Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống vi xử lý. Thiết kế hệ thống I/O
khoa §iÖn - §iÖn Tö
Bµi gi¶ng m«n häc
Kü thuËt vi xö lý
Giíi thiÖu m«n häc :
M«n häc kü thuËt vi xö lý ®-îc biªn so¹n theo ch-¬ng tr×nh khung cña hÖ
C§KT ngµnh ®iÖn, ®iÖn tö. Toµn bé néi dung m«n häc bao gåm 60 tiÕt ®-îc
chia lµm 4 ®¬n vÞ häc tr×nh nh- sau:
Häc tr×nh I : Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng vi xö lý - thiÕt kÕ hÖ thèng I/O
Häc tr×nh II : ThiÕt kÕ hÖ thèng nhí ( Memory system).
Häc tr×nh III : CÊu tróc vµ chøc n¨ng vËn hµnh cña CPU vµ MCU.
Häc tr×nh IV : Ng«n ng÷ lËp tr×nh cho CPU vµ cho MPU.
Häc tr×nh I: Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng vi xö lÝ
THiÕt kÕ hÖ thèng I/O.
I –1. Nh÷ng nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó x©y dùng mét hÖ thèng vi xö lý.
1/ Vi xö lý g¾n liÒn víi m¸y tÝnh, nã cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®-îc nh÷ng nhiÖm
vô th«ng minh t-¬ng tù nh- con ng-êi.
- Nã ho¹t ®éng tu©n theo nh÷ng nguyªn t¾c c¬ b¶n sau ®©y:
- Xö lý mét chuçi nh÷ng ký tù "0" vµ "1".
- Mét chuçi nh÷ng ký tù "0" vµ "1" ®-îc gäi lµ mét chØ lÖnh
( Instraction ), hay cßn gäi lµ mét tõ m· (Code word).
- Mçi tõ m· cã ®é dµi kh¸c nhau, phô thuéc vµo tõng chip MPPU
hay MCU cã ®é m¹nh yÕu kh¸c nhau.
2/ PhÇn mÒm vµ phÇn cøng
- PhÇn mÒm (Soft ware) : lµ mét tËp chØ dÉn c¸c ho¹t ®éng cña
VSL gåm 2 lo¹i lµ phÇn mÒm hÖ thèng vµ phÇn mÒm øng dông.
- PhÇn cøng (Hard ware) : Lµ mét tËp hîp c¸c m¹ch ®iÖn d¹ng sè
®Ó thùc hiÖn c¸c chØ thÞ lÖnh.
Note : Mét hÖ thèng m¹ch ®iÖn sè sau khi ®· thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o xong sÏ kh«ng
ho¹t ®éng ®-îc nÕu nh- kh«ng cã phÇn mÒm chØ dÉn cho nã ( ®iÒu khiÓn nã)
ho¹t ®éng .
3/ CÊu tróc cña mét chØ thÞ lÖnh.
1
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- Mét chØ thÞ lÖnh viÕt d-íi d¹ng ng«n ng÷ Assemblly (dïng cho Z80) gåm hai
phÇn lµ:
- M· lÖnh vµ to¸n h¹ng, ®-îc chØ ra nh- sau :
LD A,B Víi :
- LD: §-îc gäi lµ m· lÖnh (opcode/ object prorgam code)
- A,B : §-îc gäi lµ to¸n h¹ng (operand)
- Víi: A: Gäi lµ to¸n h¹ng ®Ých (Destination)
B: Gäi lµ to¸n h¹ng nguån (Source)
LÖnh trªn ®-îc m« t¶ nh- sau: N¹p data chøa trong thanh ghi B vµo thanh ghi
A ( hay cßn gäi lµ thanh chøa A - Accumulate)
4/ Thµnh phÇn cña hÖ thèng:
- Mét hÖ thèng m¸y tÝnh dï ®¬n gi¶n hay phøc t¹p bao giê còng cã cÊu tróc c¬
b¶n nh- sau:
INTPUT
DEVICE
INTPUT
DEVICE
ROM
RAM
CPU
Addressbus
Data bus
Control bus
*Input devices : C¸c bÞ ®Çu vµo dïng ®Ó thu thËp d÷ liÖu, nh- bµn phÝm,
hÖ thèng c«ng t¾c, sensor c¸c lo¹i ............
*Output devices: C¸c thiÕt bÞ ®Çu ra dïng ®Ó th«ng b¸o kÕt qu¶ cña chØ
thÞ lÖnh, thùc hiÖn nhiÖm vô cña chØ thÞ lÖnh nh- mµn h×nh , Led 7 thanh, mµn
h×nh tinh thÓ láng, ®éng c¬ ®iÖn, m¸y in.........
*RAM : §-îc gäi lµ bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn (Random acess
memory)
- Trong m¸y tÝnh RAM ®-îc sö dông nh- nh÷ng bé nhí t¹m thêi ®Ó xö
lý th«ng tin (nh- : tÝnh to¸n, gi¶i m· lÖnh.....).nã cã ®Æc tr-ng lµ ph¶i cã nguån
nu«i liªn tôc. Bëi vËy khi mÊt ®iÖn th× th«ng tin l-u tr÷ trong RAM bÞ mÊt ®i,
muèn kh«ng bÞ mÊt th«ng tin bao giê trong m¸y tÝnh , c¸c kit vi xö lÝ hay c¸c
kit vi ®iÒu khiÓn bao giê còng cã nguån nu«i mét chiÒu kho¶ng 3 Vol cung
cÊp cho RAM.
2
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- MÆt kh¸c xÐt vÒ ph-¬ng diÖn xö lý th«ng tin RAM l¹i ®-îc chia lµm
hai lo¹i nh- sau :
- SRAM Lµ lo¹i IC nhí RAM nh-ng th«ng tin chøa trong nã kh«ng cÇn
ph¶i gäi ra råi n¹p theo tõng chu kú. Bëi vËy nã ®-îc gäi lµ RAM tÜnh ( Static
RAM)
- DRAM Lµ lo¹i IC RAM mµ th«ng tin chøa trong nã ph¶i ®-îc x¶ ra råi
n¹p l¹i theo ®Þnh kú hay cßn gäi lµ qu¸ tr×nh lµm t-¬i (Refresh), hay qu¸ tr×nh
phôc håi. Bëi vËy lo¹i RAM nµy ®-îc gäi lµ RAM ®éng - Dynamic RAM.
*ROM : Lµ bé nhí chØ ®äc. (Read only memory), nh-ng thuËt ng÷ nµy hiÖn
nay kh«ng cßn hoµn toµn ®óng bëi sù ph¸t triÓn ngµy cµng cao cña khoa häc
c«ng nghÖ, lÇn l-ît cã sù ra ®êi cña PROM lµ lo¹i ROM cã kh¶ n¨ng lËp tr×nh
®-îc ( Progamable Rom), råi EPROM (ERASERBLE. ROM ) lµ lo¹i ROM cã
kh¶ n¨ng xo¸ ch-¬ng tr×nh ®i råi viÕt l¹i ch-¬ng tr×nh cho nã b»ng tia cùc tÝm ,
råi EEPROM - Electical EPROM lµ lo¹i ROM cã kh¶ n¨ng xo¸ ch-¬ng tr×nh ®i
råi n¹p l¹i ch-¬ng tr×nh b»ng ®iÖn.
* C¸c BUS: C¸c Bus lµ c¸c ®-êng d©y dïng ®Ó liªn kÕt c¸c bé phËn l¹i thµnh
mét kit xö lÝ hay mét m¸y vi tÝnh. Dùa vµo nhiÖm vô truyÒn dÉn cña nã mµ
ng-êi ta chia ra lµm hai lo¹i Bus lµ Bus mét chiÒu vµ Bus hai chiÒu , dùa vµo
nhiÖm vô c«ng viÖc ng-êi ta chia ra cã c¸c ®-êng d©y Bus nh- sau:
- Address bus lµ c¸c ®-êng d©y liªn kÕt c¸c ch©n ®Þa chØ cña hÖ thèng l¹i
víi nhau, ®©y lµ lo¹i ®-êng d©y Bus mét chiÒu, tøc lµ h-íng ®iÒu khiÓn cña nã
bao giê còng ®i tõ bé Vi xö lÝ ra.
- Data bus lµ c¸c ®-êng d©y dïng ®Ó liªn kÕt c¸c ch©n d÷ liÖu l¹i v¬Ý
nhau, ®©y lµ lo¹i ®-êng d©y Bus hai chiÒu.
* CPU ( Central processing unit - §¬n vÞ xö lý trung t©m ) th-êng hay viÕt t¾t
lµ P. ( Microprocessor) - §¬n vÞ xö lý trung t©m, nã cã nhiÖm vô thùc hiÖn c¸c
phÐp to¸n sè häc, c¸c phÐp to¸n Logic vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng ho¹t ®éng theo
mét trËt tù chung..
-* Muèn cho CPU ho¹t ®éng ®-îc th× th× ch-¬ng tr×nh ®iÒu hµnh cÇn ®-îc n¹p
vµo ROM. TËp lÖnh cña ch-¬ng tr×nh sÏ h-íng dÉn CPU thùc hiÖn c¸c nhÞªm
vô theo yªu cÇu mµ ng-êi lËp tr×nh ®-a ra, qu¸ tr×nh thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô
trªn ®-îc diÔn ra theo tõng chu kú m¸y ( Machine cycle ).
* Mét chu kú ho¹t ®éng CPU ( chu kú m¸y ) ®-îc diÔn ra theo tr×nh tù sau :
- NhËn d÷ liÖu (data).
- Xö lý d÷ liÖu.
3
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- Cho ra kÕt qu¶.
5/ §Þnh nghÜa vÒ Vi xö lý :
*Lµ mét hÖ thèng m¹ch ®iÖn sè (AND,OR,SUM,ADD,SHIFT
REGISTER......), gåm nhiÒu Modul, ®ßng bé, kÕ tiÕp, nhiÒu chøc n¨ng vµ lËp
tr×nh tõ bªn ngoµi.
*Vi xö lý ®-îc gäi lµ v¹n n¨ng v× c¸c chøc n¨ng cña nã ®-îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c
tËp chØ thÞ, chóng ®-îc thùc hiÖn mét c¸ch lu©n phiªn, kÕ tiÕp, ®ång bé.
* C¸c chØ thÞ cña VSL ®-îc gäi lµ c¸c tõ m· Word code , cã chiÒu dµi ®-îc x¸c
®Þnh, nh- sau:
- 4 bÝt = 1 Nibe (1/2 Byte )
- 8 bÝt = 1 byte
- 16 bit = 1 word ( 2byte)
- 32 bit = 2 word ( 4 byte )
I – 2. HÖ thèng sè vµ c¸c lo¹i m·
1/ HÖ thèng sè.
