Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Mạch Giao Tiếp Máy Tính Điều Khiển Máy In Phun

Việc giao tiếp máy tính với các thiết bị ngoại vi là một lĩnh vực cốt lõi trong ngành tự động hóa và điều khiển. 102 trang.

• Đề tài: Thiết Kế Mạch Giao Tiếp Máy Tính Điều Khiển Máy In Phun

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MÁY TÍNH
• 2.1. PHẦN CỨNG CỦA MÁY TÍNH
• 2.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI XỬ LÝ
• 2.2.1. VI XỬ LÝ 4 BIT
• 2.2.2. VI XỬ LÝ 8 BIT

Tóm tắt

I. Khám phá nền tảng thiết kế mạch giao tiếp máy tính máy in phun

Việc giao tiếp máy tính với các thiết bị ngoại vi là một lĩnh vực cốt lõi trong ngành tự động hóa và điều khiển. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế mạch giao tiếp máy tính điều khiển máy in phun, một chủ đề mang tính ứng dụng cao, đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất tự động. Nền tảng của hệ thống này dựa trên khả năng của máy tính, thông qua phần mềm và một mạch điện tử trung gian, để điều khiển trực tiếp các cơ cấu chấp hành như đầu phun mực. Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh, từ việc nhận diện sản phẩm đến việc in ký tự lên bề mặt một cách chính xác. Luận văn tốt nghiệp của Nguyễn Minh Kha (2004) tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là một tài liệu tham khảo tiêu biểu, trình bày chi tiết quá trình từ lý thuyết đến thi công thực tế một mạch điều khiển máy in sử dụng cổng giao tiếp LPT của máy tính. Phương pháp này, dù sử dụng công nghệ của giai đoạn đầu những năm 2000, vẫn đặt nền móng vững chắc cho các nguyên tắc điều khiển số và lập trình phần cứng. Hệ thống bao gồm ba thành phần chính: máy tính với phần mềm điều khiển, mạch giao tiếp phần cứng, và thiết bị ngoại vi là máy in phun. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành phần này quyết định hiệu quả và độ chính xác của toàn bộ hệ thống, mở ra nhiều tiềm năng trong việc tối ưu hóa và tự động hóa các quy trình công nghiệp.

1.1. Vai trò của mạch giao tiếp PC trong tự động hóa sản xuất

Một mạch giao tiếp PC đóng vai trò là cầu nối thiết yếu giữa thế giới số của phần mềm máy tính và thế giới vật lý của máy móc. Trong bối cảnh tự động hóa, mạch này chuyển đổi các lệnh logic từ chương trình thành tín hiệu điện cụ thể để điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, rơ-le, và đặc biệt là điều khiển đầu phun. Nó cũng thu thập dữ liệu từ các cảm biến (như cảm biến quang) và gửi về máy tính để xử lý. Việc này cho phép tạo ra các hệ thống linh hoạt, nơi chức năng có thể được thay đổi dễ dàng thông qua việc cập nhật phần mềm điều khiển máy in mà không cần can thiệp sâu vào phần cứng. Đây là nguyên tắc cơ bản của các hệ thống điều khiển hiện đại, giúp giảm chi phí và tăng tốc độ triển khai.

1.2. Mục tiêu và yêu cầu kỹ thuật của một đồ án điện tử điển hình

Một đồ án điện tử về chủ đề này thường đặt ra các yêu cầu cụ thể. Theo tài liệu gốc, nhiệm vụ là thiết kế và thi công một mạch có khả năng nhận diện sản phẩm đang di chuyển trên băng tải và in một chuỗi ký tự định trước lên sản phẩm đó. Các yêu cầu kỹ thuật bao gồm: thiết kế bộ cảm biến hồng ngoại có khả năng xác định chiều di chuyển, giao tiếp ổn định qua cổng máy in (LPT), và viết chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Pascal. Giới hạn của hệ thống cũng được xác định rõ, như tốc độ phun tối thiểu, số ký tự tối đa, và khả năng hoạt động của bộ hiển thị. Việc xác định rõ mục tiêu và yêu cầu kỹ thuật ngay từ đầu là bước quan trọng để đảm bảo tính khả thi và thành công của dự án.

II. Thách thức cốt lõi khi thiết kế mạch giao tiếp PC và máy in

Quá trình thiết kế mạch giao tiếp máy tính điều khiển máy in phun phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Thách thức lớn nhất là đảm bảo sự đồng bộ hóa chính xác giữa các lệnh phần mềm và hoạt động cơ khí của đầu phun. Bất kỳ sự trễ pha nào trong việc truyền và xử lý tín hiệu đều có thể dẫn đến việc in sai vị trí hoặc biến dạng ký tự. Lựa chọn cổng giao tiếp là một quyết định quan trọng; tài liệu đã phân tích các lựa chọn như cổng nối tiếp (RS232), cổng song song (LPT), và khe cắm ISA. Cổng giao tiếp LPT được chọn vì khả năng truyền đồng thời 8 bit dữ liệu, phù hợp với việc điều khiển 7 đầu phun và các tín hiệu phụ trợ. Một thách thức khác là vấn đề nhiễu điện từ. Môi trường công nghiệp thường có nhiều nguồn gây nhiễu, có thể làm sai lệch tín hiệu điều khiển. Do đó, việc thiết kế mạch phải bao gồm các giải pháp chống nhiễu, chẳng hạn như sử dụng bộ đệm (buffer) và tối ưu hóa thiết kế mạch in PCB. Cuối cùng, việc phát triển một phần mềm điều khiển máy in ổn định, có khả năng xử lý các tín hiệu vào/ra một cách đáng tin cậy và cung cấp giao diện người dùng trực quan cũng là một phần không thể thiếu của giải pháp tổng thể. Việc này đòi hỏi kiến thức sâu về cả lập trình cấp thấp và tương tác phần cứng.

2.1. Phân tích lựa chọn cổng giao tiếp LPT COM và khe cắm ISA

Việc lựa chọn phương thức giao tiếp máy tính là nền tảng. Cổng COM (RS232) truyền dữ liệu nối tiếp, phù hợp cho khoảng cách xa nhưng tốc độ bị hạn chế, không lý tưởng cho việc điều khiển đồng thời nhiều đường tín hiệu. Khe cắm ISA cho phép truy cập trực tiếp vào bus hệ thống, tốc độ cao nhưng đòi hỏi thiết kế phần cứng phức tạp và giải mã địa chỉ. Cổng giao tiếp LPT (cổng máy in) là một lựa chọn cân bằng, cung cấp 8 đường dữ liệu ra song song và các đường tín hiệu điều khiển, trạng thái. Điều này cho phép gửi một byte dữ liệu trong một chu kỳ, lý tưởng để điều khiển 7 đầu phun cùng lúc, như đã được áp dụng trong nghiên cứu gốc. Đây là giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng không yêu cầu tốc độ cực cao nhưng cần sự đơn giản trong thiết kế.

