Đồ án Kỹ thuật thu phát card giao tiếp máy tính

PHAÀN I: caùc RAÕNH caém trong MAÙY TÍNH I. Toång quan veà gheùp noái vôùi maùy tính: Caùc thieát bò beân ngoaøi, caùc maïch ñieàu khieån baèng maùy tính ñeàu phaûi ñöôïc keát noái vôùi maùy tính. Treân maùy tính coù caùc coång ñeå thöïc hieän chöùc naêng naøy nhö: coång COM vaø coång LPT. Coång COM laø coång noái tieáp coøn coång LPT laø coång song song. Moät maùy tính thoâng thöôøng coù caùc coång laø COM1, COM2 vaø moät coång LPT1 - moät soá maùy coøn coù COM3, COM4 vaø LPT2. Nhöng thoâng thöôøng coång COM1 ñöôïc noái vaøo chuoät (mouse) vaø LPT1 ñöôïc noái vaøo maùy in (printer). Vieäc trao ñoåi thoâng tin theo phöông phaùp noái tieáp thöôøng chaäm vaø phöùc taïp hôn do phaûi ñoøi hoûi vieäc chuyeån tín hieäu töø noái tieáp ra song song vaø ngöôïc laïi. Vì theá coù moät caùch khaùc laø thieát keá moät card giao tieáp ñöôïc caém tröïc tieáp vaøo trong maùy tính, card naøy trao ñoåi döõ lieäu tröïc tieáp vôùi maùy tính vaø ta coù theå thöïc hieän ñöôïc nhieàu ngoõ vaøo/ra theo nhu caàu thöïc teá chöù khoâng bò giôùi haïn bôûi 1 bit (noái tieáp) hay 8 bit (song song) nhö caùc coång chuaån cuûa maùy tính nöõa. II. Caùc raõnh caém trong maùy tính: 1. Giôùi thieäu veà caùc loaïi raõnh caém: Caùc card gheùp noái ñöôïc ñöa theâm vaøo maùy tính ñeå môû roäng khaû naêng ñaùp öùng cuûa maùy tính. Beân trong maùy ngoaøi caùc raõnh caém duøng cho card vaøo/ra (I/O card), card maøn hình (Video card), card aâm thanh (Sound card),... vaãn coøn nhöõng raõnh caém ñeå troáng. Caùc raõnh caém naøy ñöôïc tieáp tuïc duøng ñeå gheùp noái vôùi caùc baûn maïch caém theâm vaøo maùy tính. ÔÛ maùy tính PC/XT raõnh caém trong maùy tính chæ coù moät loaïi vôùi ñoä roäng bus laø 8 bit vaø tuaân theo tieâu chuaån ISA (Industry Standard Architecture). Töø maùy tính AT trôû ñi, vieäc boá trí chaân treân raõnh caém trôû neân phöùc taïp hôn tuøy theo tieâu chuaån ñöôïc löïa choïn khi cheá taïo maùy tính. Caùc loaïi raõnh caém theo nhöõng tieâu chuaån khaùc nhau coù theå keå ra nhö sau: Raõnh caém 16 bit theo tieâu chuaån ISA (Industry Standard Architecture). Raõnh caém PS/2 16 vôùi bit theo tieâu chuaån MCA (Micro Channel Architecture). Raõnh caém PS/2 vôùi 32 bit theo tieâu chuaån MCA (Micro Channel Architecture). Raõnh caém 32 bit theo tieâu chuaån EISA (Extended Industry Standard Architecture). Raõnh caém 32 bit theo tieâu chuaån VLB (VESA Local Bus-Standard). Raõnh caém 32/64 bit theo tieâu chuaån PCI (Perpheral Component Interconnect- Standard). 2. Raõnh caém ISA (Industry Standard Architecture): Phaàn lôùn caùc card gheùp noái thoâng duïng thöôøng ñöôïc cheá taïo theo tieâu chuaån ISA. Thoàn thöôøng, raõnh caém coù 62 ñöôøng tín hieäu duøng cho muïc ñích thoâng tin vôùi moät card caém vaøo. Veà cô baûn, caùc ñöôøng tín hieäu naøy ñöôïc chia thaønh caùc ñöôøng döõ lieäu, ñöôøng ñòa chæ vaø ñöôøng ñieàu khieån. Vì ngay töø caùc maùy tính PC/XT ñaõ saün coù caùc raõnh caém 62 chaân naøy, treân ñoù coù 8 ñöôøng daãn döõ lieäu neân ñoâi khi ngöôøi ta cuõng goïi luoân raõnh caém naøy laø raõnh caém 8 bit. Chæ nhöõng card 8 bit môùi ñöôïc caém vaøo raõnh naøy. Sau ñaây laø söï saép xeáp chaân ra cuûa raõnh caém 8 bit. Phía maïch in Phía linh kieän GND B01 A01 /IOCHCK Reset B02 A02 D7 + 5V B03 A03 D6 IRQ2 B04 A04 D5 -5V B05 A05 D4 DREQ2 B06 A06 D3 -12V B07 A07 D2 Döï tröõ B08 A08 D1 +12V B09 A09 D0 GND B10 A10 /IOCHRDY /MEMW B11 A11 AEN /MEMR B12 A12 A19 /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 +5V B29 A29 A2 OSC B30 A30 A1 GND B31 A31 A0 Veà sau maùy tính PC/AT ra ñôøi, chuùng coù theâm moät raõnh thöù hai naèm thaúng haøng vôùi raõnh 8 