- Cã nhiÒu lo¹i hÖ thèng sè ®Õm hiÖn ®ang ®-îc sö dông trong c¸c qu¸ tr×nh
tÝnh to¸n vµ xö lý th«ng tin.
* HÖ thËp ph©n ( Decimal system ):
- §©y lµ hÖ thèng sè ®-îc sö dông phæ biÕn nhÊt cña con ng-êi, ë hÖ thèng sè
®Õm nµy mçi th«ng tin (hay cßn gäi lµ mét tõ m· ) ®-îc biÓu diÔn b»ng mét
tËp c¸c ký tù c¸c con sè n»m trong d·y sè tõ 0 ®Õn 9 ( gåm 10 ký tù ). §é lín
cña mçi tõ m· ®-îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c tæng cña c¸c tÝch cña c¸c ký tù nh©n víi
träng sè t-¬ng øng cña chóng ( mçi träng sè phô thuéc vµo tõng vÞ trÝ cña ký
tù ).
VÝ dô : Cho sè X = 12345 (D) Ta hiÓu nh- sau :
X = 1 x 104 + 2 x103 + 3 x102 + 4 x101 + 5 x100 .
= 10.000 + 2.000 + 300 + 40 + 5 = 12345.
* HÖ nhÞ ph©n ( Binary system ) :
- ë hÖ nµy mçi th«ng tin ®-îc biÓu diÔn b»ng mét tËp c¸c ký tù gåm c¸c
con sè 0 vµ c¸c con sè 1. Chóng ®-îc tæ hîp víi nhau ®Ó t¹o thµnh mét tõ m·
th«ng tin. §é lín cña mçi tõ m· th«ng tin ®-îc x¸c ®Þnh b»ng gi¸ trÞ cña tÊt c¶
c¸c tæng cña c¸c tÝch gi÷a bit 0 vµ bit 1 nh©n víi gi¸ trÞ cña träng sè t-¬ng øng
víi chóng.
VÝ dô : Cho X = 11011(2) cu¶ hÖ nhÞ ph©n.
Ta hiÓu tõ m· nµy nh- sau :
4
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
X = 1 x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21+1x20 = 16 + 8 + 0 + 2 +1 = 27 (cña hÖ thËp
ph©n ).
* HÖ thËp lôc ph©n ( Hexa decimal system ).
- ë hÖ thèng sè nµy mçi mét tõ m· lµ mét tËp c¸c ký tù bao gåm c¸c con
sè n»m trong d·y tõ 0 ®Õn F ( t-¬ng øng tõ 0 ®Õn 15 cña hÖ thËp ph©n ). §é lín
cña mçi mét tõ m· ®-îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cña tÊt c¶ c¸c tÝch sè gi÷a c¸c ký
tù trong tõ m· nh©n víi träng sè t-¬ng øng cña nã.
VÝ dô : Cho sè X = 52B (H) = 5 x 162 + 2 x161 + 11 x160
= 1280 + 32 +11 = 1323(D)
* HÖ b¸t ph©n ( Octal system ).
- ë hÖ nµy mçi mét tõ m· lµ mét tËp c¸c ký tù bao gåm c¸c con sè n»m trong
d·y tõ 0 ®Õn 7 ( gåm 8 ký tù ). §é lín cña mçi mét tõ m· ®-îc x¸c ®Þnh b»ng
tæng cña tÊt c¶ c¸c tÝch cña c¸c ký tù nh©n víi träng sè t-¬ng øng cña nã.
VÝ dô: Cho X = 52 (o) = 5 x 81 + 2 x 80 = 40 + 2 = 42 (D).
* Chó ý r»ng khi biÓu diÔn mét tõ m· b»ng mét hÖ thèng sè nµo ®ã th× ta ph¶i
biÓu diÔn chØ sè cho nã. C¸c chØ sè ®ã lµ c¸c ch÷ caisau ®©y:
D : cho hÖ thËp ph©n.
H : cho hÖ thËp lôc ph©n.
B : cho hÖ nhÞ ph©n.
O : cho hÖ b¸t ph©n.
2/ ChuyÓn ®æi gi÷a c¸c hÖ thèng sè.
a/ ChuyÓn tõ hÖ thËp ph©n sang hÖ nhÞ ph©n.
C¸ch lµm :
- Víi phÇn nguyªn ta chia liªn tiÕp sè ë hÖ thËp ph©n cho 2. Sè d- trong mçi
lÇn chia lµ sè nhÞ ph©n t-¬ng øng.
- Víi phÇn thËp ph©n ta nh©n liªn tiÕp víi 2 råi lÊy xÊp xØ.
Eg:
* Lµm cho phÇn nguyªn
Sè 17,625D ta lµm nh- sau :
17 : 2 D- 1
8 : 2 d- 0
4 : 2 d- 0
2 : 2 d- 0
1 : 2 d- 1
(MSB) 1 0 0 0 1 (MSB) – (( Least significan bit )).
(MSB) – (( Most significan bit))
* Lµm cho phÇn thËp ph©n. (LÊy sè ®øng ®»ng tr-íc dÊu phÈy)
5
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
0,625 X 2 = 1,25 ta cã : 1 lµ ((MSB)) cho phÇn thËp ph©n.
0,25 X 2 = 0,5 ta cã : 0
0,5 X 2
* KÕt qu¶ cuèi cïng ta cã :
17,625 D = 10001,101B.