2.2. Vấn đề đồng bộ hóa thời gian thực và xử lý tín hiệu cảm biến

Đồng bộ hóa là yếu tố sống còn. Tín hiệu từ cảm biến quang báo hiệu sản phẩm đã đến vị trí in phải được phần mềm ghi nhận ngay lập tức. Sau đó, chương trình phải xuất dữ liệu ra cổng LPT theo một chuỗi thời gian cực kỳ chính xác để tạo thành ký tự khi sản phẩm di chuyển qua. Trong ngôn ngữ Pascal, các hàm delay được sử dụng để tạo ra độ trễ cần thiết giữa các lần phun. Bất kỳ sự thiếu chính xác nào trong thời gian trễ này, do hệ điều hành hoặc các tiến trình khác, đều có thể làm hỏng ký tự được in. Đây là một trong những lý do chính mà các hệ thống điều khiển thời gian thực sau này thường sử dụng vi điều khiển chuyên dụng thay vì máy tính đa nhiệm.

III. Phương pháp thiết kế mạch điều khiển máy in phun chi tiết A Z

Việc xây dựng một mạch điều khiển máy in hoàn chỉnh đòi hỏi thiết kế tỉ mỉ từng khối chức năng. Dựa trên sơ đồ nguyên lý được trình bày trong tài liệu, mạch được chia thành các khối chính: khối nguồn, khối đệm dữ liệu, khối cảm biến và khối công suất. Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp các mức điện áp ổn định (ví dụ: +5V cho các IC logic và +12V cho cơ cấu chấp hành) từ nguồn điện xoay chiều. Khối đệm dữ liệu, sử dụng IC 74LS373, đóng vai trò cách ly và bảo vệ các chân của cổng LPT khỏi sụt áp hoặc dòng ngược, đồng thời chốt dữ liệu để đảm bảo tín hiệu ổn định. Khối cảm biến là 'mắt thần' của hệ thống, sử dụng LED hồng ngoại và phototransistor để phát hiện sản phẩm. Tín hiệu từ cảm biến được xử lý để tạo ra một tín hiệu logic rõ ràng cho máy tính. Cuối cùng, khối công suất, sử dụng IC chuyên dụng như ULN2803A, khuếch đại tín hiệu logic từ cổng máy tính lên mức điện áp và dòng điện đủ lớn để kích hoạt các cuộn dây bên trong đầu phun. Quá trình thiết kế mạch in PCB sau đó sẽ sắp xếp các linh kiện này một cách tối ưu để giảm nhiễu và đảm bảo hoạt động ổn định.

3.1. Thiết kế khối nguồn ổn định và bộ đệm dữ liệu 74LS373

Một nguồn điện ổn định là điều kiện tiên quyết. Mạch nguồn thường bao gồm biến áp, cầu diode chỉnh lưu, tụ lọc và các IC ổn áp như LM7805 (+5V) và LM7812 (+12V). Việc tính toán tụ lọc và tản nhiệt cho IC ổn áp là rất quan trọng. Song song đó, khối đệm dữ liệu sử dụng IC 74LS373 (Octal D-Type Transparent Latch) để nhận 8 bit dữ liệu từ cổng LPT. Chức năng chính của nó là chốt trạng thái logic của các đường dữ liệu, đảm bảo rằng tín hiệu gửi đến khối công suất là ổn định, không bị chập chờn trong quá trình máy tính xử lý các tác vụ khác. Điều này giúp tăng cường độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

3.2. Xây dựng mạch cảm biến hồng ngoại nhận diện sản phẩm

Mạch cảm biến quang được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của sản phẩm. Nó bao gồm một mạch phát và một mạch thu. Mạch phát sử dụng IC 555 tạo dao động ở tần số cao (ví dụ 10KHz) để điều biến ( модуляции) tín hiệu cho LED hồng ngoại. Việc điều biến này giúp mạch thu phân biệt được tín hiệu hồng ngoại của cảm biến với ánh sáng hồng ngoại từ môi trường, tăng khả năng chống nhiễu. Mạch thu sử dụng một photodiode hoặc phototransistor để nhận tín hiệu phản xạ từ sản phẩm. Tín hiệu này sau đó được khuếch đại, giải điều chế và đưa qua một mạch Schmitt trigger (cũng có thể dùng IC 555) để tạo ra một tín hiệu logic vuông vắn, sạch sẽ trước khi gửi đến chân trạng thái của cổng LPT.

3.3. Mạch công suất điều khiển đầu phun sử dụng ULN2803A

Các chân của cổng LPT chỉ có thể cung cấp một dòng điện rất nhỏ, không đủ để vận hành rơ-le hoặc cuộn dây trong đầu phun của máy in. Do đó, một mạch công suất là bắt buộc. IC ULN2803A là một lựa chọn lý tưởng, nó chứa 8 cặp transistor Darlington với diode dập xung ngược tích hợp sẵn. Mỗi kênh của ULN2803A có thể chịu được dòng điện lên đến 500mA, đủ sức để điều khiển hầu hết các loại đầu phun nhỏ. Tín hiệu logic 5V từ khối đệm được đưa vào các chân đầu vào của ULN2803A, và IC này sẽ đóng/mở dòng điện 12V cấp cho các đầu phun tương ứng. Đây là một giải pháp driver đơn giản nhưng rất hiệu quả.

IV. Bí quyết lập trình giao tiếp máy tính điều khiển đầu phun

Phần mềm là linh hồn của hệ thống, biến các thiết kế phần cứng thành một cỗ máy hoạt động. Trong khuôn khổ của nghiên cứu này, chương trình được viết bằng ngôn ngữ Pascal, một ngôn ngữ lập trình có cấu trúc và mạnh mẽ vào thời điểm đó. Việc lập trình giao tiếp máy tính trực tiếp với phần cứng thông qua các cổng I/O đòi hỏi quyền truy cập cấp thấp vào các thanh ghi của cổng. Thanh ghi dữ liệu của cổng LPT (địa chỉ cơ sở, ví dụ: $378) được sử dụng để xuất byte dữ liệu điều khiển các đầu phun. Thanh ghi trạng thái (địa chỉ cơ sở + 1) được dùng để đọc tín hiệu từ cảm biến. Một trong những phần phức tạp nhất của phần mềm là xây dựng 'bảng mã ký tự'. Đây là một cấu trúc dữ liệu, thường là một mảng, định nghĩa cách mỗi ký tự (ví dụ: 'A', 'B', '1', '2') được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các byte. Mỗi byte tương ứng với một cột dọc của ma trận điểm tạo nên ký tự. Thuật toán chính của chương trình sẽ liên tục kiểm tra tín hiệu cảm biến. Khi phát hiện sản phẩm, nó sẽ bắt đầu một vòng lặp, đọc các byte từ bảng mã ký tự và xuất chúng tuần tự ra cổng LPT, kèm theo một khoảng trễ được tính toán cẩn thận giữa mỗi lần xuất. Đây là một dạng cơ bản của lập trình nhúng trên nền tảng PC.

