Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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:
3. NỘI DUNG CÁC PHẦN LÝ THUYẾT & TÍNH TOÁN:
4. CÁC BẢN VẼ & ĐỒ THỊ:
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
1
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
5. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ VIẾT PHÚ
6. NGÀY NHẬN NHIỆM VỤ: 30 – 11 – 1999
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26 – 2 – 2000
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THÔNG QUA BỘ MÔN
Ngày tháng năm 2000
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
2
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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.

nói đến quá trình tự động hóa, đó là một quá trình mà sự can thiệp của con người là tối
thiểu. Mà để có tự động hoá trong các khâu, các nghành thì nhất thiết phải có sự hổ trợ của
tin học mà cụ thể là các máy tính. Việc sử dụng máy vi tính trong lĩnh vực đo lường và
điều khiển ngày càng phổ biến đòi hỏi phải ghép nối máy tính với các thiết bị bên ngoài
trong đó tải hay các yếu tố chấp hành phải điều khiển được, còn các phần tử nhập liệu và
các đầu đo thì được liên tục kiểm tra để cập nhật dữ liệu bằng một phần mềm được thiết
kế riêng. Thông thường cách giải quyết vấn đề này một cách tốt nhất là thiết kế một khối
ghép nối với bên ngoài máy tính để trao đổi thông tin với máy tính, khối đó chính là card
giao tiếp.
Trong thực tiễn sản xuất, việc đo lường và xử lý các đại lượng của thế giới thực
như nhiệt độ, tốc độ, nguồn điện áp… là một yêu cầu cấp bách và thường xuyên. Để phần
nào đáp ứng được yêu cầu đó, nhóm em quyết định thực hiện đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CARD GIAO TIẾP MÁY TÍNH
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN
Từ những vấn đề đó, nhóm em đã được Thầy LÊ VIẾT PHÚ hướng dẫn thực
hiện đề tài theo hướng tự động hóa bằng máy tính cá nhân (Personal Computer) và đơn
giản phần cứng bằng kỹ thuật lập trình.
Tuy nhiên vì thời gian có hạn, nên trong quá trình thiết kế tập luận văn này không
thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong sự giúp đỡ của Quý Thầy Cô và các bạn
để cuốn Luận Văn Tốt Nghiệp này được hoàn thiện hơn.

Ngày 20 tháng 02 năm 2000
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện
NGUYỄN MINH TUẤN – NGUYỄN LÂM VŨ
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
6
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG

KẾT LUẬN
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
8
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
PHẦN A: GIỚI THIỆU
I. Mục đích – Yêu cầu của đề tài:
1. Mục đích:
Nhằm đáp ứng được phần nào yêu cầu đo lường, khống chế và điều khiển
các thiết bị máy móc trong sản xuất cũng như phục vụ cho nhu cầu học tập, thí
nghiệm của sinh viên.
Bên cạnh đó đề tài cũng để minh họa một trong nhiều ứng dụng của các IC
chốt, giải mã thông dụng trên thị 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

kết nối theo dạng module nhóm chúng em thiết kế theo trình tự:
- Thiết kế card giao tiếp gắn bên trong máy tính trước, có nhiệm vụ đệm
dữ liệu và giải mã địa chỉ.
- Chọn trước địa 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 địa chỉ chọn trước (nằm trong vùng địa 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 địa 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.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
10
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
- Thiết kế phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
11
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
PHẦN B: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC 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 là
một mạch tổng hợp (Chip) rất phức tạp, có nhiệm vụ sau đây :
- Thu nhận dữ liệu.
- Xử lý dữ liệu.
- Truyền những tín hiệu điều khiển.
- Truyền dữ liệu đến địa điểm xác định.
- Nhận chỉ thị khác.
Máy vi tính có 3 họ chính : IBM PC với bộ vi xử lý Intel 80xxx,
MACINTOSH với bộ vi xử lý Ziglog Z8000, ATARI với bộ vi xử lý Motorola
6800. Ở đây, vì tính thông dụng nên chúng em chỉ khảo sát các bộ vi xử lý Intel

