Kỹ thuật vi xử lý và lập trình assembly cho hệ vi sinh xử lý

PGS 'I'S DC)XUANTIÉN THUÄT LAP TRiN NHÅ XUÄT BÅN KHOA HOC vÄ KY THUÄT 01574 (Biên soan theo chüdng trình chudn cüa BQGD-DT nàm 2005) 13 MO DRU Trong nhüng thöp nién cuöi cåa thé k} 20, ky thuat dien tü dä lién tuc co nhüng tién bé vuqt böc, déc biét lä ky thuöt ché too mach vi dien tü Sq dbi vä phåt trién nhanh chöngcåa ky thuat vi dien tü mä déc truinglå thuat vi xü 19dä t40 mét bu6c ng04t quan trong su phåt trién cåa khoa hoc tinh toån vä xü 19 thöng tin, no ånh hudng quyét dinh dén dubng "tin hoc hoå" xä héi, tüc lä dubng mä thöng tin dä vä dang trå thånh luc luqng san xuät truc tiép nén sån xuåt cåa ky nguyén näy Cåc bé vi xü 19 ngäy duqc xåy dung trén cd cåa mét täm bån dÄn dé cao, silic vi dién tü cd Idn (LSI) vä cuc Idn (VLSI) nén kich thu6c nhö gon, töc dung tiéu hao näng luqng thåp vä d4c biét lä giå ré nén chüng ngäy cäng phö cåc üng dung khöng chi cåc chuyén ngänh d4c thü nhu thu#t déng dién tü, tin hoc, vibn thöng, cöng nghé thöng tin, ky thu#t diöu khién tu Intel cho ma cå cåc länh vuc phi dien tü khåc Näm 1970cöng ty tré tudi cå'p ddi bé vi xü 19ddu tién, co ten goi lå Intel 4004,nhåm dåp üng nhu cau thiét cåa mot cöng ty kinh doanh lå häng truyén thöng BUSICOM.Intel-4004 thuat xü 19 lä két quå cåa mét tuång quan trqng su phåt trién cåa kg chüc nång cåa Dö lä mét két cå'u lögic (Automat hüu hon) må co the thay ddi mét cå'u trüc no bäng chucjngtrinh ngổi chü khưng phåt trien theo hudng too Do dö khå cüng chi thuc hién theo mét chüc näng nhå't dinh nhu trUdcdåy näng mem déo hoå cåc thao tåc cåa minh må Intel-4004,våo nåm 1971 lå bé vi xü dä trd thänh bö vi xü 19ddu tién cåa thi trubng t- Midi.Intel-4004 kénh cåm (mg 194 bit song song, duqc ché too theo quy trinh cöng nghé MOS loai P Thdi gian töå thiéu dé thuc hién mét IQnhlå 10,8gs Nåm 1972häng Intel cho xuå't xuång bé vi xü 19co ten goi lä Intel-8008 Kieu nåy vÄn duqc ché too theo cöng nghé PMOS nhung lå loqi bit song song Bé vi xü IS'nåy lå CPU cåa måy vi tinh MICRALdo Phåp ché t40 Dén dåy hång loot cåc häng dien tü ndi tiéng häng dåu cåa thö gidi nhu häng National, Rockwell,Fairchild, Mostek dä nhanh chöng di våo cöng nghé sån xuåt vå ché too cåc bé vi xü 19 Näm 1974 häng Intel cho ddi bé vi xü 19 8080- bit song song ditéc ché too theo cöng nghé NMOSvdi thbi gian dd thuc hién mét Iénh Id dä dånh dåu mét bddc tién Idn trén dubng låm chå tdc dé xü 19tin cåa ky thuat dién tu hién doi Cåc häng khåc cüng cho dbi nhüng bé vi IS'co tinh nång tuong üng: 6800 (Motorola), 8080(texas Instrument), TLCS12(Toshiba),8080 (NEC), FS (Fairchild), 2650 (Signetics), IM6100 (Intersil), 2650 (RTC), 8080A,4040 (Sinmens), 2900 và 6800 (cùa hâng Sescosem) Nàm1978,loai 8080 düQc chi tiê'n thành loai 8085 Lûc dû xuâ't hièn nhüng mây tinh mini Sü dung câc bê vi xü IY nôi Theo dà dô câc thông sô'cd bàn cüa bê vi xù IY ngày düQccài thiên: tô'c dô ngày Ibn (câc bê vi xü 19 hiën dai cùa INTEL dà dat tdi tô'c dô nhiêu GHZ), rong kênh thông tin ngày càngIbn (câc bê vi xü 19 hiën dai cüa INTEL cô kênh dû liêu 16/32/64bit) Diêu dô dà giüp cho toân thiê't kê' câc vi xü 19chuyên dung vdi tinh nàng rong Ibn trd nên dé dàng han Mêt vi xü IY tô'i thidu phài bao gôm mot bê vi xü IY(dô khôl diêu khiên xü IYtrung tâm CPU), mot bê nhd RAM, mot bê nhd cô'dinh ROM câc công vào sô' liëu nhüng thi6t bi ngoai vi càn thiê't Mêt vi xü Fy da không gidi han vê sô"luqng thành phàn, vê chüc nàng thuc hiên vê quy mô üng dung Vâ'n dê co sd cùa u câu cu thê cüa càn thiêỵ ké mà tô chüc düQCphân cüng cüa d d4ng tôl thi6u (nhàm tang tô'cdo, giàm giâ thành tàng dô tin cay) xây dung phàn mêm diêu khién that tôl üu nhâm tâng khâ nâng linh hoqt mêm déo câc phép xù 19,gia côngvà bi6n dôi tin hiëu mà phài thuc hiën Nhüng vâ'n dê chinh dâ nêu d sê düQckhâo sât, nghiên cüu nhüng chüdng sau cüa giâo trinh Vi dê cung câ'p câc kiê'n thüc co bân cho câc dôi tüQnglà Sinh viên dgi hec cùa cdc chuyênngành dien tÙ-viÉnthông, công nghê thơng tin tu dêng diịu khiên nên khuôn khô cûa cuô'ntài liêu không dài, tâc già dâ cô gâng tt;ng hQp,cap nhât câc tài lièu thiét yéu nü6c dê xây dung nOidung tài liëu nhâm cut muc tiêu dû dè NOidung cùa tài lieu bao gôm 12 chüdng, Phu luc Cu thé: Chitangl Kiê'n trüc vi xü 19.Gibi thiêu kiê'n trüc cûa Vi xû IYtôl thiêu Tô9chüc dâc trung cüa kênh thô'ng, chüc nâng bê nhd ROM, RAMvà phttdng phâp quàn IYbê nhô trung tâm cüa vi xü 19 Chitang2 BQvi xü IY 16 bit 8086 INTEL Trinh bày câ'u trüc phàn cüng nguyên tâc làm viêc cüa bê vi xü IY 16/32bit thông qua 80286.Câc tin hiëu chüc nàng cùa chüng PhüOngphâp quàn IYbê nhd d chê'dê dia chi thuc chê' dOdia chi ho cûa bê vi xü IY16/32bit Chuang3 Lap trình assembly cho vi xü 19.Trình bày tdng quan vê ngôn ngü assemblyvà câc thành phàn cd bàn cua nô Trình bày bê ki til khô, cü phâp câu lënh, câc lênh già, câc tôn tü trình biên dich MACROASSEMBLER.Tiê'p theo gidi thiêu tap lënh cüa bê vi xü IY80286 v6i câch phân chia chûng theo nhôm dé tiên cho khào sât 5 Chtrong Thiét ké vi xù IYchuyên dung Trinh bày trinh ttg phttc;ng phâp thiét kê' câc vi xù 19chuyên dung theo chüc nâng yêu càu Minh hoq bàng thibt kê' thu thâp tin hièu da kênh phâp vào/ra Cdng trao dôi thông tin vdi ngoai vi Trinh bày phttong bê thông tin tâch biêt phüdng phâp vào/ra thông tin theo dia chi nhd Vi mach ghép nôi cô lâp trinh 8255Avà phuong phâp ghép nô 8255Av6i vi xü 19 bê vi xü 19 Chê' dè ngât cûa bê vi xü 19.Trình bày chê' dQngât cüa IY Tô"chüc ngât nguyên tâc hoqt dông cüa nght hè vi xü 8259A 80X86.Chip diêu khién ngât urutiên 8259A.Ghép nô Chip vdi vi xü 19 Truyên thơng tin nol ti6p Trình bày câc khâi nièm vê truyên so liêu M4Chthu phât di bê van nâng IN8250A/16450.Mach thu phât dông bê di bê vqn nâng USART 8251A.Nơỵ ghép UART 8250A USART8251Avơi vi xü 19 Chitang Bién ddi tin hiêu tüdng tu-sô'và tin hiëu sô'- tuong tu Trinh bày dong cùa bê bién dôi sô' - tüdng tu bé bién doi nguyên tâc tüdng tu- s6 BObiê'n ddi ADC bit 0809 BObign ddi ADC 12 bit AD574A.Ghép nô'i ADC 0809 AD574Avdi hè vi xü 19 HQvi xü 19ON-CHIP Trình bày cà'u trüc cùa hè vi xü IY On-chip 80C51 (và 89C51).Td chüc cdng vào/ra cua On-chip Khơi tao thịi gian bê dê'mcüa On-chip Cd chd ngât cûa On-chip 80C51 Chitong10 Tàp lënh cüa vi xü IYON-CHIP 80C51.Trinh bày cà'u truc lènh nguyên 19thuc hiën lënh cua v; xü IYon-chip 80C51 Trình nhơm lènh chun dû bày tap lênh cua On-chip 80C51cùns lieu, nhôm lënh diêu khiên bién logic, nhôm lènh ré nhânh chutong trinh, nhôm lènh tinh tôn câc phép tinh sơ'hqc logic II Thiê't kê' xü IYtrên vi xü IYON-CHIP 80CơI Trình bày trình tu thiê't kê' vi xü IYchuyên dung vi xù IS'on-chip Minh hoq bàng câc thi du thiê't kê' chüc nang Chrong 12 Hé xù IYsong song Trinh bày kidn trûc cùa hè xü IY song song Kidn truc kiéu PIPELINE.Kiê'n trüc kiéu da CPU Lap trình cho xù IYsong song da CPU Minh câc tham sô Anh thi du xù 19 song song Trong cåc chuong déu co cåc thi du minh hoq, döc biét lå cåc chttdngIién quan t6i båi toån thié't vi xü IS'chuyén dung Trong cåc minh hoqd6dä thé hién mét cåch nhåt quån cåc btidc thuc hién thié"tké' thö'ngtif khåu phån tich yéu chu nhiém vu tdi khåu tö chüc phån cüng vå xåy dung phånmem MONITOR tüöng üng Cho can thié't kél Vå'n dB ghép nöå vdi måy tfnh cüng duqc dét nhäm t4n dung khå näng manh cüa måy tinh cåc båi toån 19cå'p 2, cåp Chocåc cå"utrüc tin phüc top Tåc giå Xin chån thånh cåm On Pgs Ts Db Düc Giåo vå Pgs Ts Db Trung Tuän (Trübng Doi hoc Khoa hec TV nhién thuéc Doi hoc Quö'cgia Hå Nöi) dä bd nhiéu cöng süc dé hiéu dfnh cuön tåi lieu nåy, cåm OnNhå xuät bån Khoa hoc vå KYthuat dä teo moi diéu kién thuan IQidé cuön såch näy dén tay bqn dQC Do khå näng vä thbi gian chuan bi bån thåo han ché, cuon såch chäc chän khöng trånh duqc cåc thiéu s6t, chüng töi mong nhän duqcsv g6pj chån thånh cåa ben dec Thu göp Xin güi vé nhå xuät bån Khoa hoc vå KYthuatHä Néi 70 Tran Hung Tåc gia MUC LUC Mö DAU CkU0Nq1 KIÉN TRÜc HÉ VI xÜ 1.1 TGchüc Chung cåa Hé vi xü 1.2 Td chüc kénh thöng tin he vi xü IS' 1.3 Bé nhd trung tåm cåa he vi xü If 1.3.1 Quån IS'bé nh6 1.3.2 Bé nhd cd dinh ROM 1.3.3 Bé nhd IC thöng dung cåa ROM 1.3.4 Bé nhd doc/ghi RAM 11 11 12 16 17 20 1.3.5 Bé nhd IC thöng dung cåa RAM 1.4 Tdchüc bé nhd trung tam cåa he vi 19 20 1.4.1 Td chüc bé nhd trung tam kidu ghép song song cåc IC nhd 20 1.4.2 TGchüc bé nhd trung tam kidu ghép nöå tiép cåc IC nhd 22 1.4.3 Db thi thdi gian cåa bé nhd 24 CküdNq2 uxÜL± 16 BIT 80286 INTEL 29 2.1 'I'd chüc phån cüng cåa bé vi xü IS'80286 29 2.1.1 Cå'u trüc Chung cåa bé vi xü IS'80286 29 2.1.2 Cåc ghi cia bé vi xü IS'80286 34 2.2 Hoot déng cåa bé vi xü Ij 80286 37 2.3 Quån 19 bé nhd thVc cåa bé vi xü 19 80286 43 2.3.1 Bé nhd thi;ic cåa bévi xü Ij 80286 44 2.3.2 PhUdng phåp dia chi hoå cåa bé vi xü IS'80286 2.4 Quån 19bé nhd åo cåa bé vi xå IS'80286 45 2.5 Phuong phåp tinh dia chi vat IY(thuc) tü dia chi åo 51 2.6 Båo ve bé nhd ché dé dia chi åo 53 2.7 Khåi déng bé vi xü 19 80286 56 40 3.2 t roc mot lisnh nsgỗmbly 3.2 Che d(ing hhng dong assembly 3.2,5 Cic chi dàn assembly (Directive) 3.2.6 CACtonn tù (operator) dùng assembler 3.3 Chü(3ngtrinh bién dich MACROASSEMBLER 3.4 Top IQnhcùa bOvi xü IS'80x86 .6a 77 3.4.1 Nhơm IQnhchun dü li?u 3.4.2 NhOm IQnhchun dia chi 3.4.3 Nh6m IQnhchuyen ghi cd 3.4.4 Nh6m IQnhchuyen dü liëu qua 3.4.5 Nh6m IQnhchuyén diêu khiên 3.4.6 Lénh so sânh c6 cü 3.4.7 Nhôm IQnh 3.4.8 Lénh gQichuong trinh 3.4.9 Nhơm IQnhtinh tôn sơ' 3.4.10 Nhơm IQnhdich chun quay vịng 3.4.11 Nhơm lénh thuc hién phép tinh 3.4.12 Nhôm 1+nh xù IS'xâu 3.5 Tô'chüc MACRO 3.5.l Dinh nghia mot Macro (khung cùa Macro) 3.5.2 CACchi dàn (directive) cho Macro 3.5.3 CACtoAn tu cho Macro 3.6 Xây dung chuong trinh 3.6.1 CACbc xày dung chuong trình 3.6.2, Chuong trinh minh h0ë Chuonq4 THIÉTKÉHÊVIXÜL± CHUYÊNDVNG 4,1 Trinh tu thiét kécâc vi xù IS'chuyên 4.2 Thiét kécâc he vi xù IS'chuyên d\lng 77 82 83 84 ., 88 89 92 95 97 98 99 100 101 101 101 102 119 122 4.2.1 Mô tá chúc näng vi lý cdn thiét 4.2.2 Thiét vi lý theo chúc náng u chu ChUONq F cơNG TRAO Dói THƠNG TIN vưl NG1V1 122 123 149 5.1 Väo/ra thơng tin tách biét 5.2 Väo/ra thơng tin theo dia chi bƠnhó 149 152 154 5.3 Vi mach ghép nơä có läp trinh 8255A 5.3.1 Cäu trúc 8255A 5.3.2 Các Ché dƠläm viéc 5.4 Ghép nơ%1 8255A hƠvi 154 8255A 156 159 CkU0Nq6 CHE DC)NGÁT 169 6.1 Ché dÔngát bÔvi 6.2 Td chúc ngát hÔvi lý 80x86 6.2.1 Phän loai ngát 6.2.2 HOQtdƠng ngát 6.3 Chip diƠukhidn ngát uu tiơn PIC 8259A 6.3.1 Khái niëm ngát uu tiôn 6.3.2 Chip diÔukhidn ngát uu tién 8259A 169 172 172 174 176 176 176 6.3.3 Läp Ché dÔläm viëc cho chip 8259A lý Chip 8259A vói he vi 6.4 Ghép he vi 6.4.1 Sư dó Ghép nơä Chip 8259A 178 190 lý 190 191 6.4.2 1-4ptrinh diÔukhién hoat dÔngcho chip 8259A 197 6.4.3 táng chip 8259A 199 Chu0Nq7 TRUYEN THÔNG TIN 199 7.1 Các khái niëm vé truyÔn liëu 7.1.1 Mang thơng tin trun liƠu pháp truntin 7.1.2 Các 7.1.3 MƠtsó dang mä thơng dung trun 7.2 TĨchúc dudng trun tín hiëu nơi tiëp 7.3 Mach thu phát di bƠvan náng IN8250A/16450 7.3.1 Tó chúc UART 8250A 8250(báng 7.3.2 Các ghi bén 7.3.3 7.3.4 Nôäghép UART 8250A vói he vi Läp trinh cho UART 8250A lý 199 202 205 207 208 209 212 218 219 394 7.4 Moch thu phåt d6ng bé vå di bé von nång USART 8251A, 7.4.1 USART 8251A 7.4.2 Cåc ghi chüc nång cåa 8251A 7.4.3 Nöå ghép USART 8251A vdi he vi xü 7.5 TGchüc he thöng truyén 223 223 224 227 230 CkÜ0Nq BIEN DOI TiN HI$U TUONGTV- Sö vÅ TiN Hlfr,USö TUONG TU 237 8.1 Nguyén täc hoqt déng Cda bé bié'n döi sö' - tüdng tu 237 8.2 Nguyén täc hoot déng cåa bé bién ddi tüdng tu 240 8.3 Bé bién ddiADC bit 0809 242 8.3.1 Sd db chüc näng cåa ADC 0809 ., 242 8.3.2 Ghép tin hiéu våo ADC 0809 243 8.3.3 Ghép ADC 0809 v6i he vi xü IS' 246 8.4 m bién ddiADC 12 bit AD574A 250 8.4.1 Cåu trüc cåa AD574A 251 8.4.2 Diéu khién hoat déng AD574A 255 8.4.3 Ghép nö"iAD574Av6i he vi xü 258 CküdNq9 vixÜL± ON - CHIP 263 9.1 Ciu trüc cåa he vi xü 19On-chip 80C51 (vå 89C51) 263 9.1.1 Cå"utrüc Chungcåa on-chip 80C51 263 9.1.2 