4.1. Cấu trúc chương trình Pascal và truy xuất cổng LPT

Chương trình Pascal được cấu trúc thành các thủ tục (procedure) rõ ràng: một thủ tục để khởi tạo, một thủ tục để đọc trạng thái cảm biến, và một thủ tục chính để thực hiện việc in. Việc truy xuất cổng LPT được thực hiện thông qua thư viện Port. Ví dụ, lệnh Port[$378] := MyByte; sẽ gửi giá trị của biến MyByte ra thanh ghi dữ liệu của cổng LPT1. Tương tự, Status := Port[$379]; sẽ đọc giá trị của thanh ghi trạng thái vào biến Status. Việc hiểu rõ địa chỉ và cấu trúc bit của các thanh ghi này là chìa khóa để lập trình thành công.

4.2. Kỹ thuật tạo bảng mã ký tự và xuất dữ liệu tuần tự

Bảng mã ký tự là một ma trận ánh xạ. Ví dụ, để in chữ 'A' trên một đầu in 7 kim, nó có thể được chia thành 5 cột. Mỗi cột là một byte, trong đó các bit tương ứng với các kim phun. Cột giữa của chữ 'A' có thể có byte là %0111111 (biểu diễn nhị phân). Chương trình sẽ lưu trữ 5 byte này trong một mảng. Khi in, nó sẽ xuất byte đầu tiên, chờ một khoảng thời gian ngắn (delay), xuất byte thứ hai, và cứ thế cho đến hết. Khoảng thời gian delay này phải được hiệu chỉnh để phù hợp với tốc độ của băng tải, đảm bảo các cột được in ra với khoảng cách chính xác để tạo thành một ký tự hoàn chỉnh, không bị méo.

V. Hướng phát triển mới cho mạch giao tiếp máy tính điều khiển

Mặc dù phương pháp thiết kế mạch giao tiếp máy tính điều khiển máy in phun sử dụng cổng LPT và lập trình Pascal đã chứng tỏ hiệu quả, công nghệ đã có những bước tiến vượt bậc. Cổng LPT hiện đã lỗi thời và được thay thế hoàn toàn bởi giao tiếp USB. Hướng phát triển hiện đại không còn tập trung vào việc điều khiển trực tiếp từ PC nữa, mà chuyển sang sử dụng các hệ thống nhúng với vi điều khiển làm trung tâm. Một vi điều khiển như Arduino hoặc STM32 sẽ đảm nhận toàn bộ nhiệm vụ điều khiển thời gian thực: đọc cảm biến, điều khiển driver động cơ bước, và kích hoạt đầu phun. Máy tính lúc này chỉ đóng vai trò gửi các lệnh cấp cao (ví dụ: chuỗi ký tự cần in, tọa độ) thông qua giao tiếp USB. Mô hình này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội: hệ thống trở nên độc lập, không phụ thuộc vào hệ điều hành của PC, độ chính xác và ổn định về thời gian được đảm bảo. Hơn nữa, sức mạnh xử lý của các vi điều khiển hiện đại cho phép thực hiện các thuật toán phức tạp hơn, như giải mã G-code, mở đường cho các ứng dụng như tự chế máy in 3D hoặc máy CNC mini. Kiến thức nền tảng từ việc thiết kế mạch giao tiếp cổ điển vẫn vô cùng giá trị, vì nó cung cấp sự am hiểu sâu sắc về nguyên tắc tương tác giữa phần mềm và phần cứng.

5.1. Chuyển đổi từ cổng LPT sang giao tiếp USB hiện đại

Việc chuyển sang giao tiếp USB mang lại tính phổ biến và tốc độ cao hơn, nhưng cũng đi kèm với sự phức tạp trong giao thức. Không giống như việc ghi/đọc trực tiếp vào các cổng I/O, giao tiếp USB đòi hỏi phải có một trình điều khiển (driver) trên máy tính và một firmware cho máy in (trên vi điều khiển) có khả năng xử lý các gói tin USB. Các lớp giao tiếp phổ biến như CDC (Communication Device Class) thường được sử dụng để mô phỏng một cổng COM ảo, giúp việc lập trình trên PC trở nên đơn giản hơn.

5.2. Tiềm năng ứng dụng vi điều khiển Arduino và STM32

Arduino điều khiển máy in là một lựa chọn phổ biến cho người mới bắt đầu nhờ thư viện phong phú và cộng đồng hỗ trợ lớn. Nó có thể dễ dàng đọc tín hiệu cảm biến và điều khiển các driver. Đối với các ứng dụng yêu cầu hiệu năng cao hơn, STM32 điều khiển động cơ và các tác vụ phức tạp tỏ ra vượt trội nhờ tốc độ xử lý nhanh, nhiều bộ định thời (timer) phần cứng và các ngoại vi chuyên dụng. Việc sử dụng vi điều khiển cho phép hệ thống hoạt động độc lập, đáng tin cậy và dễ dàng mở rộng cho các ứng dụng tinh vi hơn trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển của tự động hóa công nghiệp, việc ứng dụng máy vi tính để giám sát và điều khiển trực tiếp hệ thống máy móc sản xuất đóng vai trò thiết yếu nhằm nâng cao độ chính xác, tốc độ xử lý dữ liệu và năng suất lao động. Các dây chuyền đóng gói, in ấn nhãn mác hàng hóa trên băng tải đòi hỏi hệ thống in phun ký tự phải đạt tính linh hoạt cao, có khả năng nhận biết sản phẩm theo thời gian thực và vận hành đồng bộ với tốc độ di chuyển của vật thể.

Đề tài "Thiết kế và thi công mạch giao tiếp máy tính điều khiển máy in phun" do sinh viên Nguyễn Văn Xuân và Nguyễn Minh Kha thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Vũ Đỗ Cường tại Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, tập trung giải quyết bài toán ghép nối phần cứng và xây dựng phần mềm điều khiển đầu in phun chuyên dụng thông qua máy vi tính cá nhân (PC).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Thiết kế mạch ghép nối phần cứng giao tiếp với máy vi tính thông qua cổng song song (Parallel Port / LPT).
2. Thiết kế và chế tạo khối cảm biến quang hồng ngoại có khả năng nhận biết hướng chuyển động của sản phẩm trên băng tải (từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái).
3. Thiết kế mạch công suất điều khiển trực tiếp cụm 7 đầu phun của máy in.
4. Thiết kế khối hiển thị trực quan các ký tự in sử dụng mạch ghi dịch ma trận.
5. Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển hệ thống trên môi trường Turbo Pascal.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật được xác lập trong đồ án:

• Hệ thống xử lý xuất dữ liệu điều khiển đầu in cho 2 chiều chuyển động của sản phẩm trên băng tải.
• Thời gian điều chỉnh trễ giữa hai lần phun xung dữ liệu thấp nhất là 1 ms.
• Độ dài chuỗi ký tự nhập vào để in tối đa đạt 24 ký tự.
• Số lần lặp lại quy trình in tối đa được thiết lập là 32.767 lần.
• Khối hiển thị ký tự in được cấu hình đồng bộ cho chiều chuyển động của sản phẩm từ phải sang trái.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án kết hợp giữa phương pháp phân tích lý thuyết phần cứng máy tính, kỹ thuật vi mạch số, quang điện tử và phương pháp thiết kế - thi công thực nghiệm hệ thống nhúng ghép nối PC:

• Lý thuyết kiến trúc máy tính và cổng giao tiếp ngoại vi: Khảo sát cấu trúc vi xử lý Intel kiến trúc x86 (từ 4004, 8008, 8086 đến 80386, 80486), không gian địa chỉ vào/ra (I/O space), và cơ chế truyền dữ liệu qua các cổng chuẩn gồm cổng nối tiếp RS-232 (COM1: 3F8H, COM2: 2F8H), khe cắm mở rộng bus ISA 8-bit/16-bit (vùng địa chỉ 300H - 31FH), và cổng máy in song song LPT (LPT1: 378H, LPT2: 278H).
• Lý thuyết quang điện tử và điều chế tín hiệu: Khảo sát đặc tính bức xạ của LED phát hồng ngoại (IRED) bước sóng 850 nm – 950 nm (vật liệu GaAs, GaAlAs) và độ nhạy của linh kiện thu quang gồm Phototransistor BPW40 và Photodiode PIN (SPH225). Áp dụng phương pháp điều chế sóng mang xung vuông tần số 10 kHz nhằm loại bỏ nhiễu quang từ môi trường chiếu sáng tự nhiên và ánh sáng đèn công nghiệp.
• Phương pháp tính toán và thiết kế mạch điện tử:
  • Ứng dụng IC định thì 555 ở chế độ đa hài phi ổn (Astable Multivibrator) để phát xung sóng mang 10 kHz và mạch kích biến đổi dạng sóng Schmitt Trigger.
  • Khảo sát vi mạch thu hồng ngoại chuyên dụng $\mu$PC1490HA (hoặc CX20106A) tích hợp tầng tiền khuếch đại, mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC), bộ lọc thông dải 10 kHz, mạch tách sóng và chuyển đổi tần số sang điện áp.
  • Sử dụng IC chốt đệm dữ liệu 8-bit 74LS373 (3-state D-type transparent latch) và IC ghi dịch 8-bit 74LS164 (Serial-In Parallel-Out).
  • Thiết kế bộ nguồn DC tuyến tính có bảo vệ và tăng dòng bằng transistor công suất ghép nối tiếp IC ổn áp dòng LM78xx.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phần cứng liên kết chặt chẽ với phần mềm điều khiển trên PC:

[Máy tính PC - Turbo Pascal]
       |
       v (Cổng LPT: Data 378H, Control 37AH, Status 379H)
+------+------------------------------------------+
|                                                 |
v                                                 v
[Khối đệm chốt 74LS373]                  [Khối cảm nhận sản phẩm]
|                  |                     (2 bộ Thu-Phát IR 10 kHz)
v                  v                              |
[Mạch công suất]  [Mạch hiển thị LED]            v
(Lái 7 đầu phun)   (4x IC 74LS164 -> 32 bit)   (Tín hiệu hướng/vị trí)
                                                  |
                                                  +--> Gửi về cổng LPT (Chân 13, 15)

1. Phân bổ chân và thanh ghi cổng máy in (LPT)

Cổng song song chuẩn DB-25 được lựa chọn làm giao diện điều khiển chính nhờ tốc độ truyền song song và khả năng xuất nhập trực tiếp qua cổng I/O:

Thanh ghi	Địa chỉ Base	Chân DB-25	Hướng	Chức năng trong hệ thống
Data Register	378H	Chân 2 đến Chân 8 ($D_0 - D_6$)	Xuất (Output)	Xuất dữ liệu ma trận điểm điều khiển 7 đầu phun máy in
Data Register	378H	Chân 9 ($D_7$)	Xuất (Output)	Đường dữ liệu nối tiếp đưa vào khối hiển thị 74LS164
Control Register	37AH	Chân 14 ($C_1$), 16 ($C_2$), 17 ($C_3$)	Xuất (Output)	Tạo xung nhịp Clock, tín hiệu chốt và Clear cho mạch hiển thị
Status Register	379H	Chân 13 (SLCT), Chân 15 (ERROR)	Nhập (Input)	Nhận tín hiệu logic từ 2 bộ cảm biến hồng ngoại để xác định sự hiện diện và chiều di chuyển của sản phẩm

2. Thiết kế khối nguồn cung cấp

Bộ nguồn chuyển đổi từ điện lưới xoay chiều 220V/50Hz sang hai mức điện áp một chiều ổn định +5V (cung cấp vi mạch số TTL, khối thu phát quang) và +12V (cung cấp khối công suất lái đầu phun):

• Biến áp: $220\text{VAC} \rightarrow 9\text{VAC}, 12\text{VAC}$ (dòng định mức 1A).
• Chỉnh lưu và lọc: Cầu diode 1N4007 ($I_{max} = 3\text{A}$, $V_{max} = 500\text{V}$), kết hợp tụ hóa lọc gợn sóng $C_2 = C_5 = 4700,\mu\text{F}/25\text{V}$ và tụ gốm khử nhiễu cao tần $C_1 = C_6 = 104$ ($0,1,\mu\text{F}$).
• Mạch ổn áp tăng dòng: Sử dụng IC LM7805 và LM7812 kết hợp transistor công suất PNP 2SB564 ($I_{Cmax} = 1,5\text{A}$, $\beta = 30$) để nâng dòng tải liên tục của ngõ ra lên mức $I_{max} = 1\text{A}$. Điện trở phân cực được tính toán $R_1 = 1,2,\Omega$.

3. Thiết kế khối cảm nhận sản phẩm (Cảm biến quang 2 chiều)

Khối cảm biến gồm 2 cặp mắt phát - thu hồng ngoại bố trí cách nhau một khoảng cách cố định 2 cm dọc theo băng tải để xác định thời điểm và hướng di chuyển:

• Khối phát: IC 555 hoạt động ở chế độ phi ổn với chu kỳ định thì: $$t_{high} = 0,69 \times (R_A + R_B) \times C_1$$ $$t_{low} = 0,69 \times R_B \times C_1$$ Thiết kế chọn $R_A = 100,\Omega$, $R_B = 22,\text{k}\Omega$, $C_1 = 0,001,\mu\text{F}$ để tạo tần số sóng mang vuông $f \approx 10,\text{kHz}$. Xung ra từ chân 3 qua tầng khuếch đại transistor lái LED phát hồng ngoại LD271 (bước sóng cực đại 950 nm, dòng xung $I_F = 100,\text{mA}$, công suất bức xạ $16,\text{mW}$).
• Khối thu: Photodiode PIN (SPH225) tiếp nhận tia hồng ngoại phản xạ từ sản phẩm, đưa vào vi mạch $\mu$PC1490HA để khuếch đại, lọc dải thông trọng tâm 10 kHz và giải điều chế. Tín hiệu sau đó đi qua mạch Schmitt Trigger (sử dụng IC 555 nối chung chân 2 và chân 6) nhằm chuẩn hóa thành tín hiệu xung vuông logic đưa về chân trạng thái cổng LPT máy tính.

4. Khối đệm dữ liệu, công suất và hiển thị

• Khối đệm chốt: Sử dụng 2 IC 74LS373. Tín hiệu điều khiển Enable được giữ ở mức cao để cho phép truyền dữ liệu tức thời từ các chân dữ liệu cổng LPT sang tầng công suất và tầng hiển thị.
• Khối công suất lái đầu phun: Tín hiệu 7-bit từ IC 74LS373 được đưa qua các tầng khuếch đại công suất transistor để đóng/ngắt các cuộn solenoid/phần tử kích hoạt của 7 đầu phun với mức điện áp 12V.
• Khối hiển thị ký tự in: Gồm 4 vi mạch ghi dịch 8-bit 74LS164 ghép nối tiếp tầng (cascade) để tạo ngõ ra song song 32-bit. Dữ liệu ký tự được dịch tuần tự theo từng xung clock từ cổng máy tính, hiển thị trạng thái ma trận điểm của ký tự đang in.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Dẫn nhập

Chương này tổng quan về sự phát triển của công nghệ điện tử - tin học trong tự động hóa sản xuất. Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong việc nghiên cứu phương pháp ghép nối vi tính điều khiển cơ cấu chấp hành công nghiệp. Đồng thời, chương 1 xác lập chi tiết 5 nhiệm vụ kỹ thuật và các giới hạn về tần số xung phun (delay tối thiểu 1 ms), số lượng ký tự nhập (tối đa 24 ký tự) và số chu kỳ in (tối đa 32.767 lần).

Chương II: Giới thiệu sơ lược về máy tính

Nội dung chương 2 hệ thống hóa kiến trúc phần cứng cơ bản của hệ thống vi máy tính theo mô hình Von Neumann, gồm 5 khối chức năng: Khối nhập (Input Unit), Khối xuất (Output Unit), Khối nhớ (Memory Unit), Khối số học/logic (ALU) và Khối điều khiển (Control Unit). Chương này cũng phân tích tiến trình phát triển của các thế hệ vi xử lý từ dòng 4-bit (Intel 4004, 4040), 8-bit (8008, 8080, 8085), 16-bit (8086, 8088) đến 32-bit (80386, 80486), làm rõ cơ chế quản lý bus dữ liệu, bus địa chỉ và không gian bộ nhớ trong hệ điều hành DOS.

Chương III: Phương pháp giao tiếp với thiết bị ngoại vi

Chương 3 đi sâu so sánh các phương thức kết nối ngoại vi phổ biến trên máy tính PC:

1. Giao tiếp nối tiếp RS-232 (Cổng COM): Phân tích cấu trúc khung truyền (Start, Data, Parity, Stop), sơ đồ chân DB-9/DB-25, tốc độ baud (1200 - 9600 bps) và các thanh ghi cổng 3F8H/2F8H.
2. Giao tiếp qua khe cắm mở rộng (Slot ISA): Phân tích cấu trúc bus 8-bit/16-bit, các đường tín hiệu điều khiển (IOR, IOW, AEN, ALE, RESET), và không gian I/O từ 300H đến 31FH.
3. Giao tiếp qua cổng máy in (LPT): Phân tích chi tiết 17 đường tín hiệu của cổng Centronics DB-25 và 3 thanh ghi chức năng:

Tên thanh ghi	Địa chỉ Base (LPT1)	Bit gán	Chức năng phần cứng
Data Register	378H	$D_0 - D_7$ (Chân 2–9)	Xuất/nhập 8-bit dữ liệu song song
Status Register	379H	$S_3 - S_7$ (Chân 15, 13, 12, 10, 11)	Đọc trạng thái ngoại vi (ERROR, SLCT, PE, ACK, BUSY)
Control Register	37AH	$C_0 - C_3$ (Chân 1, 14, 16, 17)	Xuất tín hiệu điều khiển (STROBE, AF, INIT, SLCTIN)

Dựa trên phân tích kỹ thuật, nhóm tác giả luận chứng việc lựa chọn cổng máy in LPT là phương án tối ưu nhất nhờ số lượng đường ra/vào phù hợp trực tiếp với cấu trúc 7 đầu phun và cảm biến phản hồi mà không cần thiết kế thêm mạch giải mã địa chỉ phức tạp như bus ISA.

Chương IV: Thiết kế mạch giao tiếp

Chương 4 là phần trọng tâm về kỹ thuật phần cứng, trình bày chi tiết sơ đồ nguyên lý, công thức tính toán thông số linh kiện cho từng phân khu:

• Tính toán ổn áp nguồn tuyến tính 5V và 12V có transistor đệm dòng 2SB564.
• Khảo sát đặc tính linh kiện phát quang GaAs LD271/LD271H và linh kiện thu quang Phototransistor BPW40 / Photodiode SPH225.
• Thiết kế mạch dao động phát xung 10 kHz dùng IC 555 và tầng tiền khuếch đại thu dùng $\mu$PC1490HA.
• Phân tích nguyên lý làm việc của mạch đệm dữ liệu IC 74LS373 và bộ ghi dịch hiển thị 32-bit dùng 4 vi mạch 74LS164.

Chương V: Viết chương trình điều khiển

Chương 5 trình bày toàn bộ giải thuật và mã nguồn phần mềm điều khiển viết bằng ngôn ngữ Turbo Pascal:

• Xây dựng bảng mã nhị phân ma trận điểm 5x7 cho hệ thống ký tự in (bao gồm bảng chữ cái A-Z, chữ số 0-9 và các ký tự đặc biệt). Mỗi ký tự được biểu diễn bằng một mảng 5 cột dữ liệu 8-bit xuất tuần tự ra cổng máy in (Ví dụ: Ký tự 'A' được mã hóa bởi chuỗi 5 byte: $7C \rightarrow $12 \rightarrow $11 \rightarrow $12 \rightarrow $7C).
• Xây dựng lưu đồ giải thuật cho chương trình chính, bao gồm các thủ tục:
  • Procedure Test: Nhập chuỗi ký tự, thời gian trễ giữa các cột in ($t$), thời gian chờ cảm biến ($y$), và số chu kỳ in ($b$).
  • Procedure In_Thuan và Procedure In_Nguoc: Thủ tục quét bảng mã và xuất trực tiếp mảng dữ liệu ra thanh ghi cổng dữ liệu Port[$378] và thanh ghi điều khiển Port[$37A].
  • Vòng lặp giám sát thanh ghi trạng thái Port[$379] để kiểm tra điều kiện kích hoạt từ cảm biến trước khi kích hoạt lệnh phun.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh đáp ứng các yêu cầu thiết kế ban đầu:

• Hệ thống phần cứng giao tiếp qua cổng máy in vận hành ổn định, đồng bộ tín hiệu giữa PC và mạch công suất.
• Bộ cảm biến hồng ngoại 2 kênh điều chế tần số 10 kHz nhận diện chính xác sự hiện diện của sản phẩm và phân biệt được 2 chiều chuyển động trên băng tải (khoảng cách giữa 2 đầu thu phát là 2 cm).
• Mạch công suất điều khiển chính xác cụm 7 đầu phun với thời gian trễ điều chỉnh được (đạt mức nhỏ nhất 1 ms), tạo ra các ký tự in ma trận điểm 5x7 rõ nét.
• Khối hiển thị ma trận 32-bit sử dụng 4 IC 74LS164 tái hiện chính xác chuỗi ký tự đang được in.
• Phần mềm viết bằng Turbo Pascal thực hiện quét phím, biên dịch chuỗi ký tự sang mã ma trận điểm và điều khiển xuất/nhập cổng I/O theo thời gian thực.

2. Đóng góp của đề tài

• Cung cấp một giải pháp thiết kế hệ thống nhúng điều khiển thiết bị ngoại vi chi phí thấp, tận dụng trực tiếp cổng LPT có sẵn trên máy tính PC mà không cần trang bị thêm card thu thập dữ liệu (DAQ) chuyên dụng đắt tiền.
• Đề xuất và thực nghiệm thành công giải pháp cảm biến quang chống nhiễu dựa trên kỹ thuật điều biến sóng mang 10 kHz kết hợp IC chuyên dụng $\mu$PC1490HA/CX20106A, áp dụng hiệu quả cho môi trường công nghiệp có nhiều nguồn sáng phức tạp.
• Xây dựng hoàn chỉnh bảng mã ma trận 5x7 và thuật toán xuất dữ liệu 2 chiều (thuận/ngược), làm tài liệu tham khảo thực tế cho các bài toán điều khiển máy in phun công nghiệp.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các phân tích đánh giá của nhóm tác giả trong văn bản đồ án:

• Hạn chế của hệ thống:
  • Mạch hiển thị ký tự bằng LED (dùng IC 74LS164) mới chỉ được thiết kế đồng bộ cho chiều di chuyển sản phẩm từ phải sang trái, chưa hỗ trợ đảo chiều hiển thị khi sản phẩm chạy từ trái sang phải.
  • Kích thước khối cảm biến quang và mạch phần cứng còn tương đối cồng kềnh.
  • Chưa tích hợp cơ chế tự động điều tốc theo vận tốc biến thiên của băng tải thực tế (hiện phụ thuộc vào tham số thời gian trễ cố định đặt trước trong phần mềm).
• Hướng phát triển đề tài:
  • Thiết kế và nâng cấp mạch hiển thị ký tự có khả năng quét và hiển thị tự động theo cả hai chiều chuyển động của sản phẩm.
  • Tối ưu hóa sơ đồ nguyên lý, sử dụng linh kiện dán (SMD) để thu nhỏ kích thước của bộ cảm biến và bo mạch điều khiển.
  • Phát triển hệ thống ghép nối mở rộng để ứng dụng cho các dây chuyền sản xuất tự động hóa quy mô lớn và tích hợp với các cánh tay robot công nghiệp.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo học thuật và kỹ thuật thực hành hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Máy tính: Cung cấp tài liệu thiết kế chi tiết về kỹ thuật ghép nối ngoại vi qua cổng LPT, kỹ thuật lập trình điều khiển cổng I/O cấp thấp trên nền tảng DOS/Pascal.
• Người nghiên cứu và kỹ sư thiết kế hệ thống nhúng: Tham khảo sơ đồ nguyên lý và cách tính toán mạch thu phát hồng ngoại điều biến tần số 10 kHz sử dụng IC 555 và $\mu$PC1490HA chống nhiễu quang.
• Các đề tài nghiên cứu liên quan đến máy in phun ma trận và hệ thống phân loại sản phẩm trên băng tải: Tham khảo thuật toán tạo bảng mã ma trận điểm 5x7 và cơ chế phân luồng in thuận/nghịch theo tín hiệu cảm biến vị trí.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn cổng máy in (LPT) thay vì cổng nối tiếp RS-232 hay bus ISA?

Cổng nối tiếp RS-232 truyền dữ liệu nối tiếp từng bit nên tốc độ bị hạn chế và cần thêm bộ chuyển đổi nối tiếp - song song ở đầu cuối. Giao tiếp qua khe cắm ISA đòi hỏi thiết kế mạch giải mã địa chỉ phức tạp và can thiệp sâu vào phần cứng máy tính. Cổng máy in (LPT) cung cấp sẵn 8 đường dữ liệu song song (thanh ghi 378H), 5 đường trạng thái vào (thanh ghi 379H) và 4 đường điều khiển ra (thanh ghi 37AH), hoàn toàn phù hợp để điều khiển trực tiếp 7 đầu phun và nhận 2 kênh tín hiệu cảm biến mà không cần linh kiện giải mã trung gian.

2. Mạch cảm biến quang hồng ngoại xử lý triệt tiêu nhiễu ánh sáng môi trường bằng cách nào?

Mạch không sử dụng tia hồng ngoại liên tục (DC) mà sử dụng IC 555 để điều chế tia phát thành sóng mang xung vuông tần số 10 kHz. Ở phía thu, tín hiệu từ quang trở/photodiode được đưa qua vi mạch chuyên dụng $\mu$PC1490HA có tích hợp bộ lọc dải thông chỉ cho tần số 10 kHz đi qua, đồng thời loại bỏ toàn bộ các thành phần ánh sáng một chiều hoặc tần số khác (như ánh sáng mặt trời hay ánh sáng đèn lưới 50Hz/100Hz). Tín hiệu sau tách sóng được chuẩn hóa qua mạch Schmitt Trigger (IC 555) trước khi đưa về máy tính.

3. Nguyên lý mã hóa ký tự để điều khiển 7 đầu phun trong phần mềm Turbo Pascal được thực hiện như thế nào?

Mỗi ký tự được xây dựng trên một lưới ma trận điểm kích thước 5 cột $\times$ 7 hàng. 7 hàng tương ứng với 7 đầu phun vật lý (nối với các bit dữ liệu từ $D_0$ đến $D_6$ của cổng 378H). Chương trình mã hóa mỗi ký tự thành một chuỗi gồm 5 giá trị Hexadecimal (mỗi giá trị tương ứng với trạng thái bật/tắt của 7 đầu phun trên một cột). Khi in, chương trình lần lượt xuất 5 byte này ra cổng LPT với thời gian trễ xác định giữa các cột để tạo nên hình dạng ký tự hoàn chỉnh trên sản phẩm đang chuyển động.

4. Vai trò của IC 74LS373 và 74LS164 trong sơ đồ mạch là gì?

• IC 74LS373: Là vi mạch chốt/đệm dữ liệu 8-bit 3 trạng thái, đóng vai trò đệm và cách ly tín hiệu giữa các chân cổng LPT của máy tính với tầng kích công suất lái đầu phun, bảo vệ cổng máy tính khỏi các xung ngược và đảm bảo mức logic ổn định.
• IC 74LS164: Là vi mạch ghi dịch 8-bit ngõ vào nối tiếp, ngõ ra song song. Đồ án sử dụng 4 IC 74LS164 mắc nối tiếp tầng để mở rộng 1 đường dữ liệu nối tiếp từ cổng máy tính thành 32 ngõ ra song song, phục vụ việc hiển thị trực quan các ký tự in lên ma trận LED.

5. Giới hạn số lượng ký tự in và số chu kỳ in của hệ thống là bao nhiêu?

Theo thiết kế và khai báo phần mềm trong đồ án:

• Độ dài chuỗi ký tự nhập vào để in trong một lần thiết lập tối đa là 24 ký tự (giới hạn bởi mảng đệm và màn hình giao diện nhập liệu).
• Số lần lặp lại chu trình in tối đa được quản lý bởi biến kiểu số nguyên (Integer) trong Turbo Pascal, cho phép cài đặt số lần in lên đến 32.767 lần.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mạch giao tiếp máy tính điều khiển máy in phun" của sinh viên Nguyễn Văn Xuân và Nguyễn Minh Kha đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đặt ra về cả phần cứng lẫn phần mềm. Hệ thống đã kết nối thành công máy tính cá nhân qua cổng máy in song song LPT để điều khiển khối công suất 7 đầu phun, kết hợp khối cảm biến hồng ngoại 10 kHz nhận diện sản phẩm 2 chiều và khối hiển thị 32-bit dùng IC ghi dịch 74LS164. Công trình là tài liệu thực nghiệm có giá trị cao đối với sinh viên và kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế giao tiếp máy tính và tự động hóa công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Din nhập. Chuving IL: Gidh thigu so lige vé may tính. U- Phần cứng UW) Sự phát triển cửa vị xửÍ 3.17 Vị xứ lý4 hít 22) Vị xử lý ® bat +9 VI xứ lý lo hụ + Vi xử ly 32 bị Vi Vị Xứ lý XO4&G ‘ng ML Ú- sơ đổ khối mach giao ti 1I)- Tính toán và thiết kế c: 1)- Nguồn cung cấp : 2)- Bộ đệm dữ liệu 2.1)- Khảo sát IC 74LS373 2.2)- Sơ đồ mạch đệm dữ liệt 3)- Mạch cầm nhận sản phẩm : 3.1)- Sơ đổ khối mạch cảm nhận sản phẩm 3.2)- Giới thiệu các linh kiện sử dung trong mạch cảm nhận sản phẩi 3:2.1)- LED hồng ngoại (IR LEDS): 3.2)- Đặc trưng kỹ thuật của Pholotransistor BPW40: 3.3-) tính toán và thiết kế mạch cắm nh: 3.1)- Thiết kế mạch phát hồng ngoại 3.1)- Khảo sát mạch phi ổn đùng IC 55: 3.2)- Thiết kế mạch dao độhg 10KHZ cho mạch phái 3.3)- Thiết kế mạch khuếch đại phát.2)- Thiết kế mạch thu hồng ngoại: 3.1)- Khảo sát mạch thu tỉa hỗng ngoại dùng IPC 1490HA hoặc IC CX 20106A.2)- Thiết kế mạch Tricgger Schmith dùng IC555.3)- Sơ đỗ nguyên lý của mạch cảm nhận sẵn phẩm 4)- Thiết kế mạch công suất để láy đầu phun của mắy in 5)- Cấu tạo đầu phun của máy in 6)- Thiết kê mạch hiển thị ký tự ¡ 6.2)- Sơ đỗ nguyên lý mạch hiển thị Chương V : Viết chương trình điều khiển 35 D- Giới thiệu bằng mã ký tự 34 1I)- Lưu đổ cấu trúc chương trình điều khiển đầu phun của máy ïn 35 III)- chương trình diễu khiển đầu phun của máy ¡ 37 Phần ết luận và hướng phát triển để tài. Tài liệu tham khảo.

DO AN TỐT NGHIỆP : GIÁO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN MÁY IN PHUN Trang | CHUONG I : DAN NHAP Lĩnh vực điện tử và tin học đang phát triển nhanh chong và bao gồm nhiều lĩnh vực trong cách mạng khoa học kỹ thuật ngày nay. Với sự phát triển của kỹ thuật Điện - Điện Tử, đặc biệt với các thành quả của vi sử lý cho phép chúng con người có thể ứng dụng máy tính một cách rộng rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau, mở ra nhiều triển vọng ngày càng hiện đại và tối ưu hóa. Người ta có thể thông qua may tính dé diéu khiến các hoạt động của các thiết bị máy móc cũng như xử lý các thông số của nó. Với mục đích tìm hiể ! và ngày càng hoàn thiện trên lĩnh vực giao tiếp giữa máy tính với các thiết bị ngoại vị, Í n văn tốt nghiệp được trình bày với để tài : THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG MACH GIAO Tt 2P MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN MÁY IN PHUN Yêu câu nhiệm vụ của tổ án này là: The ke mach pra hiếp Thiết kế hộ cảm biến hồng ngoại có khã năng nhận biết sắn phẩm đi từ phải sang trất hoặc la sản phẩm đụ tự trái sang phải.

Viết chướng trình điều n dùng phần mễm Pascal. Do thời gián có bạn nh để thức của nhóm thực hiện còn hạn chế nên nhóm thực hiện chỉ đi sâu vao một sé saut + Trong chương trình đ thì nhớm thiết kế sẽ viết chương trình xuất dữ liệu ra cong máy in trong cả hai Trưỡi hợp la sàn phẩm chạy trên băng tải từ trái sang phải và sản phẩm trên băng tai cl sang trái, + Mức điều chỉnh t : G6 ïn giữa hai lần phun thấp nhất là 1ms. + Ký tự có thể in tối đa l4 2 ý tự + Số lần in tối đa là 32.767 lan + Bộ hiển thị ký tựin chỉ phủ hợp cho sản phẩm trên băng tải chạy từ phải sang trái. 'hầy Vũ Đỗ Cường: Nguyễn Văn Xuân - Nsuyễn Minh Kha ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP : GIAO TIP MAY TINH ĐIỆU KHIỂN MÁY IN PHUN Trang 2 CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MÁY TÍNH 1)- PHAN CUNG CUA MAY TINH Máy tính là một thiết bị điện tử có khã năng xử lý thông tin, những con số và các ý tưởng dược diễn tả ở dưới dạng biểu tượng.

Một số phép tính có thể được thực hiện trên dữ liệu để chuyển chứng sang một dạng thức hữu dụng hơn. Các phéptính chẳng hạn như sự phân loại, lưu trữ, truy xuất, và tái tạo đều được thực hiện qua máy tính do một chương trình điều khicn. Mot chương trình là một tập hợp các chỉ dẫn để chỉ định chính xác nội dung nào máy phải dược thực hiện và thứ tự nào các phép tính phải tuân theo. Máy tính có thể giải quyết một loạt các vấn để nếu như một chương trình được thiết kế để giải quyết vấn để đó có sẵn.

tiên ích thực tiển của máy tính đó là tốc độ của nó. Một máy tính có thể thực thi các chỉ dẫn vũa chương trình với một tốc đô hàng triệu chỉ dẫn trên một giây, tức là nhanh gấp hàng triệu lần xo với sức lãm việc của con người đẾ giải quyết tác vụ đó. Các thành phân cứ bản của máy tính chẳng hạn như bàn phím, màn hình, ổ đĩa, ban ích dược gọi là phan cứng, Phần cứng cần được phân biệt một cách cẩn thận với những chien tình làm cho máy tính hoạt đóng vốn được gọi là phần mềm. Ngày nay máy tính có và kích thước, nhưng tất cá déu có các thành phần cơ bản như nhau.

Một máy tính báo gồm nấm thành phần cơ bản đước mình họa ở hình 2.1 Memory Input —| control || Output Arithmetic/ i Logical CPU Hình 2.1 Các thành phần cơ bắn của một máy vi tính - B6 nh4p (Input Unit) được thiết kế để chuyển dữ liệu từ bên ngoài vào máy tính. Dữ liệu có thể là những con số (ví dụ : số lượng hàng hóa bán ra hoặc ngày sinh của một người nào đó), hoặc các mẫu tự abc (ví dụ : mô tả về hạng mục hàng hóa hoặc tên của một người). “Trong cả hai trường hợp bộ nhập sẽ chuyển dữ liệu thành các mã nhị phân (một chuối các số 0 và 1) một cách phù hợp để được máy xử lý. Dữ liệu được đưa vào trong hầu hết các máy tính đều thông qua bàn phím tương tự như máy đánh chữ và một thiết bị trỏ nhỏ được gọi là chuột.

Việc tiếp xúc một phím trên bàn phím sẽ chuyển một ký tự hoặc một lệnh vào. Việc di chuyển chuột rà hoặc nhấn một trong những nút trên chuột (được gọi là nhấp) cũng có thể được dùng để nhập một lệnh vào hoặc để giao tiếp các kiểu thông tin khác nhau trong máy tính. ~_ Bộ xuất (Output Unit) được thiết ế để chuyển di liệu vốn đã được máy tính xử lý thành một số dạng xuất hữu ích. Màn hình ống tia Catot (CRT) và máy in là những ví dụ về thiết bị xuất vốn đã được tìm thấy trên hầu hết các máy tính.

Cả hai thiết bị này tín hiệu này đều nhận tín hiệu ở đạng nhị phân và chuyển chúng thành các ký hiệu có nghĩa trên màn hình ũ Đã Cường SVTH : Nguyễn Văn Xuân — Nguyễn Minh Kha ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : GIAO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN MÁY IN PHUN Trang 3 hoặc trên giấy. Dữ liệu xuất được hiển thị trên màn hình thường được gọi là bản sao mềm (soft copy) dé phân biệt nó với tài liệu do máy ïn.ra được ,lưu trữ vĩnh viễn có tên là bản sao cứng (hard copy). ~_ Bộ nhớ (Memory Unit) được thiết kế để lưu trử các chương trình và dữ liệu trong suốt thời gian máy tính giái quyết một vấn để. Bộ nhớ được chia thành các vị trí có thể định vị trước được; mỗi một vị trí trên bộ nhớ có thể được truy cập bằng cách xác định địa chỉ của nó.

Trong máy tính hiện đại, mỗi một địa chỉ là một số, tuy nhiên bạn có thể gán các tên biểu tượng (các từ được mô tả) vào các vị trí bộ nhớ lúc bạn viết các chương trình trong Pascal. Ngoài ra bộ nhớ có thể được truy cập ngẫu nhiên, có nghĩa là mỗi một vị trí trên bộ nhớ có thể duise doe hoặc được viết với tốc độ như nhau. Các vị trí trên bộ nhớ được sử dụng một cách xen kế nhằm lưu trừ các chỉ dẫn của chương trình và. dữ liệu, phụ thuộc vào nhu cầu của vấn đề đặc hiệt đó, Dác trưng này của máy tính khiến cho chúng rất linh động, khái niệm này dave pha todn hoe John von Neumann xay dung.

BO sd hoe Logie (Arithmetic/ gic Unit) được dùng để thực hiện phép tính số học nợ 1, nhàn, chia) và các phép tính E4gie chẳng hạn như so sánh các hạng mục của dữ + 1o này hoat dong dưới bình thức la một máy tính dành cho hệ thống máy tính nhằm thực mot so lic vy được yêu cầu khi dữ liên chuyển ngang qua bộ nhớ. Hộ điều khiến (Control Unit) uve dụng để thực thí các chỉ dẫn của chương trình. Một Khi một chương trình được tài vao bộ nhớ của máy tính (một bước riêng biệt trong quy trình sử dụng máy tính để giải quyết mót vấn đề), bộ điều khiển thực thi một chỉ dẫn chương trình một lần. Các chỉ dẫn chư thể gọi để nhập, tạo ra dữ liệu xuất, thực hiện các phép tính, mô tả các mục so sé: chỉ dẫn kế tiếp trong chương trình vốn xuất phát từ một nơi nào khác với vị trí trình tự kế tiếp (các chỉ dẫn của kiểu sau đó được gọi là các kiểu chỉ dẫn nhánh , chúng cung © † ính khã năng chọn các hoạt động xen kẽ và khả năng lập lại một chuỗi các chỉ ong bất cứ trường hợp nào, bộ điều khiển sao chép các chỉ dẫn từ bộ nhớ và thực thí chỉ dẫn băng cách tạo ứn hiệu và chuyển dữ liệu được yêu cầu vào đó.

Lúc chỉ dẫn được hoàn tất, bộ điều khiển tìm kiếm chỉ dẫn tiếp theo và lặp lại quy trình này. Hoạt động này được thực hiện một cách tự động, một khi một chương trình được đặt vào trong bộ nhớ và lệnh bắt đầu thực thí, người sử dụng máy tính không còn làm điều gì khác hơn là cung cấp dữ liệu cần thiết cho chương trình. Như minh họa ở hình 2.I, các bộ điều khiển và số học/Logic thường được tham khảo dưới hình thức là bộ xử lý trung tâm (CPU). Bộ xử lý trung tâm CPU nhỏ nhất có thể được tạo thành từ một Microchip đơn được gọi là vi xử lý.

Hai trong các bộ vi xử lý quen thuộc và phổi biến nhất là Intel 8086 (và 80286, 80386 và 80486) vốn được hãng IBM và nhiều nhà sản xuất khác sử dụng, và bộ Mororala 68000 vốn được sử dụng trong các máy tính Apple Macintosh.