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 bị 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 địa chỉ, tức là có thể giải mã được
địa chỉ tới 1024 Kb hoặc chính xác hơn là 1048576 KB. Nói cách khác, đó là số
lượng tối đa các địa 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:
* Vùng nhớ qui ước: (Conventional memory). Tất cả các máy vi tính chạy
dưới DOS đều có tối đa 1 MB (1.024 KB) vùng nhớ RAM. Theo thiết kế của DOS
thì phần đều 384 KB ở đỉnh đuợc dùng vào các công việc đặc biệt như theo bên
dưới, phần vùng nhớ này được gọi là vùng nhớ trên (UMA). Phần còn lại 640 KB
dành cho các chương trình ứng dụng và được gọi là vùng nhớ cơ bản.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
13
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
* Vùng nhớ mở rộng: (Extended memory). Được gọi tắt là XMS, đây là
vùng nhớ mang vị trí lớn hơn vị trí 1 MB đầu tiên. Bắt đầu từ máy IBM AT, các
máy chạy với DOS có thể có đến 15 MB vùng nhớ mở rộng ngoài 1 MB vùng nhớ
qui ước. Các CPU Intel 8088 hay 8086 không có các vùng nhớ này (vì nó chỉ định
vị 1 MB mà thôi).
* Vùng nhớ bành trướng: (Expanded memory). Được gọi tắt là EMS, đây

64K
8K
16K
16K
64K
640KB
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
tính. Bên trong máy, ngoài các rãnh cắm dùng cho card vào/ra (I/O card), card
màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Các rãnh cắm này được tiếp tục dùng
để ghép nối các bản mạch cắm thêm vào với máy tính PC.
Ở máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có một loại với độ rộng bus
là 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Từ máy tính
AT trở đi việc bố trí chân trên rãnh cắm trở nên phức tạp hơn, tùy theo tiêu chuẩn
được lựa chọn khi chế tạo máy tính. Các loại rãnh cắm theo những tiêu chuẩn khác
nhau có thể kể ra như sau:
 Rãnh cắm 16 bit theo chuẩn ISA (Industry Standard Architecture)
 Rãnh cắm PS/2 với 16 bit theo chuẩn MCA
(Micro Channel Architecture).
 Rãnh cắm PS/2 với 32 bit theo chuẩn MCA
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn EISA.
(Extended Industy Standard Architecture).
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn VESA VLB (VESA Local Bus Standard).
 Rãnh cắm 32 bit theo chuẩn PCI.
(Peripheral Component Interconect-Standard).
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

/IOW B13 A13 A18
/IOR B14 A14 A17
/DACK3 B15 A15 A16
DREQ3 B16 A16 A15
/DACK1 B17 A17 A14
DREQ1 B18 A18 A13
/DACK0 B19 A19 A12
CLK B20 A20 A11
IRQ7 B21 A21 A10
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
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
16
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
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).

dữ liệu; đường dẫn có hiệu lực ở mức thấp (Low).
Đường dẫn này cần phải được sử dụng cho quá trình
giải mã địa chỉ bởi card mở rộng.

IV.Sự phân bố địa 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 địa 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 địa chỉ vào/ra của máy tính PC/AT:
Địa 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
0F8 – 0FF Bộ đồng xử lý 80x87
1F0 – 1F8 Bộ điều khiển đĩa cứng
200 – 20F Cổng dùng cho trò chơi (Game)
278 – 27F Cổng song song 2 (LPT 2)
2B0 – 2DF Card EGA 2
2E8 – 2EF Cổng nối tiếp 4 (COM 4)
2F8 – 2FF Cổng nối tiếp 2 (COM 2)
300 – 31F Dùng cho card mở rộng
320 – 32F Bộ điều khiển đĩa cứng
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú

còn ý nghĩa 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 phần phụ lục,
mục “Sơ đồ chân của Slot” được trích từ sách PC/AT – Technical Reference.
SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
19
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
Trong đề tài thiết kế này chúng em chỉ sử dụng các chân Address, các chân
Data, chân điều khiển (IOR, IOW, RESET, AEN) và chân Mass. Cho nên chúng
em chỉ trình bày chức năng của các chân này mà thôi, các chân còn lại xin xem
thêm ở phần Phụ Lục.
- A0 ÷ A19 :
20 chân địa chỉ sử dụng cho bộ nhớ và I/O, các tuyến
này được điều khiển bởi bộ vi xử lý hay tác dụng của
DMA. Chúng được tác động ở mức thấp.
- D0 ÷ D7 :
8 chân của Bus dữ liệu 2 chiều. Khi CPU ở chu kỳ viết
ra bus (Xuất) thì CPU phải cung cấp Data cho Bus trước
khi xung IOW hay MEMW lên cao để tuần tự đưa Data
ra Port hay Memory xuất.
- IOW, MEMW, IOR, MEMR : Là các tín hiệu tích cực thấp
(Low/Active) điều khiển các hoạt động đọc và viết như đã trình bày ở trên. Chúng
được phát ra từ CPU hay từ bộ điều khiển DMA.
- ALE (Address latch enable) : Tín hiệu ALE cho biết bắt đầu chu kỳ hoạt
động.
- AEN (Address enable) : Tín hiệu này được phát từ bộ điều khiển DMA để
báo quá trình DMA đang hoạt động. Nó thường được dùng để vô hiệu hóa giải mã
Logic cho I/O port (Khóa Port I/O) trong suốt chu kỳ DMA.
Vì thế, địa chỉ bộ nhớ DMA không được dùng tham dự như một địa chỉ I/O

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
V. So sánh và lựa chọn các kỹ thuật giao tiếp:
1. Kỹ thuật giao tiếp:
Ở phần trên, nhóm em đã trình bày sơ lược về các I/O và chọn vùng địa chỉ
cho Card giao tiếp. Tuy nhiên, khi giao tiếp giữa các Card I/O với máy vi tính thì
có rất nhiều phương pháp khác nhau nhưng có thể chia làm 3 nhóm chính như sau:
- Vào / Ra điều khiển bằng chương trình (Program – Controlled I/O).
- Vào / Ra điều khiển bằng ngắt (Interrupt service – Routine controlled I/O)
- Vào / Ra thâm nhập trực tiếp (Hardwave – Controlled I/O : DMA).
Các phương pháp trao đổi thông tin:
a. Vào / Ra điều khiển bằng chương trình : (Program–Controlled I/O)
Có dạng điều khiển theo chương trình là :
* Có điều kiện.
* Không có điều kiện.
Giao nhận Data không điều kiện là không để ý xem Port có sẵn sàng nhận
hay giao số liệu chưa, phương pháp này được sử dụng với thông tin tĩnh. Số liệu
giao nhận có thể sai nếu chương trình viết không tính đúng. Nếu bộ vi xử lý truyền
Data nhanh hơn ngoại vi thì sẽ bị 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)
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

(Program – Controlled I/O) theo phương pháp truyền số liệu song song. Nội dung
cụ thể xin xem phần kế tiếp.
PHẦN C: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MODULE GIAO TIẾP
1. Sơ đồ khối của module giao tiếp:
Hệ thống được thiết kế theo dạng các Module con để dễ dàng cho nhu cầu
mở rộng về sau, các Module con này có các nhiệm vụ riêng biệt và có thể liên kết
với nhau được dể dàng thành một hệ thống module lớn dùng kết nối trao đổi thông
tin với máy tính.

SVTH : Nguyễn Minh Tuấn – Nguyễn Lâm Vũ GVHD : Lê Viết Phú
24
MODUN
5
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Luận Văn Tốt Nghiệp
- MODUN 1 : Là khối trung gian để liên kết giữa máy tính và các khối
khác, khối này có nhiệm vụ đệm các tín hiệu xuất nhập máy
tính và giải mã địa chỉ.
- MODUN 2 : Là khối nhận các tín hiệu ANALOG và chuyển đổi các tín
hiệu này thành tín DIGITAL. Khối này được thiết kế có khả
năng nhận được 128 kênh ANALOG và nó có thể được tách
ra làm 2 phần, mỗi phần nhận được 64 kênh ANLOG. Các
phần này hoạt động độc lập với nhau.
- MODUN 3 : Là khối nhận tín hiệu DIGITAL, khối này có khả năng nhận
được 128 kênh DIGITAL và nó có thể được tách ra làm 2
phần, mỗi phần nhận được 64 kênh DIGITAL và hoạt động
độc lập nhau.
- MODUN 4 : Là khối xuất tín hiệu DIGITAL, khối này có khả năng xuất
được 128 kênh DIGITAL và nó có thể được tách ra làm 2
phần, mỗi phần xuất được 64 kênh DIGITAL và hoạt động
độc lập nhau.