Chüc näng cåc thånh phån cåa on-chip 80C51 265 9.2 chüc cöng våo/ra cåa he vi xü Ij On-chip , 270 9.3 Khöå tqo thdi gian vå bé dém (Timer/counter) 273 9.4 Cd ché' ngåt cåa he vi xü IS'on-chip 80C51 276 9.4.1 Phån loqi ngåt he vi xü Ij on-chip 276 9.4.2 Müc ngÅt Liutién he vi xü 19on-chip 277 9.4.3 Nguyén IYdiéu khidn ngÅt cåa he vi xå IY on-chip 278 9.4.4 Nguyén 19khåi déng cåa on-chip 80C51 280 9.5 Nguyen IYtruyén tin nö"itiép cåa he vi xü IY on-chip 80C51 282 9.6 Thanh ghi diéu khién ngudn pcon cåa he vi xå 19 on-chip 80C51 296 CküdNq10 TAP LÉNH cÜA VI xÜ LY ON-CHIP 80C51 297 10.1 Nguyén Ij thuc hién IQnhcia on-chip 80C51 297 10.1.1 Cåu trüc lénh cåa he vi xü 19on-chip 80C51 297 10.1.2 Xü IS'lénh cåa he vi xü 19 on-chip 80C51 10.2 TBchüc khöng gian bé nhd cåa on-chip 80C51 10.2.1 Bé nhd chutdng trinh EPROM 10.2.2 nhd dü lieu RAM 298 303 10.3 Tap lénh cüa vi xü 19On-chip 80C51 10.3.1 Nhöm lénh chuyén dü lieu 308 10.3.2 Nh6m lénh diéu khidn biéål lögic 10.3.3 Nhöm IQnh ré nhånh chüdng trinh 314 316 10.3.4 Nhưm lénh tinh tổn sƯhoc 10.3.5 Nh6m IQnhtinh tổn lưgic 10.4 T6m tit tap lénh cåa he vi xü ij on-chip 80C51 CküdNq11 THIÉT KE He xÜ IS TRÉN VI xÜ ON-CHIP80C51 337 11.1 Trinh tv thiét ké"he vi xü 19chuyén dung trén on-chip 11.2 Thiét cåc vi X'å 19chuyén dung xÜ IN SONG SONG CkUdNq12 12.1 Phån 104ikién truc xü If song song kidu PIPELINE 12.2 Kién 12.2.1.cau trüc cåa PIPELINE 371 371 371 12.2.2 Nguyén tic cåa phddng phåp xüIS'vector PIPLINE 374 12.2.3.Kién trüc pipelineco khå nång ré nhånh 376 12.2.4 "I'dchüc he xü 19pipeline 378 12.3.Lap trinh Chohe xü Ij song 12.4 He xü IS'song song kidu da CPU 12.4.1 Cå'u trüc cåa he xü IYsong song da CPU 12.4.2 Lap trinh cho he xü 19song song da CPU 12.5 Xü Ij song song cåc tham sö ånh PHV 339 378 381 387 ... Lap trình assembly cho vi xü 19 .Trình bày tdng quan vê ngơn ngü assemblyvà câc thành phàn cd bàn cua nơ Trình bày bê ki til khoâ, cü phâp câu lënh, câc lênh già, câc tôn tü trình biên dich MACROASSEMBLER.Tiê'p... 6.3.3 Läp Ché dÔläm vi? ?c cho chip 8259A lý Chip 8259A vói he vi 6.4 Ghép he vi 6.4.1 Sư dó Ghép nôä Chip 8259A 178 190 lý 190 191 6.4.2 1-4ptrinh diÔukhién hoat dÔngcho chip 8259A 197... 12 bit AD574A.Ghép nô'i ADC 0809 AD574Avdi hè vi xü 19 HQvi xü 19ON-CHIP Trình bày cà'u trüc cùa hè vi xü IY On-chip 80C51 (và 89C51).Td chüc cdng vào/ra cua On-chip Khơi tao thịi gian bê dê'mcüa