Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỘC LẬP _ TỰ DO _ HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH TUẤN
NGUYỄN LÂM VŨ
Lớp: 95KĐĐ
Khóa: 1995 – 2000

1. TÊN LUẬN VĂN:

THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN

2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:


CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

3

LỜI CÁM ƠN

Chúng em xin cảm ơn Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng
em được học tập và nghiên cứu trong suốt các năm qua.

Chúng em xin chân thành cám ơn Quý Thầy Cô đã tận tình
truyền đạt những kiến thức mới và bổ ích cho chúng em, nhất là Quý
Thầy Cô trong Khoa Điện đã giảng dạy trong suốt quá trình học tập
cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn Thầy Lê Viết Phú đã trực tiếp hướng
dẫn chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ.

Xin cám ơn các bạn đã quan tâm và giúp đỡ.

Xin cám ơn các bậc phụ huynh đã tạo mọi điều kiện về mặt tinh
thần cũng như vật chất trong những năm học vừa qua..

Nguyễn Minh Tuấn
Nguyễn Lâm Vũ


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

6
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay tin học đã thâm nhập vào tất cả mọi hoạt động trong xã hội và
máy vi tính đã trở thành một công cụ đắc lực trong việc hỗ trợ con người. Nó không
chỉ làm giảm nhẹ lao động (kể cả lao động trí tuệ) mà còn giúp cho con người có
những năng lực mới mà trước đây chúng ta khó hình dung được. Máy vi tính ngày
càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ quan, trường học, trong các ngành kinh tế
và ngay cả trong gia đình.

Theo đà phát triển hiện nay của nước ta thì quá trình hiện đại hoá, công
nghiệp hoá là hai mục tiêu đứng đầu. Nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hóa thì


7

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG
I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
1. MỤC ĐÍCH
2. YÊU CẦU
II. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁT TÍNH IBM
I. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
II. BỘ NHỚ
1. BỘ NHỚ ROM
2. BỘ NHỚ RAM
III. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT NGOẠI VI
1. CÁC THIẾT BỊ NHẬP XUẤT CƠ BẢN
2. XUẤT NHẬP TRAO ĐỔI THÔNG TIN QUA KHE CẮM (SLOT)
IV. SỰ PHÂN BỐ ĐỊA CHỈ TRONG MÁY TÍNH
V. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC KỸ THUẬT GIAO TIẾP
1. KỸ THUẬT GIAO TIẾP
2. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN KỸ THUẬT GIAO TIẾP
PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP
I. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MODULE GIAO TIẾP
II. THIẾT KẾ & THI CÔNG CÁC MODULE CON
1. MODULE GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ VÀ ĐỆM DỮ LIỆU (MODULE 1)
2. MODULE NHẬN TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 2)
3. MODULE XUẤT TÍN HIỆU ANALOG (MODULE 3)
4. MODULE NHẬN TÍN HIỆU DIGITAL (MODULE 4)

các IC chốt, giải mã thông dụng trên thò trường với giá thành rẻ và độ tin cậy
cao. Ta có thể dùng các IC này trong mạch để thay thế các IC chuyên dùng như
8255… giúp ta tiết kiệm được kinh phí, khả năng mở rộng cao mà độ tin cậy như
nhau trong các ứng dụng vừa và nhỏ.
2. Yêu cầu:
Card giao tiếp phải thỏa mãn được các yêu cầu sau:
+ Dễ mở rộng, dễ phát triển.
+ Có thể điều khiển được nhiều đối tượng khác nhau (Bộ nguồn chỉ là
một đối tượng.
+ Dễ thay đổi.
+ Ghép nối được với nhiều chủng loại máy tính khác nhau của họ máy
vi tính IBM PC.
+ Sử dụng các linh kiện sẵn có, dễ tìm kiếm, giá thành phù hợp.
+ Khi thay đổi đối tượng điều khiển thì không cần thay đổi thiết kế
phần cứng mà chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển.
+ Có khả năng quản lý được nhiều kênh khác nhau.
+ Có độ tin cậy và chính xác cao khi làm việc.