bit keå treân vaø coù 36 chaân. Treân raõnh naøy coù chöùa caùc tín hieäu 16 bit neân khi coù theâm raõnh caém naøy thì ngöôøi ta goïi chung caû hai raõnh caém laø raõnh caém 16 bit. Caùc raõnh caém töø 32 bit trôû leân duøng ñeå gheùp theâm vaøo nhöõng card coù chaát löôïng raát cao. Döôùi ñaây laø söï saép xeáp chaân ra cuûa raõnh caém thöù hai: Phía maïch in Phía linh kieän /MEM CS16 D01 C01 /SBHE /IO CS16 D02 C02 LA23 IRQ10 D03 C03 LA22 IRQ11 D04 C04 LA21 IRQ12 D05 C05 LA20 IRQ13 D06 C06 LA19 IRQ14 D07 C07 LA18 /DACK4 D08 C08 LA17 DREQ0 D09 C09 /MEMR /DACK5 D10 C10 /MEMW DRQ5 D11 C11 SD8 /DACK6 D12 C12 SD9 DREQ6 D13 C13 SD10 /DACK7 D14 C14 SD11 DREQ7 D15 C15 SD12 +5V D16 C16 SD13 /MASTER D17 C17 SD14 GND D18 C18 SD15 Kích thöôùc toái ña cuûa card ISA 8 bit laø 106,7 x 333,5 x 12,7 mm (h x l x w). Kích thöôùc toái ña cuûa card ISA 16 bit laø 121,9 x 333,5 x 12,7 mm (h x l x w). 3. Raõnh caém 32 bit EISA (Extended Industry Standard Architecture): Kích thöôùc thoâng duïng cuûa moät card EISA laø: 127x333,5x12,7 mm (h x l x w). Töø kích thöôùc naøy ta thaáy moät card ISA coù theå caém vöøa raõnh caém EISA. Raõnh naøy vöøa coù theå chaáp nhaän caùc caùc card ISA 8 vaø 16 bit vöøa duy trì cheá ñoä hoaït ñoäng 32 bit cuûa card gheùp noái tuaân theo ñuùng chuaån EISA. Raõnh caém EISA ñöôïc duøng cho boä vi xöû lyù 80386DX vaø caùc theá heä keá tieáp. Söï saép xeáp chaân ra treân raõnh caém EISA coù daïng töông töï nhö cuûa raõnh caém ISA chæ khaùc ôû vò trí cuï theå vaø teân goïi cuûa caùc chaân, sau ñaây laø söï saép xeáp caùc chaân ra: EISA ISA Phía maïch in Phía linh kieän ISA EISA GND GND B01 A01 /IOCHCK CMD +5V Reset B02 A02 D7 START +5V + 5V B03 A03 D6 EXRDY Döï tröõ IRQ2 B04 A04 D5 EX32 Döï tröõ -5V B05 A05 D4 GND (Steg) DREQ2 B06 A06 D3 (Steg) Döï tröõ -12V B07 A07 D2 EX16 Döï tröõ Döï tröõ B08 A08 D1 SLBURT +12V +12V B09 A09 D0 MSBURT M/IO GND B10 A10 /IOCHRDY W-R LOCK /MEMW B11 A11 AEN GND Döï tröõ /MEMR B12 A12 A19 Döï tröõ BE3 /IOW B13 A13 A18 Döï tröõ (Steg) /IOR B14 A14 A17 Döï tröõ -BE2 /DACK3 B15 A15 A16 GND (Steg) DREQ3 B16 A16 A15 (Steg) BE2 /DACK1 B17 A17 A14 BE1 BE0 DREQ1 B18 A18 A13 LA31 GND /DACK0 B19 A19 A12 GND +5V CLK B20 A20 A11 LA30 LA29 IRQ7 B21 A21 A10 LA28 GND IRQ6 B22 A22 A9 LA27 LA26 IRQ5 B23 A23 A8 LA25 LA24 IRQ4 B24 A24 A7 GND (Steg) IRQ3 B25 A25 A6 (Steg) LA16 /DACK2 B26 A26 A5 LA15 LA14 TC B27 A27 A4 LA13 +5V ALE B28 A28 A3 LA12 +5V +5V B29 A29 A2 LA11 GND OSC B30 A30 A1 GND LA10 GND B31 A31 A0 LA9 LA8 /MEM S16 D01 C01 /SBHE LA7 LA6 /IO CS16 D02 C02 LA23 GND LA5 IRQ10 D03 C03 LA22 LA4 +5V IRQ11 D04 C04 LA21 LA3 LA2 IRQ12 D05 C05 LA20 GND (Steg) IRQ13 D06 C06 LA19 (Steg) D16 IRQ14 D07 C07 LA18 D17 D18 /DACK4 D08 C08 LA17 D19 GND DREQ0 D09 C09 /MEMR D20 D21 /DACK5 D10 C10 /MEMW D22 D23 DREQ5 D11 C11 SD8 GND D24 /DACK6 D12 C12 SD9 D25 GND DREQ6 D13 C13 SD10 D26 D27 /DACK7 D14 C14 SD11 D28 (Steg) DRQ7 D15 C15 SD12 (Steg) D29 +5V D16 C16 SD13 GND +5V /MASTER D17 C17 SD14 D30 +5V GND D18 C18 SD15 D31 MAKx MERQx 4. Raõnh caém 32 bit vaø 64 bit VLB (VESA Local Bus-Standard): Vieäc taïo ra caùc “local bus” naèm trong yù ñoà nhaèm ñaït ñöôïc moái lieân heä tröïc tieáp vôùi boä vi xöû lyù ñeå laøm taêng toác ñoä truyeàn döõ lieäu, ñaëc bieät laø khi boä vi xöû lyù 80486 ra ñôøi. Chöõ VESA baét nguoàn töø teân goïi cuûa Video Electronics Standard Association, toå chöùc naøy ñaõ daønh nhieàu thôøi gian ñeå tìm kieám nhöõng giaûi phaùp baèng phaàn cöùng ñeå taän duïng toác ñoä xöû lyù cuûa caùc boä vi xöû lyù theá heä môùi. Raõnh caém VLB bao goàm moät raõnh caém ISA 16 bit vaø moät raõnh môû roäng naèm thaúng haøng vôùi raõnh ISA. Raõnh VLB coù 