Giáo trình vi xử lý

249 1 0
Giáo trình vi xử lý

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

!"" Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM CHƯƠNG GI I THI U CHUNG V B I S PHÁT TRI N C A CÁC B VI X VI X LÝ LÝ: Th! h" (1971 $ 1973): ð • • • • c m chung c a vi x lý th h này: Bus d li u: bit Bus ñ"a ch#: 12 bit Cơng ngh ch t(o: PMOS T/c đ0 th1c hi n l nh: 10 – 60 5s/l nh v7i fCLOCK = 0,1 – 0,8 MHz M0t s/ b0 vi x lý ñ c trưng cho th h này: 4040 (Intel), PPSD4 (Rockwell International), … Th! h" (1974 $ 1977): ð • • • • c m chung c a vi x lý th h này: Bus d li u: bit Bus đ"a ch#: 16 bit Cơng ngh ch t(o: NMOS ho c CMOS T/c ñ0 th1c hi n l nh: – 5s/l nh v7i fCLOCK = – MHz M0t s/ b0 vi x lý ñ c trưng cho th h này: 6502 (Mos Technology), 6800/6809 (Motorola), 8080/8085 (Intel), Z80 (Zilog), … Th! h" (1978 $ 1982): ð • • • • c ñi m chung c a vi x lý th h này: Bus d li u: 16 bit Bus đ"a ch#: 20 D 24 bit Cơng ngh ch t(o: HMOS T/c ñ0 th1c hi n l nh: 0,1 – 5s/l nh v7i fCLOCK = – 10 MHz M0t s/ b0 vi x lý ñ c trưng cho th h này: 68000 / 68010 (Motorola), 8086 / 80186 / 80286 (Intel), … Th! h" (1983 $ nay): ð • • • • c m chung c a vi x lý th h này: Bus d li u: 32 D 64 bit Bus ñ"a ch#: 32 bit Cơng ngh ch t(o: HCMOS T/c đ0 th1c hi n l nh: 0,01 – 0,1 5s v7i fCLOCK = 20 – 100 MHz M0t s/ b0 vi x lý ñ c trưng cho th h này: 68020 / 68030 / 68040 / 68060 (Motorola), 80386 / 80486 / Pentium (Intel), … II SƠ ð) KH+I C A M T H VI X LÝ: ð"nh nghĩa h vi x lý: • KhN đưPc lQp trình đ thao tác d li u mà không cVn s1 can thi p c a ngưWi Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Cơng nghi p Tp.HCM • KhN lưu tr phXc hYi d li u TZng quát, h vi x lý gYm: • PhVn c\ng (Hardware): thi t b" ngo(i vi → ñ giao ti p v7i ngưWi • PhVn m]m (Software): chương trình → ñ x lý d li u CPU (Central Processing Unit): ñơn v" x lý trung tâm RAM (Random Access Memory): b0 nh7 truy xuct ngdu nhiên ROM (Read Only Memory): b0 nh7 ch# ñec Interface Circuitry: m(ch ñi n giao ti p Peripheral Devices (Input): thi t b" ngo(i vi (thi"t b$ nh%p) Peripheral Devices (Output): thi t b" ngo(i vi (thi"t b$ xu't) Address bus: bus ñ"a ch# Data bus: bus d li u Control bus: bus ñi]u n III ðƠN V- X LÝ TRUNG TÂM: CPU đóng vai trị ch đ(o h vi x lý, quNn lý tct cN ho(t đ0ng c a h th1c hi n tct cN thao tác d li u CPU m0t vi m(ch n t có đ0 tích hPp cao Khi ho(t ñ0ng, CPU ñ,c mã l nh ñưPc ghi dư7i d(ng bit bit tj b0 nh7, sau ñó sk th1c hi n gi/i mã l nh thành dãy xung ñi]u n tương \ng v7i thao tác l nh ñ ñi]u n kh/i khác th0c hi n tjng bư7c thao tác tj t(o xung đi]u n cho tồn h ! Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM IR (Instruction Register): ghi l nh PC (Program Counter / Instruction Pointer): b0 đ m chương trình / trm l nh Instruction decode and control unit: ñơn v" giNi mã l nh ñi]u n ALU (Arithmetic and Logic Unit): ñơn v" s/ hec logic Registers: ghi Tóm l(i, ho(t đ0ng CPU sk th1c hi n liên tXc thao tác: tìm n=p l nh gi/i mã – th0c hi n l nh • Thao tác tìm n=p l nh: N0i dung c a ghi PC ñưPc CPU ñưa lên bus ñ"a ch# (1) Tín hi u đi]u n đec (Read) chuy n sang tr(ng thái tích c1c (2) Mã l nh (Opcode) tj