (PC: Person Computer) gián tiếp tiến hành thông qua vi mạch PPI 82A55. PPI 82A55 là một vi mạch chuyên dùng cho việc giao tiếp và trao đổi dữ liệu. Với thanh ghi điều khiển, PPI 82A55 thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau và tùy vào mong muốn của người sử dụng. Ưu điểm của vi mạch chính là nhờ vào các thanh ghi đệm (shift register), các thanh ghi này chốt lại dữ liệu xuất ra. Đề tài chỉ yêu cầu ở mức độ đơn giản, đó là trao đổi dữ liệu. Để nâng cao tính đa năng của vi mạch 82A55, mạch giao tiếp được thiết kế ở mức độ đơn giản nhưng tiện dụng. Đơn giản ở chỗ chỉ sử dụng ít IC số kèm theo để khống chế tầm hoạt động của vi mạch, mạch chỉ sử dụng bốn (04) IC và bốn (04) tụ lọc ngoài ra không sử dụng thêm bất cứ linh kiện thụ động nào khác. Tiện dụng ở chỗ, tùy theo yêu cầu giao tiếp mà người sử dụng có thể cho vi mạch thực hiện công việc giao tiếp theo ý muốn, bằng cách lập trình trực tiếp trên thanh ghi điều khiển của PPI 82A55. Với ba cặp chuyển mạch (jumper) có thể sử dụng tới 32 cảng giao tiếp. Ngoài ra mạch còn thiết kế thêm phần nguồn để cung cấp cho bộ phận ngoại vi các mức áp 5VDC, 12VDC, GND. Sơ đồ khối của mạch giao tiếp: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH GIAO TIẾP Tiến hành tìm hiểu cấu trúc, sơ đồ khối và tập lệnh của vi mạch PPI 82A55 cũng như sơ đồ chân và chức năng các chân của Slot XT, kết hợp với nhu cầu của đề tài, mạch “Giao tiếp” được thiết kế như sau: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 37 SƠ ĐỒ MẠCH MẠCH GIAO TIẾP Trong đó: LINH KIỆN Linh kiện Giá trị Chức năng C1,C2,C3 100nF Lọc nguồn cho các IC 1,2,3 J1,J2,J3 Chọn địa chỉ cố định cho mạch giao tiếp SV2 Cảng ra; Port ABC, Supply IC1 7404,7414 IC cổng NOT IC2 7430 IC cổng NAND 8 ngõ vào IC3 7432 IC cổng OR U1 82C55A IC PPI, giao tiếp BUS Bus Giá trị Ý nghĩa VCC, GND 5V Nguồn cung cấp, lấy từ Slot XT của PC IO Data PA0PC7 Ngõ ra của PPI 82A55 Address A0A9 Các đường địa chỉ của Slot XT Data D0D7 Các đường dữ liệu của PC truyền qua Slot XT Cotrol Data Slot RD\,WR\, Các tín hiệu điều khiển lấy từ Slót XT Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 38 Cotrol RD\,WR\, Các tín hiệu điều khiển PPI sau khi xử lý Mạch được thiết kế trên phần mềm EAGLE. Sau khi kiểm tra sơ bộ các đường nối, tiến hành vẽ mạch in thử bằng chức năng Auto của EAGLE, quá trình vẽ mạch in thử chính là bước tính toán để sắp xếp linh kiện trên board sau cho hợp lý và chiếm ít không gian trên mạch in nhất. Chọn được những vị trí thích hợp cho mỗi linh kiện trên board mạch, ghi lại file backup đề phòng sẽ có sự sửa chữa về sau (công việc này thường được thực hiện trong suốt quá trình thiết kế của mỗi mạch), tiến hành vẽ mạch in. Sau khi thực hiện chức năng Auto, kiểm tra đường nối giữa board và schematic, nối tốt, chỉnh lại các đường dây nối cho hợp lý hơn. Trong thực tế, khi vẽ bằng thủ công (vẽ bằng các chức năng) qua kinh nghiệm của hai lần vẽ bằng chức năng tự động, mạch gọn hơn, đẹp hơn và ít lỗ xuyên mạch hơn. Ghi chú các yếu tố quan trọng lên mạch. Làm mạch in. Kiểm tra trên mạch in các lổ xuyên mạch, các đường mạch gần nhau. Mạch tốt, thử lại từng linh kiện rời, hàn đế chân, hàn linh kiện, lắp IC. Kiểm tra lại mạch lần cuối trước khi lắp vào Slot XT trên PC. Viết chương trình điều khiển thử mạch. Phân tích mạch: Vi mạch cổng đảo (7404) kết hợp với vi mạch cổng đảo và (7430) tạo nên sự khống chế địa chỉ điều khiển bằng cách khống chế chân Chip Select của PPI 8255A. Địa chỉ hoạt động của PPI là 11000XXXXXB = 1100000000B + XXXXXB = 300H + (00H  1FH). Bộ ba jumper (J1, J2, J3) đặt trước các đường địa chỉ A0, A1, A2, A3, A4 2 3 tạo nên sự lựa chọn (2 ) x (2 ) = 4 x 8 = 32D = 1FH đường địa chỉ bộ nhớ. Các chân điều khiển đọc, ghi từ Slot XT được nối với chân RD\, WR\ của PPI 8255A thông qua các cổng OR, các cổng này có công dụng làm trễ pha của tín hiệu điều khiển. Chân Reset của PPI được nối trực tiếp với chân B2 của Slot XT (chân Reset). Các chân A0 và A1 của vi mạch 8255A lần lượt được nối trực tiếp với chân A31 và A30 của khe giao tiếp mở rộng XT (chân SA0 và SA1). Nguồn cung cấp cho card lấy trực tiếp từ máy tính thông qua các chân B1, B10, B31 (GND) và B3, B29 (VCC; + 5VDC) của Slot XT. Slot SV2 là các cảng ra Port A, Port B, Port C và Supply của PPI. Trong đề tài này, do phạm vi sử dụng khá rộng, cả ba cảng A, B và C đều được sử dụng nên không tách các Port ra làm từng Slot để truyền dữ liệu ra ngoài. * Những kinh nghiệm rút ra được sau khi thực hiện mạch “Giao tiếp”:  Việc thiết kế phải gắn liền với tính linh hoạt trong việc sử dụng tài nguyên hiện có.  Việc thiết kế phải dựa trên nhu cầu.  Thiết kế không chỉ dựa trên tài nguyên, kiên thức, sách vở mà phải dựa trên sự đáp ứng của thị trường linh kiện điện tử.  Cần phải chú ý trên mọi lĩnh vực liên quan đến mạch. * Kết quả đạt được: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 39  Mạch chạy tốt.  Có thể lập trình điều khiển mạch.  Đúng với mục đích và yêu cầu đặt ra.  Mạch gọn, không cần phải cân chỉnh, hàn nối thêm. * Sơ đồ mạch in xin vui lòng xem phụ lục A. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 40 II. MẠCH GIẢI MÃ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN: (được xem là mạch trung tâm) Mạch giải mã tín hiệu điều khiển thực ra chỉ là mạch đệm dữ liệu giữa mạch ngoài và mạch giao tiếp bên trong máy tính đồng thời giải mã các tín hiểu điều khiển được truyền đến. Mạch được thiết kế theo sơ đồ khối sau: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH GIẢI MÃ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN Mạch lấy tín hiệu trực tiếp từ card giao tiếp đưa ra, sau đó cân áp ra mức logich 0 hay 1 (0V hay 5V) nhờ vào các điện trở mảng (array). Giải mã tín hiệu điều khiển từ Port A, thông qua các IC 74LS00, 74LS192 và 4555 để lấy được tín hiệu điều khiển động cơ bước truyền qua các jumper để truyền qua mạch công suất. Truyền tín hiệu của port C sang mạch quét, các tín hiệu còn lại được xử lý và truyền đi. Mạch sử dụng một IC 74164 (để chốt dữ liệu đầu ra, tín hiệu này card giao tiếp sẽ đọc vào để xử lý, thông qua port B). Dưới đây là sơ đồ mạch mạch Giải mã điều khiển động cơ bước, được thiết kế sau khi thử nghiệm đối với từng mạch lẻ (mạch đơn, thí nghiệm kiểm chứng trên từng IC). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 41 SƠ ĐỒ MẠCH TRUNG TÂM Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 42 Trong đó: LINH KIỆN Linh kiện Giá trị Chức năng RN14 1K Điện trở mảng kéo lên, cho các tín hiệu PortABC. C111 100nF Lọc nguồn. SV1 Cảng vào, Port ABC, tín hiệu từ mạch giao tiếp. SV3 Cảng vào ra, trao đổi tín hiệu với cần quét. 74LS32 Giải mã Autoreset. 74LS00 Giải mã tín hiệu điều khiển và vòng lặp. 74LS192 Tạo vòng lặp. 4555 Giải mã tín hiệu nhị phân sang tín hiệu thập phân. J16 Truyền tín hiệu điều khiển đến mạch công suất. Phân tích mạch: Tín hiệu từ card giao tiếp sau khi truyền qua SV1 được các điện trở mảng RN1, RN2, RN3 và RN4 làm chuẩn mức logic 0 hay 1 (tín hiệu truyền song song chỉ truyền với khoảng cách ngắn, với đoạn đường truyền dài tín hiệu sẽ bị suy giảm). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 43 Chân PC5 chọn làm chân Reset để xác lập lại trạng thái khởi điểm của IC 74164, chân PC4 là tín hiệu nhịp dữ liệu. Tín hiệu vào chân AB được lấy trực tiếp từ mạch quét gởi về. Tín hiệu này đồng thời truyền qua cổng OR để làm chuẩân mức logic và truyền tín hiệu này qua Port C về PC. Tín hiệu được chốt ở IC 74164 sẽ thông qua RN1 đến chờ ở PortB chờ CPU đọc vào. Tín hiệu ERR1, ERR2 (lỗi 1, lỗi 2) lần lượt qua các chân 1, 2 của SV3 đến cổng OR (IC2D) và chờ CPU đọc vào. Tín hiệu TH_Page, là tín hiệu theo dõi xem có giấy hay không, lượt qua chân 3 của SV3 và chờ CPU đọc vào. Mạch điều khiển động cơ bước làm việc trên cơ sở của mạch quét tuần tự. Mạch dùng vi mạch đếm 74LS192 (với thiết kế ban đầu dùng vi mạch 4022B) và vi mạch giải mã nhị phân sang mã thập phân, 4555B. Sự kết hợp của hai vi mạch này tạo ra mạch quét tuần tự bốn (04) bước, có thể chuyển trạng thái từ quét thuận sang quét nghịch hay ngược lại. Thực hiện chức năng này là nhờ vào vi mạch 74LS192 có là loại đếm thuận nghịch (up/down counter). Vi mạch này kết hợp với một cổng NAND tạo thành một bộ đếm vòng lên xuống (bốn bước). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 44 Xung Ck và tín hiệu điều khiển up/down nhận từ Port A qua điều khiển bằng cổng NAND (74LS00) tạo ra xung Ck_up hay Ck_down tác động vào chân Ck tương ứng của 74LS192 (chân số 04: Ck_up; chân số 05: Ck_down). Trường hợp đếm lên: khi QC lên mức [1] (chuyển tiếp từ giá trị 0011B lên 0100B) sẽ tạo nên xung qua cổng OR (cổng dùng chung với chức năng Autoreset) tạo mức logic [0] tác động vào Clr (chân số 14), vòng đếm trở về giá trị 00B, vòng lặp cứ thế tiếp tục. Trường hợp đếm xuống: khi QD lên mức [1] (chuyển tiếp từ giá trị 0000B lên 1111B) sẽ tạo nên xung qua cổng NAND tạo mức logic [0] tác động vào LD (chân số 11, load), giá trị đặt trước sẽ được đưa ra (AB=[1] và CD=[0] 0011B) vòng đếm trở về giá trị 11B,vòng lăp cứ thế tiếp tục. Giá trị của QA, QB được chuyển đến tín hiệu vào (A,B tương ứng) tương ứng của IC 4555B, IC này sẽ chuyển giá trị nhị phân này ra giá trị thập phân truyền đến mạch công suất để điều khiển động cơ bước. Đề tài sử dụng tất cả là năm (05) động cơ. Để đảm bảo tính chính xác trong tính chất cơ học, động cơ bước (step motor) được sử dụng thay cho động Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 45 cơ DC trong các phần chính yếu. Trong quá trình thử nghiệm động cơ bước, các chỉ số thu được liệt kê trong bảng sau: BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT CÁC ĐỘNG CƠ BƯỚC SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ Type Vmax Pmax Phase Deg Ghi chú (V) (W) /Step 231M-C351-03 10 5 04 1,8 Động cơ kéo bệ dò 457M-C961-23 10 5 04 1,8 Động cơ cuốn giấy 14769070-60 10 1 04 1,8 Động cơ kéo cần dò DC 12V 12 2 01 Động cơ lấy giấy DC 12V 12 2 01 Động cơ kéo phụ giấy Trong mạch ngoài những mạch giải mã nói trên cần phải nhắc đến vai trò không nhỏ của mạch Autoreset và bộ phận lọc nguồn. Mạch Auto Reset được thết kế dựa trên nguyên lý quá trình nạp xả tụ, cụ thể là lấy áp trên điện trở vi phân để làm tín hiệu Reset. Khi có điện tụ sẽ tự động nạp đầy và trong thời gian quá độ này của tụ điện, áp trên điện trở tích phân, R_RS, mang giá trị cao và giảm dần theo thời gian nghịch lưu với giá trị áp trên tụ. Giá trị áp trên R_RS qua cổng đệm OR (cổng A-74LS32) để làm chuẩn mức logic ([0] hay [1]) sau đó truyền tín hiệu này đến chân thứ nhất của cổng OR thứ B, C, D (chân thứ hai tương ứng của các cổng này được liên kết với các chân QC của 74LS192) và truyền đến chân Clr của 74LS192 (mức logic [1]) làm cho IC này tự động Reset thiết lập lại trạng thái ban đầu. Mạch lọc nguồn đơn giản chỉ là các tụ lọc đặt trước các chân nguồn của IC số để lọc hết các tín hiệu nhiểu xuống Mass. * Sơ đồ mạch in xin xem phần phụ lục A. Công việc cuối cùng của việc thiết kế đó chính là thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển toàn bộ hệ thống. Phần mềm được viết bằng phần mềm lập trình cấp cao, ngôn ngữ lập trình PASCAL. Trong giới hạn của việc trình bày đề tài người thực hiện chỉ đưa ra một số thủ tục chính và sơ đồ khối mô tả phương cách hoạt động của chúng. Sau là phần trình bày về phần mềm điều khiển, phần này gồm có:  Cài đặt Jumper của mạch Giao tiếp và sự hỗ trợ của Mainboard (cài đặt CMOS).  Xây dựng sơ đồ khối thư viện Driver. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 46  Phân tích một thủ tục mẫu. I. CÀI ĐẶT: Trước hết chúng ta nên cài địa chỉ cố định trên mạch Giao tiếp, công việc này được thực hiện bằng cách gắn jumper nối liền hai chân 2-3 của các slot J1, J2, J3; thực hiện công việc này là ta chọn địa chỉ cố định là 300H (ta có thể cài đặt địa chỉ cố định là bao nhiêu tùy theo nhu cầu). Địa chỉ bộ nhớ của mạch là 300H303H tương ứng với: Địa chỉ bộ nhớ: Địa chỉ thực: 300H : địa chỉ Port A. 301H : địa chỉ Port B. 302H : địa chỉ Port C. 303H : địa chỉ Thanh ghi điều khiển. Sau khi nắm được địa chỉ bộ nhớ của các Port nhờ vào công thức: Địa chỉ cố định+ 0H : địa chỉ Port A. Địa chỉ cố định+ 1H : địa chỉ Port B. Địa chỉ cố định+ 2H : địa chỉ Port C. Địa chỉ cố định+ 3H : địa chỉ Thanh ghi điều khiển. Ta tiến hành cài đặt lại CMOS của máy tính để cho máy tính hỗ trợ và kiểm tra địa chỉ chúng ta cài đặt. Công việc cài đặt lại CMOS thực hiện như sau:  Tắt máy, khởi động lại.  Khi máy kiểm tra Ram xong nhấn phím Delete để vào sửa chữa lại CMOS.  Chọn mục Power Management Setup.  Chọn mục I/O Region Access Check.  Dùng phím PageUp và PageDown để chọn trị số của mục là 300h-33Fh.  Nhấn phím “ESC”, chọn Save and Quit, nhấn phím “Y”. Nhấn phím “Enter” Công việc hoàn tất khởi động lại máy tính lần nữa. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 47 II. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THƯ VIỆN DRIVER: Thư viện Driver là một trong số những thư viện được viết để xây dựng phần mềm điều khiển máy chấm điểm trắc nghiệm. Thư viện này được viết bằng ngôn ngữ lập trình PASCAL, bao gồm 11 thủ tục con, dùng để điều khiển hoạt động của động cơ và truy xuất dữ liệu hệ thống. Thư viện này sử dụng một Unit tên VAR_COM, là thư viện chứa các hằng, biến toàn cục của chương trình. Cụ thể: UNIT VAR_COM; {Khai báo tên Unit cần tạo} INTERFACE {Khai báo chung} TYPE File_Name_Type = String[16]; XY_Type = Record Hor : Word; Vert : Word; End; CONST L_Horizontal = 600; (*Chiều dài tối đa tín hiệu điều khiển cần quét*) L_Scan = 100; (*Chiều dài tối đa tín hiệu điều khiển quét *) On = True; Off = False; Right = True; Left = False; Up = True; Down = False; VAR Sys_Error : Byte; DataA, DataB : Byte; DataC, CL, CH : Byte; Error : Boolean; (*PC3 : tín hiệu lỗi Error *) Page : Boolean; (*PC2 : tín hiệu lỗi Page *) Vert : Boolean; (*PC1 : tín hiệu Veritical *) Hor : Boolean; (*PC0 : tín hiệu Horizontal*) V_Count, H_Count, Sc_Count : Integer; Add_Port : Array [0 2] of Word; (* Add_Port 0 : Address Port A Add_Port 1 : Address Port B Add_Port 2 : Address Port C *) DataA_Bit : Array[0 7] of Boolean; Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 48 (* Bit 0 : Clock Vertical Bit 1 : Up/Down Vertical Bit 2 : Clock Scan Bit 3 : Up/Down Scan Bit 4 : Clock Horizontal Bit 5 : Up/Down Horizontal Bit 6 : Motor DC 1st Bit 7 : Motor DC 2nd *) T_DL_CK : Word; (*Thời gian Delay của xung CK*) T_DL_MDC : Word; (*Thời gian Delay của Motro DC*) F_XY, (*File lưu trữ tọa độ XY*) F_Data, (*File lưu trữ trả lời mẫu*) F_Sys, (*File lưu trữ trạng thái*) F_Ans : File; (*File lưu trữ kết quả*) F_Error : Boolean; W_Data, (*Chiều rộng dữ liệu*) L_Data : Byte; (*Chiều dài dữ liệu *) XY_Name : File_Name_Type; (*Tên mở rộng File tọa độ XY*) XY_Count : Word; (*Số cặp tọa độ XY*) XY_Data : Array [1 500] of XY_Type;(*Mãng dữ liêu, tối đa 500*) IMPLEMENTATION {Thi hành} BEGIN END. {Kết thúc thư viện} Các thủ tục ta xây dựng sơ đồ khối trong chương này là: 1. ProceDure ReadC; 2. ProceDure CK; 3. ProceDure MDC(DC1,DC2:Boolean); 4. ProceDure Run_SM(Motor:Byte;Step:Integer); 5. ProceDure SM_Standar(SM_H,SM_SC:Boolean); 6. ProceDure Page_Out; 7. ProceDure Page_In; 8. ProceDure GoXY(H,V:Integer); 9. ProceDure ResetData; ProceDure ReadB; 10. ProceDure Scan; Trong sơ đồ khối có các từ viết tắt như:BA07 (viết tắt của biến DataA_Bit[0 7]), PA07 (viết tắt của biến DataA[0 7]). Thủ tục ReadC Sta r Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI Read PortCL
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 49 Thủ tục này có chức năng đọc dữ liệu từ Port C vào, tín hiệu PortCL, sau đó làm chuẩn lại tín hiệâu (chỉ lấy 04 bit thấp PC04) bằng cách AND với $0FH (15D). Sau khi đã làm chuẩn tín hiệu, tùy giá trị của từng bit (là [0] hay [1]) mà gán trạng trái của báo của cờ tương ứng (HOR, VERT, PAGE, ERROR) là [True] hay [False]. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 50 Thủ tục CK Star PA0 5=0 I = 1 BA =true S i Đ DataA or(1 shl i) I + 1 S I > 5 Đ BA 0,2,4 = False PortA = DataA DataA or $D5 Delay PortA Thủ tục này có nhiệm vụ tạ=o DataAmột xung Ck cho mạch giãi mã điều khiển. Nó sẽ truyền tín hiệu điều khiển đến mạch điều khiển thông qua Port A- Tùy theo ý nghĩa của từng cờ bit (DataA_Bit End 07, BA07) mà Data A được điều chế tương ứng. Thủ tục MDC Star BA 6=DC1 Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI BA 7=DC2
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 51 Thủ tục MDC với hai tham số đưa vào là DC1 và DC2 (dạng logic, Boolean). Tham số đưa vào sẽ làm biến đổi hai cờ trạng thái Data_Bit[6] (BA6) và Data_Bit[7] (BA7). Tùy theo cờ trạng này (là [true] hay [false]) mà bit tương ứng của DataA thay đổi theo (là [1] hay [0]). Sau khi điều chế xong tín hiệu dữ liệu DataA, truyền dữ liệu này qua Port A bằng cách gọi thủ tục CK. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 52 Thủ tục Run_SM Star I=1 S I<Step Đ BAMT =Tru e Ck I+1 End Thủ tục Run_SM có nhiệm vụ cho một động cơ nào đó trong 03 động cơ bước (chọn bằng tham số MT dưa vào) hoạt động một số bước (do tham số Step đưa vào quyết định). Với thủ tục này, có thể chọn một trong ba động cơ bước để điều khiển. Trong đó, Mt=0 là chọn động cơ cuốn giấy (Vert), Mt=1 là động cơ kéo đầu quét (Scan) và nếu Mt=2 là chọn động cơ kéo cần quét (Hor). Số bước đưa vào được khống chế bởi các mức giới hạn. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 53 Thủ tục SM_Standar Star SM_H S S SM_Sc =true =true Đ Đ ReadC ReadC BẠ = BA = 5 3 Right Down Not S Not S Error Error Đ Đ Run_SM Run_SM (2,1) (1,1) ReadC ReadC BA = BA = 5 3 Left Up Run_SM Run_SM (2,1) (1,1) H_Count Sc_Count =1 =1 Thủ tục SM_Standar có chức năng chuyển motor kéo cần quét và motor kéo đầu quét về vị trí chuẩn. Nhận hai tín hiệu H_SM và Sc_SM (dạng tín hiệu logic) để nhận biết cần chuyển motor nào về mứ c chuEẩn. Để thực hiện đúng chức năng này, tín hiệu Error nhận từ ngoài vào là chuẩnnd để nhận biết điểm chuẩn. Tín hiệu Error từ ngoài vào được điều chế một lần để nhận biết tín hiệu thật từ motor nào gởi đến. Thủ tục Page Out Star MDC (Off,On) Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI BD1=Up
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 54 Thủ tục Page In Star MDC (On,Off) BD 1=Up ReadC Page S =false Đ Run_SM (0,1) ReadC I=1 S I<=10 Đ Run_SM (0,1) I+1 Delay MDC (Off,Off) Thủ tục GoXY End Star X= H-H_Count Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI Y= V-V_Count
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 55 Thủ tục GoXY dùng để di chuyển cần quét đến một tọa độ xy tương ứng theo H_Count và V_Count cũng như tọa độ chuẩn (V_Count=1, H_Count=1). Sử dụng thủ tục Run_SM di chuyển hai motor để cần đọc đến đúng vị trí. Bên cạnh, xử lý các vùng tọa độ và tọa độ cần di chuyển đến để nhận biết hướng di chuyển đúng của động cơ. Thủ tục ABS(x) là thủ tục toán học trong Pascal dùng để lấy giá trị tuyệt đối của x. Thủ tục Page Out và Page In là hai thủ tục dùng để cho giấy ra hay lấy giấy vào máy. Nguyên tắc làm việc của hai thủ tục này là dựa vào tín hiệu Page đọc vào từ thủ tục ReadC. Đối với thủ tục Page Out, nhận diện trạng thái có giấy (Page=True) và thực hiện việc cuốn giấy ra (Step_Motor Vert Up, Motor Dc2 On) cho đến khi nhận diện trạng thái không có giấy. Đối với thủ tục Page In, nhận diện trạng thái không giấy (Page=False) và thực hiện việc cuốn giấy vào (Step_Motor Vert Up, Motor Dc1 On) cho đến khi nhận diện trạng thái có giấy. Khi hết chu trình mỗi lệnh có thêm một số bước để cuốn hết giấy ra khỏi máy, động cơ DC được duy trì trạng thái hoạt động một thời gian. Thủ tục ResetData Star Port C=$00 Port C=$10 Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI End
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 56 Thủ tục Reset Data dùng để xóa dữ liệu và lập lại trạng thái ban đầu cho IC 74LS164. Khi sử dụng, thủ tục này gởi ra Port C (CH) giá trị $00 (00000000B) tạo xung xuống tác động mức [0] vào chân CLR của 74LS164, sau đó lập lại trạng thái chờ bằng cách gởi ra Port C (CH) giá trị $10 (00010000B) tạo xung lên tác động mức áp [1] vào chân CLR của 74LS164. Thủ tục Scan Star Port C=$30 Port C=$10 End Thủ tục Scan dùng để đọc dữ liệu quét vào IC 74LS164. Khi sử dụng, thủ tục này gởi ra Port C (CH) giá trị $30 (00110000B) tạo xung lên tác động mức [1] vào chân CLK của 74LS164, làm cho IC này đọc dữ liệu ở hai chân AB (lúc này mang gia trị của đầu quét gởi đến) vào và đồng thời dịch chuyển thanh ghi bên trong nó, sau đó gởi ra Port C (CH) giá trị $10 (00010000B) tạo xung lên tác động mức áp [0] vào chân CLK của 74LS164 tạo xung xuống để kết thúc một xung đọc dữ liệu. Thủ tục ReadB Star DataB =Port B ResetData End Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 57 Thủ tục ReadB dùng để đọc dữ liệu quét từ IC 74LS164 vào máy. Khi sử dụng, thủ tục này đọc giá trị của 74LS164 thông qua Port B vào biến DataB. Sau khi đọc dữ liệu vào biến DataB rồi, tiến hành gởi xung ra để xóa dữ liệu trong IC 74LS164 và thiết lập trạng thái ban đầu cho nó bằng thủ tục Reset Data. III. PHÂN TÍCH MỘT THỦ TỤC MẪU: Thủ tục tiến hành phân tích là thủ tục CK, đây là một thủ tục dùng thường xuyên trong quá trình điều khiển. Thủ tục này có nhiệm vụ tạo một xung Ck cho mạch giãi mã điều khiển. Nó sẽ truyền tín hiệu điều khiển đến mạch điều khiển thông qua Port A- Tùy theo ý nghĩa của từng cờ bit (DataA_Bit07, BA07) mà Data A được điều chế tương ứng. Sơ đồ khối của thủ tục được trình bày như trên, sau đây là chương trình nguồn được viêt bằng ngôn ngữ PASCAL. Doøng 1. ProceDure CK; Doøng 2. Var Doøng 3. i:byte; Doøng 4. Begin Doøng 5. DataA:=DataA and $C0; (*Xoa het du lieu, tru bit 06, 07*) Doøng 6. For i:=0 to 5 do Doøng 7. If DataA_Bit[i]=True then DataA:=DataA or ($01 shl i); Doøng 8. DataA_Bit[0]:=False; Doøng 9. DataA_Bit[2]:=False; Doøng 10. DataA_Bit[4]:=False; Doøng 11. Port[Add_Port[0]]:=DataA; Doøng 12. Delay(T_DL_CK); Doøng 13. Port[Add_Port[0]]:=DataA and $D5; Doøng 14. Delay(1); Doøng 15. End; Phân tích:  Dòng 1: Procedure CK; –Khai báo tên thủ tục, khi cầân gọi thủ tục này ta chỉ cần gọi tên trực tiếp trong chương trình chính (hay thủ tục hay hàm khác). Đây là một thủ tục không có tham số.  Dòng 2: Var –Thông báo: bắt đầu khai báo biến cục bộ.  Dòng 3: I:Byte; –Khai báo một biến tên là “I” kiểu Byte (chiều rộng từ dữ liệu là 08 bit). Biến này dùng cho con chạy của dòng For. Do giới hạn dòng chạy của dòng For chỉ là 6 bước nên chọn I kiểu byte (giá trị lớn nhất là 255).  Dòng 4: Begin –Khai báo bắt đầu phần chương trình của thủ tục.  Dòng 5: DataA:=DataA and $C0; –Xóa dữ liệu Data A, giữ lại giá trị của hai bit 6 và 7 (DataA6: điều khiển động cơ DC1; DataA7: điều khiển động cơ DC1). Thực hiện điều này bằng cách AND dữ liệu DataA với giá trị $C0 (Giá trị thập lục phân: $C0 chuyển sang giá trị nhị phân là : 1100000B). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 58  Dòng 6: For i:=0 to 5 do –Thực hiện lệnh tạo vòng lập trình tự “For do”. Vòng lập này thực hiện 06 vòng để xét duyệt giá trị từ DataA_Bit[0] đến DataA_Bit[5].  Dòng 7: If DataA_Bit[i]=True then DataA:=DataA or ($01 shl i); –Lệnh xét điêu kiện, nếu trường hợp cờ DataA_Bit[I] đang trỏ đến bật (có giá trị [True]) thì Bit tương ứng trong biến DataA bật lên giá trị [1]. Thực hiện việc chuyển đổi này bằng cách OR giá trị của biến DataA với giá trị 1 shl I.  Dòng 810: Các cờ DataA_Bit[0,2,4] được xóa trạng thái bật trở về trạng thái tắt.  Dòng 11: Port[Add_Port[0]]:=DataA; –Gởi giá trị DataA ra Port A.  Dòng 12: Delay(T_DL_CK); –Chờ một khoảng thời gian T_DL_CK, thời gian này chính là thời gian xung dương của tín hiệu điều khiển (độ rộng xung dương).  Dòng 13: Port[Add_Port[0]]:=DataA and $D5; a –Tạo xung xuống cho tín hiệu xung nhịp CK bằng cách gởi ra Port A giá trị DataA sau khi đã AND với giá trị $D5 (11010101B).  Dòng 14: Delay(1); –Chờ khoảng thời gian 1 đơn vị thời gian của thủ tục Delay, thời gian này chính là thời gian xung âm tối thiểu của tín hiệu điều khiển (độ rộng xung âm).  Dòng 15: End; –Khai báo kết thúc thủ tục. Thủ tục này được xây dựng trên sơ đồ khối và được nghiệm chứng qua thực tế. Kết quả: thủ tục hoạt động tốt theo yêu cầu. * Phần chương trình điều khiển mẫu xin xem phụ lục B. IV. NGUYÊN LÝ NHẬN DIỆN VÀ KIỂM TRA CỦA MÁY: Máy hoạt động dưới sự điều khiển của phần mềm điều khiển và khi nói đến nguyên lý hoạt động của máy, trước hết chúng ta tìm hiểu sơ lược về hình thức chấm điểm trắc nghiệm hiện nay. Với lý do như đã nói trên, công cụ hổ trợ cho việc chấm điểm trắc nghiệm còn chưa đầy đủ, chủ yếu các bài thi được chấm thủ công với hình thức giấy đục lỗ hay bằng cách quan sát. Giả sử một khuôn mẫu như sau: Hình dạng bài test: BẢNG HÌNH DẠNG BÀI TEST a b c d Câu 1. Câu 2. Câu 3. Hình dạng bài test chính là khuôn mẫu trình bày phần đánh dấu trắc nghiệm. Nó xác định vị trí sự của mỗi lựa chọn. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 59 Bài trả lời mẫu: BẢNG TRẢ LỜI MẪU a b c d Câu 1. X Câu 2. X Câu 3. X B ài trả lời mẫu chính là Đáp số của bài trắc nghiệm. Nó cho biết vị trí ô lựa chọn đúng. Bài trả lời mẫu chính là Đáp số của bài trắc nghiệm. Nó cho biết vị trí ô lựa chọn đúng. Hình dạng bảng phim chấm bài: KHUÔN CHẤM BÀI a b c d Câu 1. Câu 2. Câu 3. Bảng phim được làm bằng phim nhựa, giấy, nhưng thường là làm bằng phim nhựa trong để có thể nhìn thấy được hết các lựa chọn trong một câu. Như vậy, qua bảng phim này chúng ta có thể định vị chính xác vị trí ô lựa chọn đúng và đồng thời nhận biết được hết các lựa chọn của học sinh. Qua bảng phim này, ngoài việc có thể xác định được kết quả bài làm trắc nghiệm còn có thể biết được sự nhầm lẫn thường xuyên của học sinh đối với một câu trắc nghiệm. Bài trả lời của học sinh: BẢNG TRẢ LỜI CỦA HỌC SINH a b c Câu 1. X XO Câu 2. X Câu 3. X O X Aùp dụng chấm bài: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 60 CHẤM BÀI a b c d Câu 1. X XO Câu 2. X Câu 3. X O X Khi đặt khuôn chấm bài vào bài làm của một học sinh, kết quả sẽ hiện lên rõ hơn như hình ảnh ở trên. Hình thức thi trắc nghiệm tại các nước tiên tiến (như Mỹ) thì một bộ đề kiểm tra trắc nghiệm trước khi đưa vào sử dụng đã qua nhiều khâu kiểm tra và đánh giá trên chính bộ đề nên sự lựa chọn của người làm bài chỉ là một lần duy nhất trên một câu. Do đó, lựa chọn đúng hay sai là hình thức đánh dấu tròn đen, tô đậm (bằng bút chì 2B) trên sự lựa chọn của mình. Nhưng tại Việt Nam, các bộ đề được xây dựng chưa hoàn chỉnh. Với xu hướng cải thiện và phát triển dần các bộ đề thi trắc nghiệm nên hình thức thi và làm bài có phần khác hơn. Điểm nổi bật chính là có thể nhiều có sự lựa chọn và cuối cùng chọn lấy một lựa chọn duy nhất trên một câu trắc nghiệm. Các ký hiệu mới được hình thành để biểu hiện như:  Xác nhận là đúng: X (sự lựa chọn có giá trị là đúng)  Phủ nhận là đúng: O X (sự lựa chọn có giá trị là sai)  Phủ phủ nhận là đúng: (sự lựa chọn có giá trị là đúng) Do yếu tố vừa nêu, máy chấm điểm trắc nghiệm ra đời cần phải xử lý được các tín hiệu thu vào, đặc biệt là xử lý hình học. Xử lý hình học ở đây chính là giải thuật nhận diện hình học. Phát sinh ý tưởng này chính là do cách viết các ký hiệu lựa chọn của mỗi người khác nhau, độ nghiên, méo xuyên tâm, Trên phương pháp tương tự và loại trừ phần tử sẽ tìm ra giá trị đích thực của lựa chọn. Vấn đề được đặt ra cho phân mềm là phải điều khiển được phần cơ đồng thời phải giải quyết được vần đề nêu trên –Xử lý ảnh. Do giới hạn của thời gian và độ tinh của tia quét trong thiết kế nên phần xử lý ảnh chỉ xử lý ở mức chưa tinh, có nghĩa là chỉ xét và kiểm tra đối với dạng chấm tròn đen (không có dạng phủ định và xác định bằng dấu X). Với cách chấm này, tính linh động của sản phẩm bị giảm xuống, nhưng tính chất và giá trị sử dụng vẫn được duy trì. Phần mềm nhận diện đúng sai nhờ vào tín hiệu từ đầu quét đưa về thông qua Port CL và Port B khi đã điều khiển động cơ di chuyển đầu quét về đúng vị trí quét (tọa độ quét). Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 61 I. TÓM TẮT ĐỀ TÀI: Vấn đề đặt ra là giải quyết vấn đề tự động hóa công việc chấm điểm, đảm bảo tính chính xác và khách quan, vấn đề này đã được giải quyết ổn thỏa. Người thực hiện chọn phương pháp sử dụng giao diện với máy vi tính cá nhân để điều khiển máy Chấm điểm trắc nghiệm. Công việc nghiên cứu và thiết kế được thực hiện lần lượt qua các bước sau: 1. Lựa chọn cảm biến: Để phân biệt giữa điểm sáng và điểm tối trên cùng một tờ giấy người thực hiện đã dùng cảm biến Photo-Electric (loại dùng cho đầu nhận tín hiệu điều khiển từ xa của TV). 2. Phần cơ khí: Có thể kéo hết tờ giấy, tùy theo tín hiệu điều khiển, có thể chuyển động theo hai chiều thuận (kéo giấy) và nghịch (đẩy giấy). 3. Phần quét ảnh: Dùng một đầu đọc cố định cho việc đọc tín hiệu dọc (đã tới vùng dữ liệu) và một bộ cần quét dùng cho việc đọc hết chiều ngang của dữ liệu. 4. Phần điều khiển: Dùng trực tiếp CPU của máy vi tính cá nhân để điều khiển máy thông qua Card giao tiếp ngoại vi. 5. Xây dựng chương trình: Viết chương trình bằng phần mềm PASCAL, chương trình chạy tốt trên cả môi trường Dos và môi trường Windows. II. TỰ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI VÀ SẢN PHẨM: Qua thời gian thực hiện công việc thi công và thiết kế đề tài những kết quả gặt hái được như sau: 1. Tính khoa học: Đề tài mang đậm tính nghiên cứu và kế thừa. Nghiên cứu ở đây chính là nghiên cứu khoa học ứng dụng, áp dụng những kiến thức đã học để hình thành nên một sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tế. Kế thừa ở chổ, đề tài vận dụng những kiến thức thu được từ đề tài mà sinh viên khóa trước đã thực hiện. Tính khoa học ở đây mang luôn cả tính nghệ thuật, vận dụng sáng tạo để sử dụng kiến thức thu được thành kiến thức của chính mình và tạo ra một sản phẩm hoàn toàn mới so với trước. 2. Khả năng triển khai: Nếu có một nguồn vốn đầu tư thì có thể triển khai ứng dụng vào thực tế bởi:  Tính chính xác khá cao.  Vận hành ổn định.  Giá trị sử dụng cao.  Chương trình điều khiển không phụ thuộc nhiều vào phần cứng và có thể phát triển lên mức cao hơn nữa là cho khả năng phân tích được một bộ đề dựa trên phương pháp phân tích độ khó, tính mồi nhử,  Giá thành sản phẩm thấp. 3. Hiệu quả kinh tế, xã hội: Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 62 Nếu được sản xuất đồng loạt, có thể được ứng dụng làm một thiết bị cung cấp cho các trường học bởi nó là một sản phẩm, một công cụ giúp giải phóng sức lao động cho giáo viên, một công cụ hữu ích để giúp giáo viên thực hiện chính sách tuần làm 40 tiếng của Chính phủ (thời gian chấm điểm hoàn toàn là thời gian trống cho giáo viên, vì máy tự vận hành một cách tự động). Giá trị kinh tế và giá trị xã hội của sản phẩm rất cao, vì trước hết, đầu tư cho giáo dục chính là sự đầu tư đúng đắn nhất và mang lại lợi nhuận cao nhất, lâu dài nhất trong một khoảng thời gian ngắn nhất. Sau đó chính là vì giá thành để sản xuất ra một sản phẩm là rất nhỏ. Hiện nay, số lượng máy in kim trên thị trường nội địa được thanh lý khá nhiều với giá cả rất rẻ (từ 100.000VNĐ đến 200.000VNĐ cho máy in kim khổ giấy A4 hiệu Epson, 250.000VNĐ đến 350.000VNĐ cho các máy in văn phòng), với các máy in này ta có thể lấy được bộ nguồn làm nguồn nuôi cho máy chấm điểm trắc nghiệm, đồng thời bộ vi xử lý trong mạch in máy in có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Chủ yếu khi mua máy về chúng ta chỉ lấy các động cơ bước và dàn cơ nếu có thể. Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 63 Tổng kinh phí thực hiện (chưa kể công thợ) được tính theo bảng sau: STT Tên linh kiện Đơn giá (ĐVN) Số lượng Thành tiền (1000ĐVN) 1 PPI82C55 18.000 1 18.000 2 4555B 5.000 2 10.000 3 74LS32 3.500 3 10.500 4 74LS04 3.500 1 3.500 5 74LS30 4.000 1 4.000 6 74LS00 3.500 3 10.500 7 74LS192 5.000 3 15.000 8 74LS164 4.000 1 4.000 9 Tụ 2.000 10 Điện trở 500 11 Diod 200 28 5.500 12 Chân Jumper 4.000 3 12.000 13 D468 700 20 14.000 14 C828 500 14 7.000 15 Đế chân 40 3.000 1 3.000 16 Đế chân 1420 1.000 14 14.000 17 Điện trở mảng 500 12 6.000 18 Bộ nguồn PC 50.000 1 50.000 19 Gia công mạch 138.750 20 Chi phí khác 100.000 Tổng cộng 428.250 Tổng kinh phí cho sản phẩm là: 428.250+250.000= 678.250 ĐVN. III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KHẢ NĂNG NÂNG CẤP: Đề tài còn rất nhiều điều chưa hoàn thiện được theo đúng như dự định ban đầu khi bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế máy. Những hạn chế này dù mang tính khách quan nhưng gây ra nhiều nhược điểm lớn cho sản phẩm. Độ tinh của tia quét chưa cao, điều này có thể khắc phục và nâng cao tính năng bằng cách sử dụng led hồng ngoại của bộ phận điều khiển từ xa của Tivi. Thiết kế lỗ xuyên tia quét cũng như đầu nhận dữ liệu nhỏ hơn. Tuy nhiên, đây cũng chỉ là những cải tiến nhỏ, bước cải tiến thực sự chính là cải tiến phần mềm (viết đầy đủ hơn các thủ tục điều khiển để từ đó tận dụng hết các tính năng của chương trình) điều này hoàn toàn khả thi nếu như kết hợp với yếu tố đầu đọc được cải tiến sẽ nâng cao được tính năng sử dụng và độ chính xác của máy. Sự phát triển mạnh hơn trong phần mềm điều khiển như sử dụng các dữ liệu thu được kết hợp với các công thức và phương pháp tính độ tin cậy của bộ đề trắc nghiệm sẽ nâng cao hơn ứng dụng của sản phẩm. Tiếng rít của dàn cơ làm ảnh hưởng lớn đến môi trường làm việc nhưng vấn đề này cũng có thể khắc phục được bằng cách cách ly âm thanh, vỏ ngoài của máy thiết kế kín để cách âm và tránh bụi bám lên đầu đọc dữ liệu. Nhưng cải tiến lớn nhất là vận dụng ngay khả năng có thể giao tiếp của máy để thiết kế một mạch điều khiển riêng, chỉ chuyển giao, nhận dữ liệu từ máy vi tính Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 64 và khi cần thiết thông báo lỗi thì mới liên kết với máy vi tính. Điều này thể hiện rõ vai trò điều khiển trực tiếp máy Chấm điểm trắc nghiệm là do một bộ điều khiển khác vận hành, máy vi tính chỉ xử lý số liệu, lưu trữ và quản lý dữ liệu. Nhìn chung bước cải tiến này khả thi và mang lại tính năng động cao cho máy Chấm điểm trắc nghiệm. Vì nếu thực hiện được điều này, máy vi tính sẽ có thể thực hiện được công việc khác khi máy Chấm điểm trắc nghiệm hoạt động ở chế độ chấm bài. Như vậy, đề tài còn hướng phát triển cao hơn nữa về cả phần cứng lẫn phần mềm, đây cũng chính là khả năng nâng cấp và linh động trong giao tiếp của máy. Vì thật ra khi nâng cấp lên, các phần cũ của máy như: card giao tiếp, mạch giải mã tín hiệu điều khiển, mạch công suất và mạch hổ trợ đầu quét vẫn được sử dụng lại. IV. KẾT LUẬN: Những kiến thức học được ở trường cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo củûa thầy Quách Thanh Hải, thầy Lê Viết Phú, thầy Nguyễn Đình Phú, thầy Nguyễn Xuân Đông đã giúp người thực hiện giải quyết được nhiều điều vướng mắc khi thực hiện đề tài. Do còn nhiều hạn chế trong kinh phí thực hiện cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên còn nhiều thiếu sót như: phần cơ khí còn chưa logic cấu hình như mong muốn, bộ phận cảm biến quang chưa tuyệt đối chính xác, phần mềm chưa được phát triển đến mức tối ưu, Ngoài những thiếu sót vừa nêu, đề tài còn nhiều điều chưa hoàn chỉnh, kính mong Thầy Cô và các bạn đóng góp ý kiến. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2000 Người thực hiện đề tài NGUYỄN PHƯỚC HẬU Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 65 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH GIAO TIẾP Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 66 SƠ ĐỒ MẠCH IN MẠCH GIAO TIẾP MẶT TRÊN MẶT DƯỚI Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 67 SƠ ĐỒ MẠCH IN MẠCH GIAO TIẾP LINH KIỆN KHOAN LỖ Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 68 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH NÂNG ÁP VÀ TRUYỀN TÍN HIÊU SƠ ĐỒ MẠCH IN MẠCH NÂNG ÁP VÀ TRUYỀN TÍN HIÊU MẶT TRÊN MẶT DƯỚI LINH KIỆN KHOAN LỖ Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 69 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH GIẢI MÃ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 70 SƠ ĐỒ MẠCH IN MẠCH GIẢI MÃ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN MẶT TRÊN MẶT DƯỚI LINH KIỆN KHOAN LỖ Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 71 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH CÔNG SUẤT SƠ ĐỒ MẠCH IN Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 72 MẠCH CÔNG SUẤT MẶT TRÊN MẶT DƯỚI LINH KIỆN KHOAN LỖ Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI
MÁY CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH Trang 73 Tập tin nguồn Thư viện VAR_COM (VAR_COM.PAS) UNIT VAR_COM; INTERFACE TYPE File_Name_Type = String[16]; XY_Type = Record Hor : Word; Vert : Word; End; CONST L_Horizontal = 600; (*Chieu dai can quet ngang, tinh bang xung Ck*) L_Scan = 100; (*Chieu dai tin hieu quet, tinh bang xung Ck *) On = True; Off = False; Right = True; Left = False; Up = True; Down = False; VAR Sys_Error : Byte; DataA, DataB : Byte; DataC, CL, CH : Byte; Error : Boolean; (*PC3 : tin hieu loi Error *) Page : Boolean; (*PC2 : tin hieu loi Page *) Vert : Boolean; (*PC1 : tin hieu Veritical *) Hor : Boolean; (*PC0 : tin hieu Horizontal*) V_Count, H_Count, Sc_Count : Integer; Add_Port : Array [0 2] of Word; (* Add_Port 0 : Address Port A Add_Port 1 : Address Port B Add_Port 2 : Address Port C *) DataA_Bit : Array[0 7] of Boolean; (* Bit 0 : Clock Vertical Bit 1 : Up/Down Vertical Bit 2 : Clock Scan Sinh viên: Nguyễn Phước Hậu Giáo viên hướng dẫn: Thầy QUÁCH THANH HẢI