116 chaân ra ñöôïc saép xeáp nhö döôùi ñaây: Phía maïch in Phía linh kieän 64 bit 32 bit 32 bit 64 bit DAT01 B01 A01 DAT00 DAT03 B02 A02 DAT02 GND B03 A03 DAT04 DAT05 B04 A04 DAT06 DAT07 B05 A05 DAT08 DAT09 B06 A06 GND DAT11 B07 A07 DAT10 DAT13 B08 A08 DAT12 DAT15 B09 A09 Vcc GND B10 A10 DAT14 DAT17 B11 A11 DAT16 Vcc B12 A12 DAT18 DAT19 B13 A13 DAT20 DAT21 B14 A14 GND DAT23 B15 A15 DAT22 DAT25 B16 A16 DAT24 GND B17 A17 DAT26 DAT27 B18 A18 DAT28 DAT29 B19 A19 DAT30 DAT31 B20 A20 Vcc DAT62 ADR30 B21 A21 ADR31 DAT63 DAT60 ADR28 B22 A22 GND DAT58 ADR26 B23 A23 ADR29 DAT61 GND B24 A24 ADR27 DAT59 DAT56 ADR24 B25 A25 ADR25 DAT57 DAT54 ADR22 B26 A26 ADR23 DAT55 Vcc B27 A27 ADR21 DAT53 DAT52 ADR20 B28 A28 ADR19 DAT51 DAT50 ADR18 B29 A29 GND DAT48 ADR16 B30 A30 ADR17 DAT49 DAT46 ADR14 B31 A31 ADR15 DAT47 DAT44 ADR12 B32 A32 Vcc DAT42 ADR10 B33 A33 ADR13 DAT45 DAT40 ADR08 B34 A34 ADR11 DAT43 GND B35 A35 ADR09 DAT41 DAT38 ADR06 B36 A36 ADR07 DAT39 DAT36 ADR04 B37 A37 ADR05 DAT37 WBACK# B38 A38 GND BE4# BE0# B39 A39 ADR03 DAT35 Vcc B40 A40 ADR02 DAT33 BE5# BE1# B41 A41 Döï tröõ LBS64# BE6# BE2# B42 A42 RESET# LBS64# GND B43 A43 D/C# DAT61 BE7# BE3# B44 A44 M/IO# DAT59 ADS# B45 A45 W/R# DAT57 (Steg) (Steg) B46 A46 (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) B47 A47 (Steg) (Steg) LRDY# B48 A48 RDYRTN# LDEV# B49 A49 GND LREQ# B50 A50 IRQ9 GND B51 A51 BRDY# LGNT# B52 A52 BLAST# Vcc B53 A53 ID0 DAT32 ID2 B54 A54 ID1 DAT33 ID3 B55 A55 GND ACK64# ID4 B56 A56 LCLK Döï tröõ B57 A57 Vcc LEAD# B58 A58 LBS16# 5. Raõnh caém 32 bit vaø 64 bit PCI (Peripheral Component Interconnect-Standard): Tieâu chuaån naøy ñöôïc chính thöùc ñöa ra vaøo thaùng gieâng naêm 1994 vaø döï tính aùp duïng cho caùc maùy tính PC ñeán 64 bit toác ñoä truyeàn döõ lieäu coù theå ñaït ñeán 132Mbyte moãi giaây. Thoâng thöôøng, beân caïnh 2 hoaëc 3 raõnh caém PCI, caùc nhaø saûn xuaát vaãn saép xeáp moät vaøi raõnh caém ISA ñeå ngöôøi söû duïng coù theå gheùp noái moät caùch linh hoaït tuøy theo nhöõng card ñang coù saün trong tay. Döôùi ñaây laø söï moâ taû söï saép xeáp chaân ra treân raõnh caém PCI, trong ñoù maët A laø maët saép xeáp linh kieän coøn maët B laø maët haøn caùc chaân linh kieän. Chaân 5V, maët A 5V, maët B 3,3V, maët A 3,3V, maët B Chuù thích 1 -12V TSRT# -12V TSRT# Baét ñaàu 32 bit 2 TCK +12V TCK +12V 3 GND TMS GND TMS 4 TDO TDI TDO TDI 5 +5V +5V +5V +5V 6 +5V INTA# +5V INTA# 7 INTB# INTC# INTB# INTC# 8 INTD# +5V INTD# +5V 9 PRSNT1# Döï tröõ PRSNT1# Döï tröõ 10 Döï tröõ +5V (I/O) Döï tröõ +3,3V (I/O) 11 PRSNT2# Döï tröõ PRSNT2# Döï tröõ 3,3 V - Steg 12 GND GND (Steg) (Steg) 3,3 V – Steg 13 GND GND (Steg) (Steg) 14 Döï tröõ Döï tröõ Döï tröõ Döï tröõ 15 GND RST# GND RST# 16 CLK +5V (I/O) CLK +3,3V (I/O) 17 GND GNT# GND GNT# 18 REQ# GND REQ# GND 19 +5V (I/O) Döï tröõ +3,3V (I/O) Döï tröõ 20 AD[31] AD[30] AD[31] AD[30] 21 AD[29] +3,3V AD[29] +3,3V 22 GND AD[28] GND AD[28] 23 AD[27] AD[28] AD[27] AD[28] 24 AD[25] GND AD[25] GND 25 +3,3V AD[24] +3,3V AD[24] 26 C/BE[3]# IDSEL C/BE[3]# IDSEL 27 AD[23] +3,3V AD[23] +3,3V 28 GND AD[22] GND AD[22] 29 AD[21] AD[20] AD[21] AD[20] 30 AD[19] GND AD[19] GND 31 +3,3V AD[18] +3,3V AD[18] 32 AD[17] AD[16] AD[17] AD[16] 33 C/BE[2]# +3,3V C/BE[2]# +3,3V 34 GND FRAME# GND FRAME# 35 IRDY# GND IRDY# GND 36 +3,3V TRDY# +3,3V TRDY# 37 DEVSEL# GND DEVSEL# GND 38 GND STOP# GND STOP# 39 LOCK# +3,3V LOCK# +3,3V 40 PERR# SDONE PERR# SDONE 41 +3,3V SBO# +3,3V SBO# 42 SERR# GND SERR# GND 43 +3,3V PAR +3,3V PAR 44 C/BE[1]# AD[15] C/BE[1]# AD[15] 46 GND AD[13] GND AD[13] 47 AD[12] AD[11] AD[12] AD[11] 48 AD[10] GND AD[10] GND 49 GND AD[09] GND AD[09] 5V – Steg 50 (Steg) (Steg) GND GND 5V – Steg 51 (Steg) (Steg) GND GND 52 AD[08] CBE[0]# AD[08] CBE[0]# 53 AD[07] +3,3V AD[07] +3,3V 54 +3,3V AD[06] +3,3V AD[06] 55 AD[05] AD[04] AD[05] AD[04] 56 AD[03] GND AD[03] GND 57 GND AD[02] GND AD[02] 58 AD[01] AD[00] AD[01] AD[00] 59 +5V (I/O) +5V (I/O) +3,3V (I/O) +3,3V (I/O) 60 ACK64# REQ64# ACK64# REQ64# 61 +5V +5V +5V +5V 62 +5V +5V +5V +5V Heát 32 bit caùch ly vôùi phaàn 64 bit (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) (Steg) 63 Döï tröõ GND Döï tröõ GND Baét ñaàu 64 bit 64 GND C/BE[7]# GND C/BE[7]# 65 C/BE[6]# C/BE[5]# C/BE[6]# C/BE[5]# 66 C/BE[4]# +5V (I/O) C/BE[4]# +3,3 (I/O) 67 GND PAR64 GND PAR64 68 AD[63] AD[62] AD[63] AD[62] 69 AD[61] GND AD[61] GND 70 +5V (I/O) AD[60] +3,3V (I/O) AD[60] 71 AD[59] AD[58] AD[59] AD[58] 72 AD[57] GND AD[57] GND 73 GND AD[56] GND AD[56] 74 AD[55] AD[54] AD[55] AD[54] 75 AD[53] +5V (I/O) AD[53] +3,3V (I/O) 76 GND AD[52] GND AD[52] 77 AD[51] AD[50] AD[51] AD[50] 78 AD[49] GND AD[49] GND 79 +5V (I/O) AD[48] +3,3V (I/O) AD[48] 80 AD[47] AD[46] AD[47] AD[46] 81 AD[45] GND AD[45] GND 82 GND AD[44] GND AD[44] 83 AD[43] AD[42] AD[43] AD[42] 84 AD[41] +5V (I/O) AD[41] +3,3V (I/O) 85 GND AD[40] GND AD[40] 86 AD[39] AD[38] AD[39] AD[38] 87 AD[37] GND AD[37] GND 88 +5V(I/O) AD[36] +3,3V(I/O) AD[36] 89 AD[35] AD[34] AD[35] AD[34] 90 AD[33] GND AD[33] GND 91 GND AD[32] GND AD[32] 92 Döï tröõ Döï tröõ Döï tröõ Döï tröõ 93 Döï tröõ GND Döï tröõ GND 94 GND Döï tröõ GND Döï tröõ Heát 64 bit Treân ñaây giôùi thieäu veà caùc loaïi khe caém ñöôïc duøng trong maùy tính. Cho ñeán nay phaàn lôùn caùc card gheùp noái duøng trong muïc ñích ñieàu khieån ñeàu ñöôïc cheá taïo ñeå ñaët vaøo raõnh caém theo tieâu chuaån ISA, vì theá card giao tieáp trong ñoà aùn naøy cuõng choïn ISA laøm tieâu chuaån ñeå thieát keá. Phaàn tieáp theo seõ noùi veà vieäc giao tieáp trong maùy tính, söï giaûi maõ ñòa chæ vaø caùc vi maïch ñöôïc duøng trong card giao tieáp. PHAÀN II: GIAO DIEÄN GHEÙP NOÁI VÔÙI MAÙY TÍNH I. Söï giaûi maõ ñòa chæ vaø keát noái bus döõ lieäu: Vuøng vaøo/ra cuûa maùy tính PC ñaõ chieám giöõ 64KByte cuûa boä nhôù toång coäng vôùi dung löôïng haøng vaøi MByte trôû leân. Vì vaäy vuøng vaøo/ra cuûa moät card môû roäng khoâng ñöôïc pheùp bao truøm leân vuøng ñòa chæ vaøo/ra cuûa maùy tính. Khi ñöa moät card môû roäng vaøo söû duïng thì vieäc ñaàu tieân phaûi löu yù chính laø ñòa chæ hoaït ñoäng cuûa card naøy. Döôùi ñaây laø söï saép xeáp cuûa vuøng ñòa chæ vaøo/ra cuûa maùy tính PC/AT. Ñòa chæ vaøo/ra (HEX) Chöùc naêng 000 – 01F Boä ñieàu khieån DMA 1 (8237) 020 – 03F Boä ñieàu khieån ngaét 1 (8259) 040 – 047 Boä phaùt thôøi gian (8254) 060 – 06F Boä kieåm tra baøn phím (8042) 070 – 07F Thanh ghi maët naï NMI (non maskable interrupt) 080 – 09F Thanh ghi trang DMA (74LS612) 0A0 – 0BF Boä ñieàu khieån ngaét 2 (8259) 0C0 – 0DF Boä ñieàu khieån DMA 2 (8237) 0E0 – 0EF Döï tröõ cho main board 0F8 – 0FF Boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc 80x87 1F0 – 1F8 Boä ñieàu khieån ñóa cöùng 200 – 20F Coång duøng cho troø chôi (Joystick) 278 – 27F Coång song song 2 (LPT2) 2B0 – 2DF Card EGA 2 2E8 – 2EF Coång noái tieáp 4 (COM4) 2F8 – 2FF Coång noái tieáp 2 (COM2) 300 – 31F Duøng cho card môû roäng 320 – 32F Ñóa cöùng 360 – 36F Coång noái maïng (LAN) 378 – 37F Coång song song 1 (LPT1) 380 – 38F Coång noái tieáp ñoàng boä 2 3A0 –3AF Coång noái tieáp ñoàng boä 1 3B0 – 3B7 Maøn hình ñôn saéc (Hercule) 3C0 – 3CF Card EGA 3D0 – 3DF Card CGA 3E8 – 3EF Coång noái tieáp 3 (COM3) 3F0 – 3F7 Boä ñieàu khieån ñóa meàm 3F8 – 3FF Coång noái tieáp 1 (COM1) Töø baûng treân ta thaáy caùc ñòa chæ 300H ñeán 31FH ñaõ ñöôïc döï ñònh ñeå duøng cho caùc card môû roäng. Caùc ñöôøng ñòa chæ ñöôïc söû duïng ñoái vôùi vuøng naøy laø A0 ñeán A9. Thoâng thöôøng thì caùc ñòa chæ naøy laø coá ñònh vaø taïi caùc ñòa chæ naøy maùy tính trao ñoåi döõ lieäu vôùi card môû roäng. Nhieäm vuï cuûa card ñöôïc gaén vaøo laø so saùnh caùc ñöôøng daãn ñòa chæ ôû maùy tính vôùi caùc ñòa chæ ñaõ ñöôïc thieát laäp xem coù thoáng nhaát khoâng vaø thoâng baùo söï ñaùnh giaù ôû moät boä ñieàu khieån logic. Chæ khi coù söï thoáng nhaát ñòa chæ moät caùch chính xaùc môùi coù theå tieán haønh vieäc trao ñoåi döõ lieäu vôùi maùy tính. Thoâng thöôøng thì treân moät card môû roäng coù nhieàu khoái chöùc naêng nhö: boä bieán ñoåi A/D, boä bieán ñoåi D/A, khoái xuaát/nhaäp döõ lieäu soá,... caùc khoái naøy ñöôïc trao ñoåi döôùi nhöõng ñòa chæ khaùc nhau töø maùy tính. Döôùi ñaây laø moät maïch giaûi maõ ñieån hình thöôøng gaëp treân caùc card môû roäng: caùc ñöôøng döõ lieäu /CS0 /CS1 /CS2 /CS3 /CS4 /CS5 /CS6 /CS7 ñoïc vieát Boä giaûi maõ ñòa chæ 74HC688 so saùnh caùc ñöôønng daãn ñòa chæ A2 ñeán A9 xem coù thoáng nhaát vôùi caùc ñòa chæ cô baûn ñöôïc thieát laäp treân card môû roäng baèng chuyeån maïch DIP. 74HC688 so saùnh hai trong soá 8 bit xem coù gioáng nhau khoâng vaø khi caùc bit xeáp keà saùt ñoàng nhaát seõ taïo ra moät tín hieäu [0] ôû chaân 19 (P = Q). Ngoaøi söï so saùnh ñoù, noù coøn qui ñònh veà quyeàn söû duïng moät loái vaøo ñöôïc kích hoaït /G. Chöøng naøo maø chaân naøy coøn ôû möùc [1] thì tín hieäu loái ra cuûa boä so saùnh vaãn giöõ nguyeân möùc [1] ñoäc laäp vôùi möùc logic xeáp keà saùt. Bình thöôøng thì chaân naøy ñöôïc noái vôùi tín hieäu AEN. Chæ khi tín hieäu naøy ôû möùc [0] thì caùc döõ lieäu coù giaù trò môùi naèm treân bus. Do ñöôïc cheá taïo baèng coâng ngheä CMOS thì ñoái vôùi caùc tín hieäu cuûa bus PC, linh kieän naøy thöïc teá toû ra laø khoâng taûi. Maïch logic cuûa boä giaûi maõ sinh ra töø caùc ñöôøng ñòa chæ A0 vaø A1, tín hieäu ñaùnh giaù cuûa boä so saùnh ñòa chæ vaø hai tín hieäu /IOR, /IOW caùc tín hieäu löïa choïn ñoái vôùi caùc ñòa chæ A0 vaø A1 cho pheùp trao ñoåi vôùi boán chöùc naêng khaùc nhau khi ñoïc vaøo hoaëc khi ghi, card môû roäng cuõng chieám boán ñòa chæ. Maïch logic cuûa boä giaûi maõ coù chöùa hai vi maïch 74HC00 vaø 74HC138. Ba coång NAND laøm cho boä ñeäm bus 74HC245 sau ñaáy chæ ñöôïc kích hoaït (/G = [0]) khi caùc ñieàu sau ñöôïc thöïc hieän: thöù nhaát laø card môû roäng caém theâm vaøo ñaõ trao ñoåi ñöôïc (chaân 19 cuûa cuûa vi maïch 74HC688 baèng [0]) vaø thöù hai laø moät chu trình ñoïc hoaëc laø chu trình ghi ñöôïc thöïc hieän (/IOR = [0] hoaëc laø /IOW = [0]). Khi maø chæ moät ñieàu kieän khoâng ñöôïc thöïc hieän thì chaân ra /G cuûa 74HC245 giöõ nguyeân laø [1] vaø boä ñeäm bus döøng laïi trong traïng thaùi ñieän trôû cao. Ngoaøi ra, maïch logic cuûa boä giaûi maõ coøn coù chöùa moät linh kieän ñaëc bieät laøm ñôn giaûn ñaùng keå cho boä maõ. Vi maïch 74HC138 coù chöùa moät boä giaûi maõ 1 trong 8 vôùi ba tín hieäu löïa choïn chip. Nhôø moät con soá nhò phaân, ôû linh kieän naøy ta coù theå löïa choïn ñuùng loái ra töø trong soá taùm loái ra. Loái ra ñaõ ñöôïc löïa choïn sau ñoù seõ nhaän möùc [0], trong khi taát caû caùc loái khaùc vaãn giöõ nguyeân möùc logic [1]. Trong maïch ñieän ñöôïc minh hoïa treân, caùc bit ñòa chæ A0 vaø A1 cuõng nhö tín hieäu /IOR ñaët ñeán caùc loái vaøo ñòa chæ A, B vaø C. Boä giaûi maõ logic ñaûm nhieäm ñoàng thôøi söï ñieàu khieån cuûa boä ñeäm bus hai chieàu 74HC245, boä naøy noái caùc ñöôøng döõ lieäu cuûa raõnh caém PC vôùi caùc ñöôøng cuûa card môû roäng. Söï noái gheùp naøy laø raát quan troïng, nhôø vaäy maø caùc möùc tín hieäu treân ñöôøng döõ lieäu khoâng bò aûnh höôûng laãn nhau. Noù chöùa 8 boä ñeäm vôùi caùc loái ra ba traïng thaùi (Tri-state) ñeå trao ñoåi thoâng tin giöõa caùc ñöôøng döõ lieäu theo hai höôùng. Höôùng ñöôïc xaùc ñònh baèng möùc logic ôû ngoõ vaøo DIR: DIR = [0]: chuyeån döõ lieäu B à A, vaø ngöôïc laïi khi DIR = [1]: chuyeån döõ lieäu A à B. Vieäc chuyeån höôùng döõ lieäu cho pheùp quaûn lyù moät caùch ñôn giaûn nhaát baèng tín hieäu /IOR, ta coù theå noái tröïc tieáp ñeán chaân DI R. Dó nhieân laø coång döõ lieäu A ñöôïc noái vôùi caùc ñöôøng döõ lieäu cuûa raõnh caém PC vaø coång döõ lieäu B vôùi ñöôøng daãn döõ lieäu cuûa card môû roäng. Vì theá ñaûm baûo raèng boä ñeäm bus 74HC245 chæ saép xeáp nhöõng döõ lieäu treân bus döõ lieäu cuûa maùy tính PC. Caùc tín hieäu löïa choïn chip CS0 ñeán CS7 coù theå ñöôïc söû duïng ñeå löïa choïn caùc khoái chöùc naêng khaùc nhau. Baèng boán tín hieäu CS0 ñeán CS3 coù theå ñieàu khieån caùc khoái ngoaïi vi ñeå ñoïc caùc döõ lieäu. Cuõng töông töï nhö vaäy caùc tín hieäu CS4 ñeán CS7 ñoùng vai troø kích hoaït khoái ngoaïi vi caàn nhaäp caùc döõ lieäu töø maùy tính PC. II. Giôùi thieäu vi maïch 8255A: Vi maïch 8255A laø vi maïch giao tieáp ngoaïi vi laäp trình ñöôïc PPI (Programmable Peripheral Interfacer). Noù thöôøng ñöôïc duøng trong caùc card caém theâm vaøo maùy tính ñeå keát noái giao tieáp song song giöõa Vi xöû lyù vaø thieát bò ñieàu khieån beân ngoaøi. PA3 PA2 PA1 PA0 RD\ CS\ GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 PA4 PA5 PA6 PA7 WR\ RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vcc PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 8255A 1. Sô ñoà chaân cuûa 8255A: 8255A D0-D7 RD\ WR\ RESET A0 A1 CS\ PA0-PA7 PB0-PB7 PC0-PC3 PC4-PC7 Sô ñoà chaân vaø sô ñoà logic cuûa vi maïch 8255A A1 A0 RD\ WR\ CS\ Hoaït ñoäng L L L H L Port A à Bus döõ lieäu L H L H L Port Bà Bus döõ lieäu H L L H L Port Cà Bus döõ lieäu L L H L L Bus döõ lieäu à Port A L H H L L Bus döõ lieäu à Port B H L H L L Bus döõ lieäu à Port C H H H L L Bus döõ lieäu à Töø ñieàu khieån x x x x H Bus döõ lieäu ôû cheá ñoä Hi-Z H H L H L Caám x x H H L Bus döõ lieäu ôû cheá ñoä Hi-Z Baûng traïng thaùi cuûa 8255A 2. Cô cheá hoaït ñoäng cuûa 8255A: Khi chaân RESET ôû möùc [1], 8255A seõ ñöôïc khôûi ñoäng, noù seõ thaû noåi taát caû 24 chaân lieân quan tôùi caùc cöûa vaøo/ra. Cheá ñoä naøy keùo daøi tôùi khi chöông trình öùng duïng vieát töø ñieàu khieån vaøo thanh ghi ñieàu khieån ñeå xaùc ñònh cheá ñoä laøm vieäc cuûa 8255A. Ba cheá ñoä hoaït ñoäng cô baûn cuûa 8255A laø: - Cheá ñoä 0: vaøo/ra thoâng thöôøng. - Cheá ñoä 1: choát vaøo/ra. - Cheá ñoä 2: bus hai chieàu. Töø ñieàu khieån duøng ñeå ñònh nghóa cheá ñoä laøm vieäc cho 8255A. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Nhoùm B Port C (thaáp) 1 = nhaäp 0 = xuaát Port B 1 = nhaäp 0 = xuaát Choïn cheá ñoä 0 = cheá ñoä 0 1 = cheá ñoä 1 Nhoùm A Port C (cao) 1 = nhaäp 0 = xuaát Port A 1 = nhaäp 0 = xuaát Choïn cheá ñoä 00 = cheá ñoä 0 01 = cheá ñoä 1 1x = cheá ñoä 2 Côø laäp cheá ñoä 1 = tích cöïc Caáu truùc töø ñieàu khieån cuûa 8255A: Cheá ñoä 0: Töø ñieàu khieån 1 0 0 D4 D3 0 D1 D0 Cheá ñoä 0 xaùc laäp hai port 8 bit (A vaø B) vaø hai port 4 bit (nöûa cao vaø nöûa thaáp cuûa port C). Baát kyø port naøo cuõng coù theå nhaäp hoaëc xuaát döõ lieäu tuøy theo caùc bit D4, D3, D1 vaø D0. Döõ lieäu ñöôïc choát khi nhaäp (coøn khi xuaát thì khoâng). Cheá ñoä 1: Töø ñieàu khieån 1 0 1 D4 D3 1 D1 D0 Cheá ñoä naøy caû hai port A vaø B laøm vieäc ôû cheá ñoä xuaát/nhaäp coù choát. Port A vaø B hoaït ñoäng ñoäc laäp nhau, moãi port coù 4 bit ñieàu khieån/döõ lieäu ñöôïc hình thaønh töø 4 bit cao vaø 4 bit thaáp cuûa port C. Nhoùm A ñöôïc caáu hình ôû cheá ñoä 1: * Port A laø port nhaäp döõ lieäu: Töø ñieàu khieån PC4 PC5 PC3 INTE A RD\ PC6,7 PA0-PA7 I/O INTRA IBFA STBA\ 1 0 1 1 D3 x x x PC6,7 1 = nhaäp 0 = xuaát - STBA\ (PC4): möùc 0 taïi ngoõ vaøo naøy seõ laøm cho döõ lieäu ñöôïc choát vaøo port A. Thieát bò ngoaïi vi duøng tín hieäu naøy ñeå baùo cho 8255A bieát döõ lieäu vaøo ñaõ saün saøng. - IBFA (PC5): ngoõ ra naøy leân möùc 1 ñeå baùo raèng boä ñeäm ñaõ ñaày. Khi chaân naøy ôû möùc 0 thì thieát bò ngoaïi vi coù theå gôûi döõ lieäu môùi tôùi 8255A. - INTRA (PC3): tín hieäu ôû ngoõ ra naøy ñöôïc duøng nhö moät yeâu caàu ngaét. Ngoõ ra naøy leân möùc 1 khi STBA ôû möùc 0, IBFA vaø côø hieäu INTRA ôû möùc 1. Tín hieäu INTEA töï ñoäng ñöôïc xoùa khi CPU nhaäp töø 8255A. Côø hieäu cho pheùp ngaét (INTE) ñöôïc ñieàu khieån baèng caùch ñaët hoaëc xoùa bit PC4. - Caùc bit PC6 vaø PC7 laø caùc bit xuaát nhaäp bình thöôøng phuï thuoäc vaøo bit D3 trong töø ñieàu khieån. * Port A laø port xuaát döõ lieäu: Töø ñieàu khieån PC6 PC7 PC3 INTE A WR\ PC4, 5 PA0-PA7 I/O INTRA ACKA\ OBFA\ 1 0 1 0 D3 x x x PC4, 5 1 = nhaäp 0 = xuaát - OBFA\ (PC7): ngoõ ra naøy seõ xuoáng möùc 0 khi boä ñeäm xuaát ñaày ñeå baùo cho thieát bò ngoaïi vi bieát port A ñang xuaát ra döõ lieäu môùi. - ACKA\ (PC6): ngoõ vaøo naøy ñöôïc thieát bò ngoaïi vi ñaët möùc 0 ñeå baùo cho 8255A bieát döõ lieäu port A ñöôïc chaáp nhaän. - INTRA (PC3): ngoõ ra naøy coù cuøng muïc ñích nhö trong tröôøng hôïp nhaäp. Côø cho pheùp ngaét ñöôïc ñieàu khieån baèng caùch ñaët hoaëc xoùa bit PC6. - Caùc bit PC4 vaø PC5 laø caùc bit xuaát nhaäp bình thöôøng phuï thuoäc vaøo bit D3 trong töø ñieàu khieån. Nhoùm B ñöôïc caáu hình ôû cheá ñoä 1: * Port B laø port nhaäp döõ lieäu: Töø ñieàu khieån PC2 PC1 PC0 INTE B RD\ PC4,5 PB0-PB7 I/O INTRB IBFB STBB\ 1 x x x x 1 1 x - STBB\ (PC2), IBFB (PC1) vaø INTRB (PC0) coù chöùc naêng töông töï nhö trong tröôøng hôïp port A nhaäp. Côø hieäu cho pheùp ngaét (INTE) ñöôïc ñieàu khieån baèng caùch ñaët hoaëc xoùa bit PC2. * Port B laø port xuaát döõ lieäu: Töø ñieàu khieån PC2 PC1 PC0 INTE B WR\ PC4, 5 PB0-PB7 I/O INTRB ACKB\ OBFB\ 1 x x x x 1 0 x Cheá ñoä 2: Cheá ñoä naøy laø cheá ñoä xuaát/nhaäp hai chieàu ñöôïc choát. Trong cheá ñoä naøy, port A ñöôïc duøng cho xuaát vaø nhaäp, 5 bit cuûa port C ñöôïc duøng ñeå chæ traïng thaùi vaø ñieàu khieån port A. 1 1 x x x D2 D1 D0 PC0-2 1 = nhaäp 0 = xuaát Port B 1 = nhaäp 0 = xuaát Cheá ñoä nhoùm B 0 = cheá ñoä 0 1 = cheá ñoä 1 Töø ñieàu khieån PC7 PC6 PC4 INTE 1 WR\ PC2, 1,0 PA0-PA7 I/O STBA\ ACKA\ OBFA\ RD\ PC3 INTRA\ PC5 INTE 2 IBFA - OBFA\ (PC6): boä ñeäm ngoõ ra ñaõ ñaày. - ACKA\ (PC7): tín hieäu baùo chaáp nhaän döõ lieäu. - IBFA (PC5): boä ñeäm ngoõ vaøo ñaày. - STBA\ (PC4): döõ lieäu ñang saün saøng ôû ngoõ vaøo. - INTRA (PC3): tín hieäu yeâu caàu ngaét, ñöôïc söû duïng cho xuaát/nhaäp. Khi nhoùm A ôû cheá ñoä 2 thì nhoùm B chæ coù theå ôû cheá ñoä 0 hoaëc 1. Tuy nhieân, neáu nhoùm B ôû cheá ñoä 0 thì chæ coù 3 bit PC0-PC2 ñöôïc söû duïng cho xuaát/nhaäp vì nhoùm A ñaõ möôïn bit PC3 ñeå söû duïng nhö moät yeâu caàu ngaét. Thoâng thöôøng, neáu nhoùm A ôû cheá ñoä 2 thì caùc bit PC0-PC2 seõ ñöôïc noái vôùi caùc chaân traïng thaùi vaø ñieàu khieån cuûa thieát bò noái vôùi port A. Port B cuõng coù theå ñöôïc duøng cho muïc ñích naøy. Vieäc ñaët/xoùa bit ñoái vôùi port C Ta coù khaû naêng laäp vaø xoùa töøng bit. Neáu bit 7 cuûa töø ñieàu khieån laø 0, 8255A seõ hieåu laø leänh ñaët/xoùa bit port C coù nghóa, cho pheùp laäp/xoùa baát kyø bit naøo cuûa port C. Khaû naêng ñaët/xoùa töøng bit rieâng leû laø raát thuaän tieän cho öùng duïng khi caùc bit rieâng reõ ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån taùch bieät caùc chöùc naêng beân ngoaøi. D7 x x x D3 D2 D1 D0 Ñaët/xoùa bit 1 = ñaët (set) 0 = xoùa (reset) Choïn bit 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 Côø ñaët/xoùa bit 0 = tích cöïc Töø ñieàu khieån ñaët/xoùa bit PHAÀN III: card GIAO tieáp MAÙY TÍNH I. Card giao tieáp: Vieäc thöïc hieän chöùc naêng giao tieáp trong card ñöôïc vi maïch 8255 ñaûm nhaän. Caùc tín hieäu ghi vaø ñoïc /IOR vaø /IOW ñöôïc noái tröïc tieáp ñeán caùc chaân töông öùng ôû vi maïch 8255. Cuõng nhö vaäy ñoái vôùi ñöôøng daãn Reset cuûa raõnh caém PC ñöôïc daãn ñeán chaân Reset töông öùng cuûa vi maïch 8255. Trong card coù boä giaûi maõ ñòa chæ, ñòa chæ coù theå ñöôïc choïn baèng caùc chuyeån maïch DIP. Ñòa chæ cô baûn chính laø ñòa chæ baét ñaàu cuûa card. Card giao tieáp coù 48 bit ñöôïc chia thaønh 6 port, moãi vi maïch 8255 ñaûm nhaän 3 port, ñoù laø port PA1, PB1, PC1, PA2, PB2, PC2. Töøng port coù theå hoaëc laø xuaát, hoaëc laø nhaäp, ñoäc laäp vôùi caùc port khaùc. Rieâng port PC treân töøng vi maïch coù theå ñöôïc chia thaønh hai nöûa thaáp vaø cao, moãi nöûa 4 bit. Sau ñaây laø sô ñoà nguyeân lyù cuûa card giao tieáp maùy tính 48 bit: Maïch treân coù 8 ñòa chæ, caùc ñòa chæ naøy laø nhö sau: Ñòa chæ vaøo/ra Chöùc naêng Ñòa chæ cô baûn Port A cuûa 8255-I Ñòa chæ cô baûn + 1 Port B cuûa 8255-I Ñòa chæ cô baûn + 2 Port C cuûa 8255-I Ñòa chæ cô baûn + 3 Thanh ghi ñieàu khieån cuûa 8255-I Ñòa chæ cô baûn + 4 Port A cuûa 8255-II Ñòa chæ cô baûn + 5 Port B cuûa 8255-II Ñòa chæ cô baûn + 6 Port C cuûa 8255-II Ñòa chæ cô baûn + 7 Thanh ghi ñieàu khieån cuûa 8255-II II. Phaàn meàm ñieàu khieån: Phaàn meàm ñieàu khieån card giao tieáp naøy ñôn giaûn chæ laø thuû tuïc (procedure) ñeå xuaát döõ lieäu ra caùc port hay laø haøm (function) ñeå ñoïc döõ lieäu töø caùc port. Ñoàng thôøi cuõng cho pheùp thieát laäp caùc port laø xuaát hoaëc nhaäp hay noùi caùch khaùc laø xaùc ñònh cheá ñoä hoaït ñoäng cho 8255. Caùc maõ leänh ñöôïc vieát baèng ngoân ngöõ PASCAL: * Gôûi döõ lieäu ra moät port: port[port_addr]:=data; * Ñoïc döõ lieäu töø moät port: data:=port[port_addr]; Trong ñoù: data laø bieán chöùa döõ lieäu 8 bit (coù theå laø döõ lieäu 8 bit neáu gôûi döõ lieäu ra) port_addr laø ñòa chæ port caàn gôûi döõ lieäu ra. Keát luaän Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc kyõ thuaät cuõng nhö caùc lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng daàn ñöôïc hoaøn thieän, vieäc söû duïng maùy tính trong laõnh vöïc ñieàu khieån töï ñoäng ngaøy caøng trôû neân phoå bieán vaø khoâng theå thieáu trong laõnh vöïc naøy. Ñoà aùn naøy khoâng coù tham voïng ñöa ra taát caû caùc phöông thöùc keát noái giöõa boä phaän ñieàu khieån (maùy tính) vaø ñoái töôïng ñöôïc ñieàu khieån (heä thoáng chaáp haønh) maø chæ ñöa ra nhöõng vaán ñeà cô baûn ñeå laøm neàn taûng cho nhöõng caùi coù quy moâ lôùn hôn tuøy muïc ñích söû duïng. Card giao tieáp trong ñoà aùn naøy laø card theo tieâu chuaån ISA, coù caùc port laø 8 bit töông öùng vôùi töøng ñòa chæ. Höôùng phaùt trieån cho ñoà aùn naøy laø coù theå thieát keá caùc port laø 16bit, 32bit, ... vaø theo tieâu chuaån PCI laø tieâu chuaån ngaøy caøng phoå bieán treân caùc theá heä maùy tính sau naøy. Moät haïn cheá khaùc cuûa card giao tieáp trong ñoà aùn naøy laø chæ coù theå giao tieáp vôùi caùc heä thoáng laøm vieäc vôùi caùc tín hieäu soá, vì theá moät höôùng phaùt trieån theâm laø thieát keá treân card giao tieáp caùc boä bieán ñoåi A/D vaø D/A ñeå coù theå thöïc hieän vieäc giao tieáp vôùi caùc heä thoáng laøm vieäc vôùi tín hieäu töông töï.