b0 nh7 ñưPc ñưa lên bus d li u (3) Mã l nh ñưPc chuy n vào ghi IR CPU (4) N0i dung c a ghi PC tăng lên m0t ñơn v" ñ chunn b" tìm n(p l nh k ti p tj b0 nh7 • Thao tác gi/i mã – th0c hi n l nh: Mã l nh tj ghi IR ñưPc ñưa vào ñơn v" giNi mã l nh ñi]u n ðơn v" giNi mã l nh ñi]u n sk th1c hi n giNi mã opcode t(o tín hi u đ đi]u n vi c xuct nhQp d li u gi a ALU ghi (Registers) Căn c\ tín hi u ñi]u n này, ALU th1c hi n thao tác ñã ñưPc xác ñ"nh M0t chuoi l nh (Opcode) k t hPp l(i v7i ñ th1c hi n m0t cơng vi c có ý nghĩa ñưPc gei chương trình (Program) hay phVn m]m (Software) IV B NH BÁN D=N: B0 nh7 bán ddn m0t b0 phQn khác rct quan treng c a h vi x lý, chương trình d li u ñ]u ñưPc lưu gi b0 nh7 B0 nh7 bán ddn h vi x lý gYm: • ROM: b0 nh7 chương trình → lưu gi chương trình đi]u n ho(t đ0ng c a tồn h th/ng • RAM: b0 nh7 d li u → lưu gi d li u, m0t phVn chương trình đi]u n h th/ng, \ng dXng k t quN tính tốn " Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM Sơ lưPc v] ccu trúc phân lo(i ROM – RAM: • ROM (Read Only Memory): b0 nh7 ch# đec, thơng tin ROM sk khơng b" mct cN nguYn n cung ccp cho ROM khơng cịn Ccu trúc ROM: Phân lo(i m0t s/ lo(i ROM: MROM (Mask ROM): ROM m t n( PROM (Programmable ROM): ROM lQp trình đưPc EPROM (Eraseable PROM): ROM lQp trình xóa đưPc UVDEPROM (Ultra Violet EPROM): ROM xóa bsng tia c1c tím EEPROM (Electric EPROM): ROM lQp trình xóa bsng tín hi u n Flash ROM: ROM lQp trình xóa bsng tín hi u n • RAM (Random Access Memory): b0 nh7 truy xuct ngdu nhiên (b* nh+ ghi đ-c), thơng tin RAM sk b" mct ñi nguYn ñi n cung ccp cho RAM khơng cịn Ccu trúc RAM: Phân lo(i m0t s/ lo(i RAM: DRAM (Dynamic RAM): RAM ñ0ng SRAM (Static RAM): RAM tĩnh Cách xác ñ"nh dung lưPng b0 nh7 bán ddn bit s dXng cho chip vi ñi]u n 8051 sau: • D1a vào s/ lưPng chân đ"a ch#: Dung lư?ng = 2N , v7i N s/ ñưWng ñ"a ch# c a b0 nh7 Ví d0: B0 nh7 bán ddn bit có 10 đưWng đ"a ch# Cho bi t dung lưPng c a b0 nh7 bao nhiêu? N = 10 → Dung lưPng = 210 = 1024 = KB # Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Cơng nghi p Tp.HCM • D1a vào mã s/ c a b0 nh7: Mã s/: XX YYYY XX: lo(i b0 nh7 27: UVDEPROM 28: EEPROM 61,62: SRAM 40,41: DRAM YYYY: dung lưPng b0 nh7 Dung lư?ng = YYYY (Kbit) ho c Dung lư?ng = YYYY / (KB) Ví d0: B0 nh7 có mã s/ 27256, dung lưPng c a b0 nh7 ? 27 → B0 nh7 UVFEPROM 256 → Dung lưPng = 256 (Kbit) = 32 (KB) V CÁC THIKT B- NGOLI VI (CÁC THIKT B- XUMT NHNP): M(ch ñi n giao ti p (Interface Circuitry) thi t b" xuct nhQp hay thi t b" ngo(i vi (Peripheral Devices) t(o khN giao ti p gi a h vi x lý v7i th gi7i bên B0 phQn giao ti p gi a bus h th/ng c a h vi x lý v7i th gi7i bên ngồi thưWng đưPc gei cZng (Port) Như vQy tùy theo tjng lo(i thi t b" giao ti p mà ta có cZng nhQp (Input) đ lcy thơng tin tj ngồi vào h cZng xuct (Output) đ đưa thơng tin tj h ngồi TZng qt, ta có lo(i thi t b" xuct nhQp sau: • Thi t b" lưu tr l7n: băng tj, đĩa tj, đĩa quang, … • Thi t b" giao ti p v7i ngưWi: hình, bàn phím, máy in, … • Thi t b" ñi]u n / ki m tra: b0 kích thích, b0 cNm bi n, … VI H TH+NG BUS: Bus tQp hPp đưWng dây mang thơng tin có ch\c Vi c truy xuct thơng tin t7i m0t m(ch n xung quanh CPU s