II. Ý tưởng thiết kế:
Trong đề tài này em chọn máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý và điều
khiển vì nó có một số ưu điểm sau:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

10
 Về phương diện đo lường:
- Hiệu chỉnh dễ dàng nhờ vào phần mềm.

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

11
- Chọn trước đòa chỉ cho các card còn lại sẽ gắn vào module bao gồm
card xuất tín hiệu Digital, card nhận tín hiệu Digital, card xuất tín hiệu Analog,
card nhận tín hiệu Analog.

- Dựa trên đòa chỉ chọn trước (nằm trong vùng đòa chỉ dành cho card
cắm thêm trong máy tính) thiết kế từng module đã kể trên. Các module này có
thể thiết kế theo thứ tự tùy ý do đã chọn trước đòa chỉ truy xuất không trùng
nhau.
- Thiết kế module nguồn ổn áp để minh họa dựa trên cách xuất dữ liệu
ra thông qua card đệm và giải mã.
- Thiết kế phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

12

PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ HỌ MÁY TÍNH IBM
I. Bộ xử lý trung tâm : (CPU_Central Processing Unit)
Đây là bộ phận trung tâm điều khiển mọi hoạt động của máy vi tính. Nó

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

13
- Điều khiển DMA (Direct Memory Access: Truy xuất bộ nhớ trực tiếp)
(8237A).
- Bộ tạo nhòp (8284)
- Các cổng giao tiếp song song, nối tiếp (8255).
- Điều khiển CRT (6845)
Ngoài ra, còn sử dụng các logic đệm, chốt và giải mã đòa chỉ.
II. Bộ nhớ : (Memory)
CPU xử lý khối lượng lớn dữ liệu. Tuy nhiên vào từng thời điểm nó chỉ
ghi nhận một vài byte dữ liệu, do đó cần phải có bộ nhớ (main memory) bên
trong máy để việc trao đổi dữ liệu bên trong CPU được nhanh hơn.
Bộ nhớ của máy vi tính có thể chia làm 2 loại : ROM và RAM
1. Bộ nhớ ROM: là vùng nhớ mà hãng chế tạo máy ghi trước vào đó các
chương trình điều khiển căn bản (Người ta thường gọi là ROM BIOS), những
phần mềm hệ thống hoặc ứng dụng đi kèm với máy do hảng sản xuất cung cấp.
Những chương trình này không thể thay đổi được, không thể bò mất đi khi
tắt máy và ROM chỉ cho phép đọc dữ liệu chứa trên nó mà thôi.
2. Bộ nhớ RAM: RAM là phần còn lại của bộ nhớ trong. Đây là vùng bộ
nhớ chứa chương trình ứng dụng và dữ kiện cần thiết để khai thác xử lý.
IBM PC quản lý bộ nhớ bằng 20 đường đòa chỉ, tức là có thể giải mã
được đòa chỉ tới 1024 Kb hoặc chính xác hơn là 1048576 KB. Nói cách khác, đó
là số lượng tối đa các đòa chỉ và cũng là số tối đa các byte riêng biệt có thể sử
dụng được.
Với các máy tính thế hệ sau này từ 286 trở đi, người ta phân biệt nhiều
loại ký ức RAM tùy theo từng hệ điều hành. Với hệ điều hành MS DOS thì
được phân biệt thành 3 loại ký ức:


III. Các thiết bò xuất nhập ngoại vi : (I/O DEVICES)
Thiết bò ngoại vi là những thiết bò thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu.
Các thiết bò ngoại vi thông dụng được gắn với máy tính gồm bàn phím, màn
hình, các ổ đóa, máy in … Chúng được gắn vào máy tính nhờ các Card giao tiếp
và thông qua các Slot gắn trên Mainboard của máy tính (trên Mainboard của
máy tính bao gồm CPU, ROM, RAM, Slot và các bộ phận hổ trợ khác).
Trong máy vi tính thường 6 Slot dùng để cắm các Card (tùy theo loại
main board), các Slot này hoàn toàn bình đẳng với nhau, nghóa là các Slot song
song nhau nên khả năng xuất đòa chỉ là hoàn toàn giống nhau. Vì vậy 1 Card
cắm ở Slot nào cũng xuất cùng một dạng đòa chỉ và dữ liệu như nhau, điều này
rất thuận tiện cho người sử dụng.
Một điểm nữa, là trên máy tính cài đặt các chương trình phục vụ xuất
nhập cơ bản (BIOS). Mục đích là giao tiếp có điều khiển với hệ thống và giải
phóng người lập trình khỏi quan tâm đến các đặc tính phần cứng. Việc truy
xuất này sẽ thông qua các Vector interrupt. (Vector ngắt).
ROM BIOS
ROMBASIS

FIXED DISK ROM
CGA VIDEO
MONOCHROME VIDEO
EGA VIDEO

1024KB
64K
8K
16K
16K
64K


Cho đến nay phần lớn card ghép nối dùng trong kỹ thuật đo lường và
điều khiển đều được chế tạo để đặt vào rãnh cắm theo chuẩn ISA, cho nên
dưới đây sẽ được giới thiệu chi tiết hơn. Trong các trường hợp cần tìm hiểu chi
tiết về các rãnh cắm khác có thể xem thêm phần phụ lục.

 Sự sắp xếp chân trong khe cắm theo chuẩn ISA:
Thông thường rãnh cắm có 62 đường tín hiệu dùng có mục đích thông tin
với một card cắm vào. Về cơ bản các đường tín hiệu này được chia ra thành các
đường dẫn tín hiệu, đường dẫn đòa chỉ và đường dẫn điều khiển. Bởi vì ngay từ
các máy tính PC/XT đã sẵn có các rãnh cắm 62 chân này, trên đó có 8 đường
dẫn dữ liệu, nên đôi khi người ta cũng gọi luôn rãnh cắm 62 chân này là rãnh
cắm 8 bit. Chỉ những card 8 bit mới được cắm vào rãnh này. Bảng dưới đây chỉ
ra sự sắp xếp chân ra của rãnh cắm mở rộng 8 bit.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

16
Về sau máy tính PC/AT ra đời chúng có thêm một rãnh thứ hai nằm
thẳng hàng với rãnh 8 bit kể trên và có 36 chân.
Trên rãnh này có chứa các tín hiệu 16 bit. Nên khi có thêm rãnh cắm này
thì người ta gọi chung cả hai rãnh là rãnh cắm 16 bit. Các rãnh cắm từ 32 bit trở
lên dùng để ghép vào những card có chất lượng rất cao, và vì vậy trong phạm
vi nội dung của tập luận án này chưa được quan tâm. Rãnh cắm 16 bit bao gồm
rãnh cắm 8 bit và có thêm một rãnh cắm thứ hai. Sau đây là sơ đồ bố trí chân
của một khe cắm theo chuẩn ISA 8 bit trong máy tính PC.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

IRQ6 B22 A22 A9
IRQ5 B23 A23 A8
IRQ4 B24 A24 A7
IRQ3 B25 A25 A6
/DACK2 B26 A26 A5
TC B27 A27 A4
ALE B28 A28 A3
+ 5 V B29 A29 A2
OSC B30 A30 A1
GND B31 A31 A0
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

18

Kích thước lớn nhất của card ISA 8 bit là:
 Chiều cao 106,7 mm (hay 4,2 inch).
 Chiều dài 333,5 mm (hay 13,13 inch).
 Chiều dày – kể cả linh kiện – 12,7 mm (hay 0,5 inch).

Còn kích thước lớn nhất của các card ISA 16 bit là:
 Chiều cao 121,92 mm (hay 4,8 inch).
 Chiều dài 333,5 mm (hay 13,3 inch).
 Chiều dày – kể cả linh kiện – 12,7 mm (hay 0,5 inch).
Sự khác nhau giữa hai kích thước này chỉ ở chiều cao mà nguyên nhân là
do vỏ của máy tính AT được thiết kế cao hơn loại XT đôi chút.
Từ cách sắp xếp chân ra, rõ ràng là 62 đường tín hiệu nằm cả ở mặt hàn

các dữ liệu có giá trò cần phải sắp xếp để rồi sau đó
được đón nhận bằng sườn trước.
AEN Lối ra Address Enable
Đường dẫn điều khiển AEN dùng để phân biệt chu
trình truy nhập DMA và chu trình truy nhập bộ xử lý.
Ở mức cao (High) DMA giám sát qua bus đòa chỉ và
bus dữ liệu; đường dẫn có hiệu lực ở mức thấp
(Low). Đường dẫn này cần phải được sử dụng cho
quá trình giải mã đòa chỉ bởi card mở rộng.

IV.Sự phân bố đòa chỉ trong máy tính:
Vùng vào/ra của máy tính PC đã chiếm giữ 64 Kbyte của bộ nhớ tổng
cộng với dung lượng hàng vài MByte trở lên. Vì vậy, vùng vào/ra của một card
mở rộng không được phép bao trùm lên vùng đòa chỉ vào/ra của máy tính. Khi
đưa một card mở rộng vào sử dụng, thì việc đầu tiên là ta phải lưu tâm đến
điểm đáng chú ý này. Bảng dưới đây sẽ chỉ ra sự sắp xếp của vùng đòa chỉ
vào/ra của máy tính PC/AT:

Đòa chỉ (Hex) vào/ra Chức năng
000 – 01F Bộ điều khiển DMA 1 (8232)
020 – 03F Bộ điều khiển ngắt (8259)
040 – 04H Bộ phát thời gian (8254)
060 – 06F Bộ kiểm tra bàn phím (8242)
070 – 07F Đồng hồ thời gian thực (MC 146818)
080 – 09F Thanh ghi trang DMA (LS 670)
0A0 – 0AF Bộ điều khiển ngắt 2 (8259)
0CH – 0CF Bộ điều khiển DMA 2 (8237)
0E0 – 0EF Dự trữ cho mảng mạch chính
Từ bảng này ta thấy rõ ràng là các đòa chỉ 300 đến 31F (Hex) đã được dự
tính để dùng cho card mở rộng. Các đường dẫn đòa chỉ được sử dụng đối với
vùng này là A0 đến A9. Thông thường thì các đòa chỉ, mà dưới các đòa chỉ này
máy tính có thể trao đổi với card mở rộng, có thể đặt được ở chính trên card.
Bây giờ nhiệm vụ của tấm bản mạch (card) được gắn vào là so sánh các đường
dẫn đòa chỉ ở máy tính với các đòa chỉ đã được thiết lập xem có thống nhất
không và thông báo sự đánh giá ở một bộ điều khiển logic. Chỉ khi có sự thống
nhất một cách chính xác mới có thể tiến hành sự trao đổi thông tin với máy
tính.
Thông thường thì trên một card mở rộng có nhiều khối chức năng như: bộ
biến đổi A/D, bộ biến đổi D/A, khối xuất và nhập dữ liệu số, các khối này được
trao đổi dưới những đòa chỉ khác nhau từ máy tính.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

21

Sơ đồ đònh vò chân của các Slot, mỗi bên có 31 đường và được đánh dấu
như sau :
- Một bên có các đường đánh dấu từ B1 đến B31.
- Bên còn lại có các đường đánh dấu từ A1 đến A31.
Tuy nhiên, thứ tự đặt các Slot còn tùy thuộc vào loại máy và hảng sản
xuất, còn ý nghóa của các ký hiệu thì vẫn như nhau.
Vì đề tài chỉ sử dụng các chân nằm trong khoảng từ A1 đến A31 và B1
đến B31, nên trong phần này chúng em chỉ trình bày tên của chúng và chức
năng của các chân sử dụng trong phần thiết kế. Những chân còn lại xin xem ở


22
Vì thế, đòa chỉ bộ nhớ DMA không được dùng tham dự như một đòa chỉ
I/O Port. Trạng thái này xảy ra từ khi tín hiệu IOR hay IOW được tích cực trong
một chu kỳ DMA.
- RESET DRV: Dùng để Reset hệ thống. Tín hiệu này đồng bộ với cạnh
xuống của OSC.
Trên đây, chúng em đã trình bày sơ bộ các chức năng một số chân của
Slot được sử dụng trong mạch thiết kế. Tuy nhiên, để chọn đòa chỉ I/O Port cho
mạch thiết kế đảm bảo không bò trùng đòa chỉ với các thiết bò khác thì ta cần
phải biết biểu đồ phân chia Port của IBM PC. IBM PC cung cấp cho ta 10 bit
để đánh đòa chỉ cho các port: bit A0  A9 giải mã tổng cộng được 1024 đòa chỉ
port và được chia làm 2 phần:
* 512 đòa chỉ từ 0000 H  01FF H dùng cho Mainboard (System board).
* 512 đòa chỉ từ 0200 H  03FF H dành cho các board ở các Slot.
Trong các đòa chỉ trên thì vùng đòa chỉ Prototype card chưa được sử dụng,
do đó em sẽ sử dụng vùng đòa chỉ này để giải mã cho Card giao tiếp của em
(các đòa chỉ từ 300
H
 31F
H
), nhiệm vụ cụ thể xin xem phần tiếp theo. Dưới đây
là hình minh họa một khe cắm ISA nhìn từ trên xuống:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

23

xử lý truyền Data nhanh hơn ngoại vi thì sẽ bò mất Data.
Tuy nhiên, ta có phương pháp khác để khắc phục tình trạng trên là các
I/O port thường được thiết kế với chế độ có điều kiện, đó là giao nhận Data có
tín hiệu “Bắt tay” (Hand Shaking). Trạng thái của I/O Port được giữ trong các
cờ (flag), phần mềm phải kiểm tra các cờ này trước khi giao nhận Data, do đó
tốn thời gian. Nhất là khi có nhiều I/O port thì ta phải kiểm tra lần lượt các
trạng thái cờ. Quá trình kiểm tra vòng trạng thái cờ gọi là kỹ thuật thăm dò
(polling).
+ Ưu điểm: Linh động, dể điều khiển, dễ mở rộng và dễ thay đổi.
+ Nhược điểm: Mất nhiều thời gian vì kỹ thuật thăm dò nên đáp ứng
chậm.
b. Vào/Ra điều khiển bằng ngắt : (Interrupt Service Routine Controlled
I/O)
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD

: Lê Viết Phú

25
Kỹ thuật này nhằm cải thiện thời gian giao tiếp, cũng như các yêu cầu
đột xuất. Quá trình ngắt tăng khả năng của hệ do cho phép ngoại vi yêu cầu vi
xử lý khi chúng cần, thay vì phải đợi đến khi chúng được hỏi tới. Các họ vi xử
lý khác nhau đều trang bò một chương trình ngắt riêng. Khi có nhiều thiết bò sử
dụng người ta có hai cách thực hiện:
* Bằng phần cứng.
* Bằng phần mềm.
Nhược điểm của phương pháp này là:
+ Yêu cầu ngắt có thể xuất hiện ở bất cứ thời điểm nào, do đó CPU có
thể chuyển điều khiển sang các chương trình phục vụ ngắt ở cuối bất kỳ lệnh