= 1,0 ta cã : 1 lµ ((LSB)) cho phÇn thËp ph©n
b/ §æi tõ hÖ thËp ph©n sang hÖ Hexa.
- B»ng c¸ch lµm t-¬ng tù nh- tù nh- viÖc ®æi tõ hÖ thËp ph©n sang hÖ nhÞ ph©n
nh- sau :
Eg : §æi sè 18D sang hÖ Hexa
18 : 16 - D- 2
1 : 16 - D- 1
1 (MSB)
2 (LSB)
Nh- vËy 18 cña hÖ 10 b»ng 12 cña hÖ 16.
C / §æi tõ hÖ thËp ph©n sang hÖ b¸t ph©n.
- Ta còng lµm t-¬ng tù nh- viÖc ®æi tõ hÖ thËp ph©n sang hÖ nhÞ ph©n vµ
hÖ thËp lôc ph©n.
VÝ dô : cho X = 21(D) . H·y ®æi sang hÖ b¸t ph©n.
21 : 8 - D- 5
2 : 8 - D- 2
2 (MSB)
5 (LSB)
Nh- vËy 21 cña hÖ thËp ph©n b»ng 25 cña hÖ b¸t ph©n
D / §æi tõ hÖ nhÞ ph©n sang hÖ 10 vµ hÖ 16.
- ViÖc chuyÓn ®æi nµy ®¬n gi¶n h¬n ta chØ viÖc tÝnh tæng cña tÊt c¶ c¸c ký tù
theo träng sè t-¬ng øng cña chóng.
Eg1 : §æi sè 11001B sang hÖ thËp ph©n :
= 1.23 + 0.22 + 0.21 + 1.20
= 8 + 0 + 0 + 1 = 910
Eg 2 : §æi 11001B sang hÖ Hexa ta lµm nh- sau :
11001B = 16 +8 + 0 + 0 +1 = 25D
25D = 19H
6
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
E/ B¶ng m· sè chuyÓn ®æi t-¬ng øng gi÷a c¸c hÖ thèng sè.
HÖ D
0
1
2
3
4
5
6
7
HÖ B
HÖ H
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
1A
1B
.......
........
HÖ O
0
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
14
15
16
17
20
21
22
22
23
24
25
26
27
30
31
32
.......
......
00000
00001
00010
00011
00100
00101
00110
00111
11000
01001
01010
01011
01100
01101
01110
01111
10000
10001
10010
10011
10100
10101
10110
10111
11000
11001
11010
11011
.......
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
.......
.......
........
F/ B¶ng m· ASCII.
-B¶ng m· ASCII ( American Standard Code for Information Interchange).:Ta
hiÓu ®©y lµ bé m· cña ng-êi Mü dïng cho viÖc trao ®æi th«ng tin, m· nµy ®-îc
øng dông ®Ó lËp tr×nh cho bµn phÝm, thÓ hiÖn nh- nh- b¶ng d-íi ®©y.
7
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
Hexa
Decim 0
al
1
2
3
4
5
6
7
<NUL> <DLE> <SP
>
0
48
@ P
\
96
p
112
0
0
16
64
80
32
<SOH> <DCI>
!
33
1
49
A
65
Q
81
a
97
q
113
1
1
17
<STX> <DC2> //
2
50
B
66
R
82
b
98
r
114
2
2
18
34
<EXT> <DC3> #
3
51
C
67
S
83
c
99
s
115
3
3
19
35
<EOT> <DC4> $
20
<ENQ> <NAK> %
4
52
D
68
T
84
d
100
t
4
116
4
36
5
53
E
69
U
85
e
101
u
117
5
5
21
37
<ACK> <SYN> &
6
54
F
70
V
86
f
102
v
118
6
6
22
38
<BEL> <ETB> /
7
55
G
71
W g
w
119
7
7
23
39
87
103
<BS>
8
<CAN> (
8
56
H
72
X
88
h
104
x
120
8
24
40
<HT>
9
<EM>
25
)
41
9
57
I
73
Y
89
i
105
y
121
9
<LF>
10
<SUB> *
:
58
J
74
Z
90
j
106
z
122
A
B
C
D
E
F
26
42
<VT>
11
<ESC>
+
;
59
K
75
[
91
k
107
{
123
27
43
<FF>
12
<FS>
,
<
60
L
76
\
92
l
108
28
44
124
<CR>
13
<GS>
_
=
61
M ]
77
m
109
}
125
29
45
93
<SO>
14
<RSI>
.
>
62
N
78
^
94
n
110
~
126
30
46
<SI>
15
<US>
/
?
63
O
79
-
95
o
111
<DEL>
127
31
47
- Nh- vËy víi 8 ký tù m· ASCII sÏ m· ho¸ ®-îc 128 tr¹ng th¸i kh¸c nhau ®-îc
dïng cho viÖc lËp ch-¬ng tr×nh.
- hai cét ®Çu cña « m· ®-îc dïng cho c¸c ký tù ®iÒu khiÓn.
- Cét 2 dµnh riªng cho c¸c ký tù ng¨n c¸ch.
8
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
C¸c ký tù cña ch÷ c¸i, ch÷ sè ®-îc dïng ë c¸c cét cßn l¹i .
- Vý dô :
DÊu $ cã m· sè lµ : 24 (H) = 0010.0100
Ch÷ A cã m· sè lµ : 41(H) = 0100.0001
Ch÷ a th-êng cã m· sè lµ : 61(H) = 0110.0001
Ch÷ B cã m· sè lµ : 62 (H) = 0110.0010
Ch÷ O ë « 79 cã m· sè lµ : 4F(H) = 0100.1111
Ch÷ Z ë « 90 cã m· sè lµ 5A(H) = 0101.0001.1010.
G/ Sè cã dÊu - sè bï 1- sè bï hai.
* Sè cã dÊu.
- M¸y tÝnh kh«ng ph©n biÖt ®-îc ®©u lµ sè ©m, sè d-¬ng, bëi vËy ng-êi ta ph¶i
cã mét quy ®Þnh riªng cho cho c¸c phÐp to¸n cã liªn quan ®Õn sè cã dÊu .
- HiÖn nay ng-êi ta qui ®Þnh dïng bit MSB trong mét chØ thÞ lµm bÝt dÊu nh-
sau:
VÝ dô : MPU sö dông thanh ghi 8 bit th× ng-êi ta sö dông bit A7 lµm bit dÊu :
Sign bit
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
- BÝt dÊu nhËn gi¸ trÞ 1 khi kÕt qu¶ cña phÐp to¸n lµ mét sè ©m
- BÝt dÊu nhËn gi¸ trÞ 0 khi kÕt qu¶ phÐp to¸n lµ mét sè d-¬ng
VÝ dô nh- sau :
Sign bit
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
(BiÓu diÔn mét sè ©m)
Sign bit
0
1
0
(BiÓu diÔn mét sè d-¬ng)
* Sè bï mét:
- Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n c¸c sè nhÞ ph©n ( céng ,trõ ,nh©n ,chia) ,ta gÆp ph¶i
phÐp to¸n víi sè cã dÊu. §ã lµ tr-êng hîp cÇn céng mét sè ©m víi sè d-¬ng .
- Vý du1 : 5 + (-3).
- HoÆc :
5 -7 ........
- GÆp nh÷ng tr-êng hîp nµy ta ph¶i tiÕn hµnh ®æi sè ©m thµnh sè bï hai råi
céng sè bÞ céng víi sè bï hai . HoÆc ®æi sè trõ thµnh sè bï hai råi lÊy sè bÞ trõ
céng víi sè bï hai.
9
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- Gi¶ sö cho sè nhÞ ph©n B = 11001.
- NÕu gäi B’ lµ sè bï mét cña B th× lóc nµy B’ = ®¶o cña B nh- sau:
B’ = 00110.
* Sè bï hai :
- Nðu gäi B’’ lµ sè bï hai cña B th× lóc nµy B’’ sÏ b»ng gi¸ trÞ cña B’ céng thªm
bit 1 vµo LSB cña B’.
- LÊy kÕt qu¶ ë vÝ dô trªn ta cã: B’’ = B’ + 1 (vµo LSB), cô thÓ nh- sau :
B’ = 00110
+ 1
B’’ = 00111.
- vËy : 00111 lµ sè bï hai cña 11001.
* Mét sè vÝ dô :
- H·y céng
5 víi (-7).
- 7D = 0111, bï mét cña nã lµ : 1000.
- Bï hai cña nã lµ : 1001 .
- Thùc hiÖn phÐp to¸n :
0101
1001
1110.
+
- §Õn ®©y ta t×m ®-îc gi¸ trÞ cña bit dÊu lµ 1 . VËy sè cã dÊu lµ sè ©m.
- T×m kÕt qu¶ nh- sau :
- lÊy l¹i bï mét vµ bï hai ta t×m l¹i kÕt qu¶ nh- sau :
- Bï mét cña kÕt qu¶ lµ : 0001
- Bï hai cña kÕt qu¶ lµ : 0010.
- VËy ta hiÓu ®©y lµ sè ©m gi¸ trÞ cña nã b»ng 2 hÖ thËp ph©n.
VÝ dô 2 : H·y t×m kÕt qu¶ sau : X = 7(D) - 12(D)
§æi 7 vµ 12 cña hÖ thËp ph©n ra hÖ nhÞ ph©n :
* 7 = 0111.
* 12 = 0000.1100. = B
- §æi B ra sè bï mét :
B’ = 1111.0011
- §æi B’ ra sè bï hai :
B’’ = B’ + 1 (vµo LSB).
B’’ = 1111.0011
+
1
10
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
B’’ = 1111.0100. LÊy B’’ céng víi sè bÞ céng (7 thËp ph©n).
X = B” + 0111(B).
X = 0000.0111
+
1111.0100
1111.1011. xÐt kÕt qu¶ nµy ta biÕt ®©y lµ sè ©m (bÝt dÊu =1).
- KÕt qu¶ ®ang ë gi¸ trÞ bï hai bëi vËy ta ph¶i ®æi vÒ d¹ng ban ®Çu.
X = 1111.1011.
LÊy bï 1 cña X ta ®-îc X’ : = 0000.0100.
- Céng thªm 1 vµo LSB cña sè bï 1 cña X :
- X’’ = 0000.0100.
+
1
- X cã dÊu lµ : 0000.0101(B) VËy kÕt qu¶ cuèi cïng lµ ©m 5.
* VkÝ dô 3 :
- Cho phÐp trõ ë d¹ng thËp ph©n nh- sau :
- X = 12 - 25 = ?
- §æi ra d¹ng nhÞ ph©n :
- Sè 12 = 0000.1100
- Sè 25 = 0001.1001 ®Æt = K
- LÊy bï 1 cña 25 :
- Ta ®-îc : K’ = 1110.0110
- T×m K’’:
- K’’ = 1110.0110
+
1
K’’ = 1110.0111.
- LÊy K’’ céng víi sè bÞ trõ lµ 12 nh- sau :
X = 0000.1100
+ 1110.0111
X = 1111.0011. NhËn thÊy kÕt qu¶ lµ mét sè ©m v× MSB =1.
X lµ kÕt qu¶ ë d¹ng bï hai b©y giê ta ®æi l¹i b»ng c¸ch lÊ bï mét råi
bï hai cña X.
X’ = 0000.1100.
X’’ = X’ + 1 (vµo LSB).
X’’ = 0000.1100.
11
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
+
1
X = 0000.1101. B»ng d-¬ng 13 thËp ph©n , vËy ®©y lµ kÕt qu¶
®óng
H/ PhÐp céng theo m· BCD.
* M· BCD gän :
- ë phÇn trªn ta ®· ®Ò cËp ®Õn c¸c phÐp to¸n theo m· nhÞ ph©n th«ng th-êng gäi
lµ m· BCD kh«ng gän. Nh-ng bµi to¸n sÏ phøc t¹p . §Ó ®¬n gi¶n ng-êi ta
th-êng sö dông m· BCD ë d¹ng rót gän, gäi lµ m· BCD gän.
- M· BCD gän lµ m· BCD ®· ®-îc chuÈn ho¸ theo tõ m· 8 bit vµ ®-îc ph©n
chia thµnh c¸c bit cao vµ c¸c bit thÊp nh- sau :
- VÝ dô : cho sè 12 (D).
- NÕu biÓu diÔn b»ng m· BCD kh«ng gän lµ : 0000.1100
- NÕu biÓu diÔn ë d¹ng gän lµ: 0001.0010 = 12(H)
* cho sè 27(D) ;
- NÕu biÓu diÔn ë d¹ng kh«ng gän lµ : 0001.1011
- NÕu biÓu diÔn ë d¹ng gän lµ : 0010.0111 = 27(H)
* Cho sè 15 (D)
- NÕu biÓu diÔn ë d¹ng kh«ng gän lµ : 0001.0001.
- NÕu biÓu diÔn ë d¹ng gän lµ : 0001.0101.
* Cho sè 1F (H)
- NÕu ta biÓu diÔn ë d¹ng kh«ng gän lµ : 0001.1111 = 31 (D)
- NÕu ta biÓu diÔn ë d¹ng gän lµ : 0011. 0001.
12
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
I- 3. HÖ thèng c¸c m¹ch sè vµ mét sè IC th-êng dïng.
1/ Tãm t¾t c¸c cæng Logic c¬ b¶n.
- C¸c cæng logic c¬ b¶n mµ ta ®· häc ë m«n häc kü thuËt xung sè ®-îc tãm t¾t
nh- b¶ng sau ®©y:
A
Y
1
X
0
1
X
A
B
A
0
1
X
A B
Y
1
1
X
0
0
0 0
0 1
1 0
0
A
Y
0 1
1 0
Y
A
B
1
1
A
B
A B
Y
X
A
X
X
A B
Y
X
0 0
0 1
1 0
1 0
0 0 0
B
A
1
1
0
1
1
0
0 1
0 1
0 1
A
B
Y
1 0
Y
0
1
1
1
0 1
1
B
2/ Mét sè IC th«ng dông hay ®-îc dïng trong m«n häc KTVSL.
* C¸c chèt vµ ghi dÞch .
VÝdô : IC chèt 7475 gåm bèn chèt c¬ b¶n lo¹i D chøa bªn trong. Nã ho¹t ®éng
theo b¶ng tr¹ng th¸i sau:
D
G
Q
Qo
Q3
Do
7
4
7
5
0
1
X
1
1
0
0
1
Qo
D3
G
- Qua tr¹ng th¸i ta thÊy chØ khi nµo cùc G ë møc cao th× d÷ liÖu míi ®-îc
truyÒn .Cßn khi cùc G xuèng thÊp th× bÊt chÊp d÷ liÖu ë ®Çu vµo lµ cao hay thÊp
®-êng truyÒn còng bÞ c¾t ®øt. §Çu ra gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i tr-íc ®ã.
- C¸c IC chèt t-¬ng ®-¬ng víi 7475 lµ : 7477,774375....
- C¸c IC chèt gåm 8 chèt bªn trong lµ : 74363, 74373......
13
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
Vidô : vÒ chèt 8 bit, IC chèt 8282 nã cã cÊu tróc vµ b¶ng tr¹ng th¸i nh- sau :
Do
Qo
ST OE D
§Çu ra
8
2
8
2
D7
1 0
1 0
X 1
0
1
X
0
1
Qo
IN
CTL
STB
Q7
CTL
OE
I - 4. Transistor ba tr¹ng th¸i ( Three state)
1/ S¬ ®å cÊu tróc :
- Transistor ba tr¹ng th¸i ®-îc dïng nh- nh÷ng bé ®Öm nªn ®«i khi ng-êi ta
cßn gäi chóng lµ bé ®Öm ba tr¹ng th¸i nã ho¹t ®éng cã ba tr¹ng th¸i ph©n biÖt
lµ : TruyÒn møc mét, truyÒn møc kh«ng vµ tr¹ng th¸i hë m¹ch hay tr¹ng th¸i
trë kh¸ng cao (High impedence).
- Nã cã ký hiÖu nh- sau:
IN
OUT
G
2/ Mét sè ®Öm ba tr¹ng th¸i th-êng gÆp nh- 74LS
230,..241,..1241,...240,..244,..367.
VÝ dô: mét ®Öm ba tr¹ng th¸i th-êng gÆp lµ ®Öm ba tr¹ng th¸i 74LS367 cã s¬
®å cÊu tróc rót gän nh- sau:
14
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
Ao
Qo
Q7
G
A
B
7
4
L
S
3
6
7
1
1
0
0
1
X
0
1
A7
G
Kh«ng truyÒn
3/ §Öm ba tr¹ng th¸i hai chiÒu :
- §Öm ba tr¹ng th¸i hai chiÒu so víi ®Öm ba tr¹ng th¸i mét chiÒu th× nã th«ng
dông h¬n vµ nã cÇn cã thªm mét cùc ®iÒu khiÓn h-íng truyÒn .
- Mét sè ®Öm ba tr¹ng th¸i th«ng dông nh- : 74LS242,..1243,..243,..245...
VÝ dô mét ®Öm ba tr¹ng th¸i th-êng gÆp lµ 74LS 245 cã s¬ ®å cÊu tróc rót gän
nh- sau:
Ao
Qo
H-íng truyÒn
G
DIR
A
B
B
A
L H
L L
H (H,L)
74LS
245
A7
A off B
G
Q7
DIR
4/ IC gi¶i m· .
- IC gi¶i m· ®-îc øng dông rÊt réng r·i. Nã th-êng ®-îc dïng vµo viÖc gi¶i m·
tõ 2 ®-êng ë ®Çu vµo sang 4 ®-êng ë ®Çu ra. HoÆc 3 ®-êng ë ®Çu vµo sang 8
®-êng ë ®Çu ra.....; ë ®Çu ra ta sÏ lùa chän 1 trong sè c¸c ®Çu ra, nã th-êng cã
tªn lµ bé DEMUX. C¸c IC th«ng dông cã tªn nh- sau:
4LS137,...131,..138;...154;...155;...156...
15
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- VÝ dô : S¬ ®å cÊu tróc rót gän cña IC 74LS138 ®-îc tr×nh bÇy nh- h×nh vÏ
sau:
Q0
A
B
74LS138
C
GA1
GA1
GA2
GA2
GA2A
Q7
GA2B
- Nh- vËy 74138 cã 3 ch©n vµo ®Þa chØ vµ ba ch©n ®iÒu khiÓn lµ Ga1 tÝch cùc
ë møc cao, Ga2a vµ Ga2b tÝch cùc ë møc thÊp. §Çu ra gåm 8 ch©n th-êng ®¸nh
sè tõ Q0 ®Õn Q 7 , c¸c ch©n nµy tÝch cùc ë møc thÊp.
16
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
I - 4. HÖ thèng Bus
1/ CÊu tróc liªn kÕt :
- Ta ®· biÕt mét hÖ thèng m¸y tÝnh bao giê còng bao gåm nh÷ng bé ph©n c¬
b¶n nh- sau :
C¸c tõ m·
D÷ liÖu
Read
Write
READ
Data Out
To H/thèng
WRITE
Data out
Data Out
To N/vi
I/O
MEM
Address
Data In
Data in tõ
H/thèng
Data In tõ
I/O
C¸c ng¾t
C¸c chØ thÞ
Da ta
CPU
C¸c ng¾t
C¸c T/H CTL
Nh- vËy mét hÖ thèng m¸y tÝnh hoÆc mét Kit Vi xö lý bao giê còng bao gåm :
- Trung t©m ®iÒu khiÓn lµ MPU hÆc MCU.
- HÖ thèng nhí.
- HÖ thèng vµo ra.
- Ba bé phËn trªn khi ho¹t ®éng ph¶i trao ®æi th«ng tin víi nhau. Bëi vËy chóng
ph¶i ®-îc liªn kÕt víi nhau thµnh mét hÖ thèng khÐp kÝn gäi lµ hÖ thèng Bus.
Mµ ta ®· biÕt Bus lµ mét hÖ thèng c¸c ®-êng d©y nèi liÒn c¸c ®iÓm ph¸t tíi c¸c
®iÓm thu trong mét hÖ thèng m¸y tÝnh. Nh- vËy nã cho phÐp thùc hiÖn c¸c trao
®æi sau ®©y:
- CPU
- MEM
- CPU
MEM : CPU ghi Data vµo bé nhí
CPU : CPU ®äc Data tõ bé nhí
I/O : CPLU ghi d÷ liÖu vµo I/O
17
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
- I/O
- I/O
CPU : CPU ®äc d÷ liÖu tõ I/O.
MEM : ChÕ ®é vµo ra trùc tiÕp (MDA)
2/ Liªn kÕt Bus .
- Nh- vËy Bus lÇ mét thiÕt bÞ truyÒn dÉn chung, nã ®-îc dïng ®Ó liªn kÕt c¸c
thµnh phÇn cña hÖ thèng l¹i víi nhau cho phÐp chóng trao ®æi th«ng tin víi
nhau, chóng cã mét sè ®Æc ®iÓm nh- sau :
- Khi mét thµnh phÇn ph¸t th× cã thÓ cã nhiÒu thµnh phÇn thu.
- T¹i mét thêi ®iÓm chØ cã mét thµnh phÇn ph¸t, nÕu cã nhiÒu h¬n mét thµnh
phÇn ph¸t th× cã thÓ sÏ g©y ra xung ®ét Bus.
- NÕu viÖc truyÒn dÉn Data ®-îc thùc hiÖn theo kiÓu nèi tiÕp th× sÏ tiÕt kiÖm
®-îc ®-êng truyÒn nh-ng tèc ®é xö lý sÏ chËm. Muèn t¨ng ®-îc tèc ®é xö lý
th× ta ph¶i t¨ng tèc ®é truyÒn dÉn, tøc lµ ta ph¶i t¨ng tèc ®é xung ®ång hå.
- NÕu viÖc truyÒn dÉn ®-îc thùc hiÖn theo kiÓu song song th× tèn ®-êng truyÒn
nh-ng bï l¹i ta sÏ t¨ng ®-îc tèc ®é th«ng tin.
- Ng-êi ta th-êng sö dông c¸c ®Öm ba tr¹ng th¸i ®Ó c« lËp c¸c bé phËn kh«ng
liªn quan trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn.
3/ CÊu tróc Bus.
- C¸c Bus ®-îc ph©n thµnh ba nhãm chÝnh nh- sau:
- Bus ®Þa chØ ( Adress bus)
- Bus d÷ liÖu (Data Bus ).
- Bus ®iÒu khiÓn (Control Bus).
- Address bus ®-îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh nguån vµ ®Ých cña d÷ liÖu. Sè l-îng
®-êng d©y bus ®Þa chØ cho biÕt dung l-îng cña bé nhí.
- Data bus ®-îc dïng ®Ó trao ®æi d÷ liÖu gi÷a c¸c thiÕt bÞ. Sè d-êng d©y truyÒn
d·n bus cho biÕt ®é réng cña bus. Nã th-êng ®-îc x¸c ®Þnh b»ng sè l-îng bit
truyÒn dÉn, hay cßn gäi lµ ®é dµi tõ m· d÷ liÖu. Th«ng th-êng nã lµ 8, 16 32
hay 64 bit.
- Control bus lµ c¸c ®-êng d©y dïng ®Ó truyÒn ®i c¸c tÝn hiÖu ®Þnh thêi c¸c lÖnh
dïng ®Ó x¸c ®Þnh sù hîp lÖ cña ®i¹ chØ vµ d÷ liÖu, truyÒn ®i c¸c tÝn hiÖu ®iÒu
khiÓn ®Ó x¸c ®Þnh c¸c thao t¸c. VÒ c¬ b¶n nã bao gåm c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn
sau ®©y:
1. Memory read
2. Memory wite
3. I/O Read
4.I/O write
5. Interrup request
6. Interrup Acknowledge ( chÊp nhËn nmg¾t)
7. Bus request
8. Bus Acknowledge
18
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
9. Clock pulse
10. Reset. ( phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu).
I - 5. ThiÕt kÕ c¸c cæng vµo ra.
1/ Nguyªn t¾c chung.
- §Ó thiÕt kÕ ®-îc cæng vµo ra ta cÇn n¾m v÷ng mét sè nguyªn t¾c sau ®©y:
d÷ liÖu ®-îc truyÒn tõ ®©u tíi ®©u ( h-íng truyÒn); d÷ liÖu ®-îc truúªn
song song hay nèi tiÕp (ph-¬ng thøc truyÒn); d÷ liÖu cÇn truyÒn lµ c¸i g×, ®-êng
truyÒn cã cÇn ®Öm ba tr¹ng th¸i hay kh«ng.
- §Ó tr¶ lêi ch« c¸c c©u hái trªn ng-êi Mü th-êng dïng gi¶n ®å thêi gian vµ c¸c
c©u hái sau ®©y:
Tr¹ng th¸i tÝch cùc
Where bus
When
What
2/ ThiÕt kÕ c¸c cæng vµo.
- Cæng vµo ®-îc h×nh thµnh tõ thiÕt bÞ ngoo¹i vi (Peripheral) qua chèt råi vµo
Data bus, thÓ hiÖn nh- h×nh vÏ d-íi ®©y:
Periphera
Data IN
STB: Strobe - cho qua
STB
Lat
ch
OE
Data OUT
D A T A B U S
19
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
Chó ý r»ng : Khi CPU lµm viÖc ë Mode nµy lµ CPU ®· ®ang thùc hiÖn ®äc
cæng.
- Vý dô1: H·y thiÕt kÕ mét cængvµo theo c¸c d÷ kiÖn sau ®©y :
- §Þa chØ cæng lµ: 04(H).
- C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho nh- b¶ng d-íi ®©y:
IO/M
RD
WR
Tr¹ng th¸i
0
0
0
1
1
X
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
CÊm
§äc MEM
Ghi MEM
§äc IO
Ghi IO
Kh«ng H§
-Ta vÏ m¹ch nh- h×nh vÏ sau:
+5
Data IN
STB
OE
Latch
Data OUT
Address Bus
A7
A4 A0
Data Bus
IO/M
RD
20
B« m«n ®iÖn tö - khoa ®iÖn - ®iÖn tö
Tải về để xem bản đầy đủ
28 trang
20980
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống vi xử lý. Thiết kế hệ thống I/O", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_vi_xu_ly_chuong_1_gioi_thieu_chung_ve_he.doc