dXng lo(i bus: bus đ"a ch#, bus d li u bus ñi]u n CPU s dXng h th/ng bus ñ th1c hi n thao tác đec (READ) ghi (WRITE) thơng tin gi a CPU v7i b0 nh7 ho c thi t b" ngo(i vi • Bus đ"a ch# (Address bus): ð chuy n tNi thơng tin c a bit đ"a ch# Là lo(i bus chi]u (CPU → MEM hay I/O) ð xác ñ"nh b0 nh7 ho c thi t b" ngo(i vi mà CPU cVn trao đZi thơng tin ð xác ñ"nh dung lưPng b0 nh7 ho c ngo(i vi mà CPU có khN truy xuct • Bus d li u (Data bus): ð chuy n tNi thông tin c a bit d li u Là lo(i bus chi]u (CPU ↔ MEM hay I/O) ð xác ñ"nh s/ bit d li u mà CPU có khN x lý m0t lúc • Bus đi]u n (Control bus): ð chuy n tNi thông tin c a bit ñi]u n (moi ñưWng dây m0t tín hi u đi]u n khác nhau) Là lo(i bus chi]u (CPU → MEM5I/O ho6c MEM5I/O → CPU) ð ñi]u n kh/i khác h nhQn tín hi u đi]u n tj kh/i đ ph/i hPp ho(t đ0ng $ Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý VII VI X Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM LÝ – VI ðI U KHI N: ð phân bi t b0 vi x lý b0 vi ñi]u n ta có th d1a y u t/ sau: Y!u tP phân loSi Ccu trúc phVn c\ng (Hardware architecture) Các \ngdXng (Applications) Các ñ c trưng c a tQp l nh (Instruction set feature) CPU ROM RAM M(ch giao ti p n/i ti p M(ch giao ti p song song M(ch ñi]u n ngyt Các m(ch đi]u n khác zng dXng l7n, tính tốn ph\c t(p zng dXng nhm, tính tốn đơn giNn Các ki u ñ"nh ñ"a ch# ð0 dài tj d li u x lý Vi xU lý (Microprocessor) X Vi ñiXu khiZn (Microcontroller) X X X X X X X X X Nhi]u Ít Byte, Word, Double word, … Bit, Byte VIII MINH H[A KIKN TRÚC C A M T H VI ðI U KHI N: WDT (Watch5Dog Timer): B0 ñ"nh thWi WatchDDog OSC., OSC/N (Oscillator): B0 dao ñ0ng (N: h s/ chia tVn) Timer: B0 ñ"nh thWi A/D (Analog/Digital): B0 bi n đZi tín hi u tương t1/s/ SFR Registers (Special Function Register): Các ghi ch\c ñ c bi t RAM Memory: B0 nh7 d li u % Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM Program Memory: B0 nh7 chương trình EEPROM: B0 nh7 EEPROM I/O Ports: Các port xuct/nhQp Instruction Decoder: B0 giNi mã l nh ALU: ðơn v" logic s/ hec Accumulator: Thanh ghi tích lũy Control Logic: ði]u n logic Program Counter: B0 đ m chương trình Instructions/Addresses: Các l nh / ñ"a ch# IX L A CH[N B VI ðI U KHI N KHI THIKT KK: Có b/n he vi đi]u n thông dXng th" trưWng hi n là: 68xxx c a Motorola, 80xxx c a Intel, Z8xx c a Zilog PIC16xxx c a Microchip Technology Moi lo(i vi đi]u n đ]u có m0t tQp l nh ghi riêng nên chúng không tương thích ldn VQy ta ti n hành thi t k m0t h th/ng s dXng vi ñi]u n ta cVn d1a nh ng tiêu chunn nào? Có ba tiêu chnn chính: • Tiêu chu@n thA nhBt là: ðáp \ng u cVu tính tốn m0t cách hi u quN kinh t Do vQy, trư7c tiên ta cVn phNi xem xét b0 vi ñi]u n bit, 16 bit hay 32 bit thích hPp nhct M0t s/ tham s/ k€ thuQt cVn ñưPc cân nhyc chen l1a là: TDc ñ : t/c ñ0 l7n nhct mà vi ñi]u n ho trP KiFu IC: ki u 40 chân DIP, QFP ki u đóng vm khác (DIP: v8 d9ng hai hàng chân, QFP: v8 vuông d?t) Ki u đóng vm rct quan treng có u cVu v] không gian, ki u lyp ráp t(o mdu th cho sNn phnm cu/i Công suBt tiêu thG: m0t tiêu chunn cVn ñ c bi t lưu ý n u sNn phnm dùng pin ho c ñi n áp lư7i Dung lưPng b0 nh7 ROM RAM tích hPp s‚n chip S/ chân vào/ra b0 ñ"nh thWi