3
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………..
LUẬN VĂN
Hệ thống điều khiển máy khoan
mạch in bằng máy tính
4
I _ KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ
Hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính điện tử là một tập hợp
các thiết bị và phụ kiện liên quan. Để nắm được hết các nguyên lý hoạt động
và cấu tạo của chúng rõ ràng là một vệc không đơn giản. Thậm chí ngay cả
tên gọi của một số bộ phận trong hệ thống cũng gây phiền hà cho người sử
dụng. Trước những tiến bộ như vũ bảo của ngành công nghiệp ngày nay và
nhu cầu ứng dụng máy tính vào mọi lĩnh vực, hệ thống điều khiển tự động
ngày càng được phát triển một cách hoàn hảo và có độ chính xác cao.
Hoạt động cơ bản của hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính
được thực hiện cũng giống như các loại giao tiếp khác. Dữ liệu được chứa
trong bộ nhớ của máy tính, sau đó được xuất ra qua cổng giao tiếp nối tiếp
đưa đến máy khoan để điều khiển động cơ định vị đúng vị trí cần khoan, và
cứ thế hết vị trí này đến vị trí khác đến khi nào mà máy tính gởi lệnh dừng thì
động cơ không hoạt động nữa. Khi ấy hệ thống khoan mạch in hoàn thành.
II_ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 6
tuần, với vốn kiến thức và việc tìm hiểu về hệ thống điều khiển và cơ cấu cấu
tạo, cũng như các bộ phận chi tiết trong hệ thống điều khiển còn hạn chế, luận
văn này chỉ thực hiện trong phạm vi ứng dụng phần mềm Pal-El để khoan
mạch in bao gồm các phần sau:
Phần I : Cơ sở lý thuyết về giao tiếp
Giao tiếp với máy tính
Giới thiệu về chuẩn RS-232
Phần II : Các khái niệm về máy điều khiển theo
chương trình số
Đại cương về điều khiển theo chương trình số
Truyền động bằng động cơ bước
Phần III : Phần mềm
Ứng dụng phần mềm PAL-El để khoan mạch in
III _ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Dựa trên tài liệu và thiết bị điều khiển, đặt biệt máy khoan có sẵn, cũng
như phần mền điều khiển được dịch từ tài liệu PAL_EP ….. để viết một
chương trình ứng dụng thực tế đơn giản nhằm góp phần phong phú thêm cho
việc hiểu biết về lĩnh vực này đồng thời có thể mở rộng và định hướng cho
những đề tài sau
5
CHƯƠNG I
GIAO TIẾP MÁY TÍNH
I _ CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MÁY TÍNH
Trải qua một thời gian dài từ phát minh đầu tiên ra máy tính cho đến
nay, máy tính đã không ngừng nâng cao và phát triển qua nhiều thế hệ. Tuy
nhiên hầu hết máy tính đang phổ biến hiện nay đều có nguồn gốc xuất phát từ
họ PC (Personal Computer). Đầu tiên là kiểu máy PCXT do hãng IBM chế
tạo với bộ xử lý (CPU) 8088 của hãng Intel. Đây là hệ thống xử lý dữ liệu 16
bit nhưng dùng bus dữ liệu 8 bit.
Tiếp theo đó là máy AT ra đời với bộ xử lý 80286 có tính năng hơn hẳn
chip 8088 của máy PC XT. Nó có khả năng tạo ra bộ nhớ ảo, đa nhiệm vụ, tốc
độ nhanh, độ tin cậy cao và dùng bus dữ liệu 16 bit. Đa nhiệm (Multitasking)
là khả năng thực hiện một lúc nhiều nhiệm vụ:
- Vừa in một tài liệu
- Vừa tính toán một phép tính
Công việc này thực hiện được nhờ hoán chuyển nhanh theo sự theo dõi
của CPU đến các chương trình mà nó đang nắm quyền điều khiển .Việc này
được thực hiện ngay bên trong CPU cộng với một vài giúp đỡ của hệ điều
hành.Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máy tính làm việc với một bộ nhớ
dường như lớn hơn nhiều so với bộ nhớ vật lý hiện có: Công việc này thực
hiện được nhờ một phần mềm và sự thiết kế phần cứng cực kỳ tinh xảo.
Ngày nay các máy AT 386, 486, Pentium dùng chip CPU lần lượt là
80386, 80486, P5 là kết quả của trình độ kỹ thuật và công nghệ hiện đại.
Chương trình một bộ nhớ lớn hơn tổ tiên là : 8088 hay 80286 cùng với nhiều
chức năng mới, thêm nữa là tốc độ vi xử lý không ngừng được nâng cao độ
rộng của data bus cũng mở rộng lên 32bit rồi 64 bit với Pentium.
II _ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO RA:
1. Vào ra điều khiển bằng chương trình:
Thiết bị ngoai vi điều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua các
phần thích ứng về công nghệ chế tạo và logic. Thích ứng về công nghệ chế
tạo là điều chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi và công nghệ sản
xuất của mạch trong hệ vi xử lý. Thích ứng về Logic là nhiệm vụ tạo tín hiệu
điều khiển ngoại vi tín hiệu trên bus hệ thống.
Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổng vào ra
và CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnh xuất nhập
In/Out Lúc này cổng vào ra được xem như thanh ghi ngoài, chúng được viết
vào hoặc đọc ra như ô nhớ Ram qua hai lệnh trên. Để phân biệt hướng xuất
hoặc nhập dữ liệu từ cổng vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển đọc hoặc
6
viết. Để phân biệt vùng nhớ với thiết bị vào ra CPU phát ra tín hiệu điều
khiển IO/M. Khi có các lệnh này thì các lệnh In/Out mới có tác dụng.
Ngoài các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữ liệu
giữa thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra được gán như một địa chỉ ô
nhớ của bộ nhớ. Các thanh ghi liên quan tới cổng vào ra được xem như ngăn
nhớ. Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết bộ nhớ
không cần xác định nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bị vào ra. Nó chỉ hỏi nơi gởi
dữ liệu vào trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngoài sẽ giải mã
địa chỉ kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngăn
nhớ hay thiết bị vào ra.
2. Vào ra điều khiển bằng ngắt:
Với phương pháp điều khiển vào ra bằng chương trình, CPU phải liên
tục kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵn sàng, đó là sự lãng phí
thời gian của CPU và chương trình dài và phức tạp. Khi bộ vi xử lý có nhiều
thiết bị ngoại vi CPU không đáp ứng yêu cầu của chúng. Có thể đáp ứng yêu
cầu ngoại vi nhanh chóng và không theo trình tự như định trước nhờ cơ cấu
ngắt CPU.
Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ thiết
bị ngoại vi do đó các ngắt thường được dùng ở những trường hợp yêu cầu đap
ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ở bất kỳ thời điểm nào. Khi đó
CPU phải chuyển đến chương trình con, yêu cầu ngắt ở cuối bất kỳ lệnh nào
trong chương trình chính. Các chương trình con phục vụ ngắt có thể lưu trữ
nội dung các thanh ghi và khôi phục lại khi thực hiện xong chương trình phục
vụ ngắt và trước khi trở lại chương trình chính.
Giao tiếp với maý tính là trao đổi dữ kiện giữa một máy tính với một
hay nhiều thiết bị ngoại vi.
Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng bằng
hai thiết bị:
- Bàn phím để nhập dữ liệu
- Màn hình để hiển thị
Ngoài ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua các
port như là các ngõ giao tiếp:
- Giao tiếp qua port com (nối tiếp)
- Giao tiếp qua port Parallel(song song)
Tùy theo trường hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp.
III _ PHƯƠNG PHÁP GIAO TIẾP
1. Giao tiếp với máy tính thông qua slot card:
Bên trong máy tính, ngoài những khe cắm dùng cho card vào - ra, card
màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có
7
thể thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này. Ở máy tính
PC/XT rãnh cắm chỉ có 1 loại với độ rộng 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA
(Industry Standard Architecture). Rãnh cắm theo tiêu chuẩn IS có 62 đường
tín hiệu, qua các đường tín hiệu này máy tính có thể giao tiếp dễ dàng với
thiết bị bên ngoài thông qua card mở rộng.
Trên rãnh cắm mở rộng, ngoài 20 đường địa chỉ, 8 đường dữ liệu, còn
có một số đường điều khiển như: RESET , IOR , IOW, AEN, CLK, ... Do đó
card giao tiếp với máy tính qua slot card đơn giản, số bit có thể tăng dễ dàng,
giảm được nhiều linh kiện, tốc độ truyền dữ liệu nhanh (truyền song song).
Tuy nhiên, do khe cắm nằm bên trong máy tính nên khi muốn gắn card giao
tiếp vào thì phải mở nắp ra, điều này gây bất tiện cho người sử dụng.
2. Giao tiếp qua Serial Port (Port COM) :
IBM PC cung cấp 2 cổng nối tiếp: COM1 và COM2. Các cổng này giao
tiếp theo tiêu chuẩn RS232. Chúng có thể được nối với một Modem để dùng
cho mạng điện thoại, hay nối trực tiếp với một máy tính khác. Dữ liệu được
truyền qua cổng này theo cách nối tiếp, nghĩa là dữ liệu được gởi đi nối tiếp
nhau trên 1 đường dây. Do các dữ liệu được truyền đi từng bit một nên tốc độ
truyền chậm, các tốc độ truyền có thể là 300, 600, 1200, 2400, 4800bps,
9600bps, chiều dài dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit và kết hợp với các bit
Start, Stop, Parity tạo thành một khung (frame). Ngoài ra cổng này còn có các
điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra. Cách giao tiếp này cho phép
khoảng cách truyền dữ liệu xa, tuy nhiên tốc độ truyền rất chậm tốc độ tối đa
là 20kbps.
3. Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in):
IBM PC cho phép sử dụng đến 3 cổng song song có tên là LP1, LP2 và
LP3. Kiểu giao tiếp song song được dùng để truyền dữ liệu giữa máy tính và
máy in. Khác với cách giao tiếp qua Port Com, ở cách giao tiếp này dữ liệu
được truyền song song cùng một lúc 8 bit. Vì thế nó có thể đạt tốc độ cao.
Connector của Port này có 25 chân bao gồm 8 chân dữ liệu và các đường tín
hiệu bắt tay (Handshaking ). Tất cả các đường Data và tín hiệu điều khiển đều
ở mức logic hoàn toàn tương thích với mức TTL. Hơn nữa, người lập trình có
thể điều khiển cho phép hoặc không cho phép các tín hiệu tạo Interrupt từ ngõ
vào nên việc giao tiếp đơn giản và dễ dàng. Tuy nhiên, giao tiếp với mức
logic TTL nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port
Com, đồng thời cáp truyền cũng phức tạp hơn. Đó là nhược điểm của cách
giao tiếp này.