chip KhN dƒ dàng nâng cao hi u suct ho c giãm công suct tiêu thX Giá thành m0t ñơn v" mua s/ lưPng l7n Vì vcn đ] có Nnh hư…ng đ n giá thành cu/i c a sNn phnm • Tiêu chu@n thA hai là: Có s‚n cơng cX phát tri n phVn m]m, ch†ng h(n chương trình mơ phmng, trình biên d"ch, trình hPp d"ch g‡ r/i • Tiêu chu@n thA ba là: KhN ñáp \ng v] s/ lưPng … hi n t(i … tương lai ð/i v7i m0t s/ nhà thi t k tiêu chunn thQm chí cịn quan treng cN hai tiêu chunn & & Giáo trình Vi x* lý $ # ! ! ! ! ! ! ! ! & & ! # '! '! '! '! '! '! '! '! %$ ! $ ' & '#& '($# '($# '# '# ' ' '! '! '! '! '! '! '! '! Ph l c 2: Thi t k kit vi ñi u n 8051 ! ! ! ! ! ! $ # ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! % % ! % ) ! ) " " " " " " " " 226 % % ! ! ! ! ! ! ! ! $ # & # &, - ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! % ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Biên so/n: Ph/m Quang Trí #$ % (!!!! ) *** + % (.!!! )1*** + !" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM Ph l c 3: Thi t k ngo i vi Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM PH L C THI T K NGO I VI I T NG QUÁT: Các thi t b ngo i vi hay thi t b xu t nh p c a b vi ñi u n cho ta ñư ng truy n thơng gi!a b vi u n th gi#i bên Các thi t b ngo i vi ñư&c k t n'i tr(c ti p ho)c gián ti p v#i b vi u n thơng qua c+ng xu t,nh p (các port) c a b vi ñi u n Các thi t b ngo i vi ln ln ch u s( u n (nh n d li u) s( ki m tra (cung c p d li u) c a b vi u n T3 t o nên kh5 giao ti p gi!a vi ñi u n v#i th gi#i bên Phân lo i ngo i vi: ngo i vi ñi u n logic ngo i vi u n cơng su t Chú ý: m t s' thông s' k: thu t c;n ý c a chip vi ñi u n 8051 thi t k ngo i vi: VOL (Output Low Voltage) = 0.45 V VOH (Output High Voltage) = 4.5 V VIL (Input Low Voltage) = V … V VIH (Input High Voltage) = 2V V VCC (Operating Voltage) = V … V IO(MAX) (DC Output Current) = 25 mA (Port 0) IO(MAX) (DC Output Current) = 15 mA (Port 1, 2, 3) II NGO I VI ðI)U KHI*N LOGIC: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Ví d : vi m ch s' (TTL, CMOS), LED, b chuy n đ+i tín hiGu (ADC, DAC), bàn phím, … Giáo trình Vi x# lý 227 Biên so n: Ph m Quang Trí Ph l c 3: Thi t k ngo i vi Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM ! ! Giao ti/p v2i LED: $% " # # ) % & Giao ti/p v2i LED ño7n (ch/ ñ: hi;n th< tĩnh): ( &! &' &! & % ! ! # # $% " Giáo trình Vi x# lý 228 Biên so n: Ph m Quang Trí Ph l c 3: Thi t k ngo i vi , , Trư ng ðH Cơng nghi p Tp.HCM Ưu đi"m: c u trúc nguyên tIc ñi u n ñơn gi5n Như&c ñi"m: S' lư&ng Led ño n k t n'i v#i vi u n khơng nhi u mOi Led đo n ph5i có m t vi m ch gi5i mã; tiêu t'n lư&ng r t nhi u (vì mu)n Led đo,n sáng ph.i có dịng ñi n liên t c ñi qua) Giáo trình Vi x# lý 229 Biên so n: Ph m Quang Trí Giáo trình Vi x# lý ! ! Ph l c 3: Thi t k ngo i vi &! &! &' # # % & & % & % " $% ! ! ! ! * * 230 % & ! ! * % & ! ! * % & ! ! * % & ! ! * % & ! ! * Biên so n: Ph m Quang Trí % & ! ! * Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM Ph l c 3: Thi t k ngo i vi Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM Giao ti/p v2i LED ño7n (ch ñ; hi

Ngày đăng: 25/06/2022, 12:14

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan