Thiết kế ngoại vi và kỹ thuật ghép nối đề tài tìm hiểu về ghép nối song song điều khiển bằng chương trình 8255

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: THIẾT KẾ NGOẠI VI VÀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI Chủ đề: Tìm hiểu ghép nối song song điều khiển chương trình - 8255 Nhóm mơn học Nhóm đề tài Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực : 02 : 15 : Dương Quang Duy : Phạm Ngọc Tùng Nguyễn Tiến Dũng Phan Văn hiếu Dương Xuân Quyền B19DCDT209 B19DCDT029 B19DCDT079 B19DCDT180 MỤC LỤC I Giao tiếp qua cổng song song: .3 Cổng SPP: .3 Cổng EPP: .5 Cổng ECP: .6 II Ghép nối song song điều khiển chương trình – 8255A: Sơ đồ khối chức khối 8255A .9 Chế độ làm việc 8255A 11 III Đèn led nhấp nháy với vi điều khiển 8255 8051 (89c51,89c52) CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU VỀ GHÉP NỐI SONG SONG ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH – 8255 I Giao tiếp qua cổng song song: Cổng song song thường dùng để giao tiếp máy vi tính với đối tượng bên ngồi nhờ đặc điểm: - Lập trình đơn giản, dễ kết nối - Tốc độ nhanh Khuyết điểm cổng song song khoảng cách ngắn tính chống nhiễu Theo tiêu chuẩn IEEE 1284 năm 1994 có chế độ hoạt động cho cổng song song - SPP :cổng song song chuẩn có mode là: + Compatibility: xuất bit + Nibble: nhập bit + Byte: cổng hai chiều - EPP: cổng song song tăng cường (enhanced parallel port) - ECP: cổng mở rộng khả (extended capability port) Tùy loại mainboard hỗ trợ mode hay vài mode Cổng SPP truyền liệu song song bit từ máy tính với vận tốc 50 Kbytes/sec đến 150 Kbytes/sec Khi muốn nhập liệu vào máy tính dùng mode Nibble truyền bit hay mode Byte truyền bit Cổng EPP ECP dùng thêm phần cứng hỗ trợ nên vận tốc truyền nhanh hơn, đến Mbytes/sec, thu phát song song bit Thay đổi chế độ cổng song song cách vào BIOS SETUP máy tính khởi động máy Cởng SPP Cổng song song có đầu nối 25 chân thường dùng để kết nối với máy in đầu nối Centronics 34 chân Bảng 6.1 cho sơ đồ chân ý nghĩa chân cổng SPP dùng với máy in, dấu “/” có nghĩa tích cực thấp Ví dụ, chân 15 /Error hướng vào, chân xuống mức có lỗi Cột Đảo ghi chữ Có tức tín hiệu đảo mức, ví dụ chân 17 đưa mức logic ứng với chân vào ghi điều khiển chân 17 xuất mức Ngõ cổng song song tương thích với cổng TTL, dịng cấp thu khoảng vài mA đến 16mA tùy loại kết cấu phần cứng (công nghệ ASIC) Giao tiếp cổng song song với máy in thường thực theo H.6.1 Cổng EPP Cổng EPP sản phẩm liên kết Intel, Xircom Zenith, có hai chuẩn EPP1.7 EPP1.9, vận tốc truyền từ 500 Kbytes/s đến Mbytes/s nhờ hỗ trợ phần cứng kỹ thuật DMA Khi chuyển cổng song song sang chế độ EPP (vào mục Setup khởi động máy tính để đặt chế độ) chân cổng mang tên gọi ý nghĩa khác Cổng EPP có thêm một số ghi bảng 6.3: Ba ghi đầu giống SPP Muốn Truyến dữ liệu theo EPP ta đưa dữ liệu vào ghi gốc +4 và mạch logic sẽ tạo các tín hiệu cần thiết Chân /Write /Data Strobe tích cực thấp chờ Wait lên mức cao báo bên nhận liệu, sau /Data Strobe Write trở lại mức cao kết thúc truyền Khi nhận liệu, chương trình đọc ghi gốc +4 Nếu Wait mức thấp /Data Strobe mức thấp chờ Wait mức cao bên báo gởi liệu tới, /Data Strobe mức cao liệu đọc vào Chu kỳ xuất nhập liệu giống chu kỳ xuất nhập địa Thường kết hợp địa liệu để truy xuất liệu từ địa ngoại vi khác Phần cứng ngoại vi có nhiệm vụ xử lý chân /Write, /Data Strobe, /Address Strobe đưa vào mạch cài hay cho phép xuất tín hiệu /wait phù hợp Thơng qua tín hiệu Interrupt (chân số 10) ngoại vi tác động đến máy tính, bit ghi trạng thái bit báo hết thời gian EPP Nếu khoảng 10us đường Wait không tác động /Data Strobe hay /Address strobe tác động bit đặt lên Cổng ECP Cổng ECP phát triển Hewlett Packard Microsoft, sử dụng phần cứng hỗ trợ cho việc truyền liệu nên có vận tốc truyền nhanh, tương tự cổng EPP Đặc điểm cổng ECP nén liệu truyền, cho phép tăng tốc độ truyền liệu Cổng ECP dùng 11 ghi từ gốc+0 đến gốc+7 gốc+400H đến gốc +402H Chân cổng ECP qui định bảng 6.4 Khi truyền liệu từ máy tính ngoại vi HostAck đổi mức, truyền liệu từ ngoại vi vào máy tính PeriphAck đổi mức Trên tuyến liệu truyền liệu hay lệnh Nếu Host Ack Periph Ack mức cao truyền liệu Nếu máy tính gởi lệnh, Host Ack mức thấp; ngoại vi gởi lệnh, Periph Ack mức thấp Lệnh gồm hai loại, bit tuyến liệu (chân 9) mức thấp bit cịn lại dùng biết thông tin nén liệu Nếu bit mức cao bit cịn lại địa kênh Khi truyền liệu nén, truyền số lần lặp lại byte liệu, sau truyền byte liệu, ví dụ truyền 25 byte ký tự ‘A' gởi byte 24 (Run length Count) sau gởi byte ‘A’ Ngoại vi nhận được byte 24 chu kỳ lệnh sẽ lặp lại byte ‘A’ ở chu kỳ dữ liệu 25 lần Tỉ số nén tối đa 64/1 Để tăng tốc độ truyền dữ liệu cổng ECP dùng các ghi sắp xếp kiểu FIFO và một số ghi phụ II Ghép nối song song chương trình – 8255A: điều khiển Sơ đồ khối chức khối 8255A: Hình Sơ đồ chân sơ đồ kết nối 8255A 8255A vi mạch giao tiếp song song thơng dụng tồn hệ thống Vi mạch có 24 đầu cổng vào/ra bit hướng: - PA0-PA7: cổng A, PB0-PB7: cổng B, PC0-PC7: cổng C chia thành nhóm A B - Nhóm A: gồm cổng A nibble cao cổng C (CU); - Nhóm B: gồm cổng B nibble thấp cổng C (CL) - Vi mạch hoạt động chế độ (0, 2) Bộ đệm số liệu loại bit – hướng – trạng thái dùng để phối ghép 8255A với bus hệ thống máy tính Số liệu đệm phát thu thông qua việc chạy lệnh OUT IN CPU Các từ điều khiển thông tin trạng thái truyền qua đệm Các mạch logic đọc/viết điều khiển quản lý trình truyền số liệu, truyền từ điều khiển bên bên ngồi vi mạch Nó chấp nhận tín hiệu vào từ bus địa điều khiển CPU phát lệnh tới nhóm điều khiển A B - /CS = cho phép 8255A thơng tin với CPU - /RD = cho phép CPU đọc số liệu thông tin trạng thái từ 8255A - /WR = cho phép CPU viết số liệu từ điều khiển vào 8255A - Hai chân A1, A0 thường nối với bit địa thấp bus địa - chân dùng để chọn ghi nội để lập trình hoạt động Ðể 8255A đọc ghi chân CS phải mức logic địa I/O phải nối với chân A1 A0, không cần quan tâm đến chân địa cổng lại giải mã bên để chọn 8255A Bảng Bảng chức 8255A Bảng Bảng điều khiển đọc/viết 8255A Chân RESET = xóa ghi điều khiển đặt tất cổng A, B, C chế độ vào 10 Chế độ làm việc 8255A: Hình Sơ đồ ghép nối 8255A với thiết bị ngoại vi Vi mạch 8255 có ba chế độ hoạt động (Mode) chọn phần mềm Sau Reset tất cổng 8255A đặt chế độ vào (tức 24 chân cổng A, B, C trạng thái Z cao) Trong trình chạy chương trình, lệnh viết địa ghi từ điều khiển chọn chế độ hoạt động tùy ý a định dạng từ điều khiển  Chế độ viết từ điều khiển (D7 = 1) Hình Sơ đồ định dạng từ điều khiển - Mode : Chế độ vào/ - Mode : Chế độ vào/ có hội thoại (Strobe Input/Output) - Mode : Chế độ vào/ bus hai chiều Tùy theo từ điều khiển ghi vào ghi điều khiển khởi động cho vi mạch mà ta có chế độ làm việc chiều trao đổi liệu cổng A, B, C khác Khi tín hiệu RESET tất cổng đưa trạng thái 11 cổng vào (Input port) nghĩa tất 24 đường ba cổng trạng thái trở kháng cao) Sau tín hiệu RESET 8255 trì trạng thái khơng có thiết lập trạng thái bổ xung Trong trình thực chương trình hệ thống, chế độ khác chọn nhờ sử dụng lệnh OUT Hình 10 Các chế độ hoạt động ghi điều khiển b Chức xóa bit lập bit: Bất bit bit cổng C thiết lập xoá nhờ sử dụng lệnh ghi ghi điều khiển bit phù hợp Như cổng C dùng để điều khiển, ghi trạng thái cho cổng A cổng B bit cổng C xoá thiết lập nhờ sử dụng lệnh xoá, thiết lập bit cổng C cổng liệu Từ điều khiển hoạt động chế độ sau : 12 Hình 11 Sơ đồ định dạng điều khiển c Chức điều khiển ngắt: Khi 8255 lập trình hoạt động mode mode tín hiệu điều khiển sử dụng yêu cầu ngắt tới CPU Tín hiệu yêu cầu ngắt tạo cổng C bị cấm hay phép nhờ xoá hay xác lập mạch lật INTE sử dụng chức lập xoá bit nêu Chức cho phép người lập trình cho phép không cho phép thiết bị I/O ngắt CPU mà không gây ảnh hưởng tới thiết bị khác cấu trúc ngắt d Các chế độ: Các cổng A, B, C hoạt động chế độ 0, khác 1/ Mode (Basic input/output) Ðây chế độ vào vi mạch, đảm bảo liệu đưa ghi vào cổng riêng biệt Trong chế độ này, vi mạch có chức sau : - Vi mạch hoạt động gồm hai cổng bit hai cổng bit - Các cổng cổng vào cổng - Các tín hiệu chốt lại - Các tín hiệu vào khơng chốt Trong chế độ 8255 có 16 cấu hình hoạt động vào/ra: 13 14 Hình 12 Các cấu hình hoạt động Mode 2/ Mode (Strobe input/output) Trong chế độ cổng A cổng B sử dụng đường dây tín hiệu cổng C để tạo tiếp nhận tín hiệu hội thoại (hanshaking signal) nghĩa trình trao đổi liệu cổng dùng tín hiệu hội thoại Các chức Mode - Vi mạch hoạt động gồm hai nhóm ,nhóm A nhóm B - Mỗi nhóm chứa cổng bit cổng điều khiển bit - Cổng bit cổng vào, cổng ra, hai cổng vào cổng 15 chốt - Các cổng bit sử dụng để điều khiển xác định trạng thái cổng bit Các tín hiệu điều khiển vào dùng chế độ vào : /STB (Strobe input): Mức thấp tín hiệu vào cho phép liệu đọc vào IBF (Input Buffer Full): Mức cao tín hiệu ra liệu ghi vào cổng chốt, chất tín hiệu xác nhận Tín hiệu IBF xác lập tín hiệu STB mức thấp khởi tạo lại có sườn dương đầu vào RD INTR ( Interrupt Request ): Mức cao tín hiệu sử dụng để yêu cầu ngắt tới CPU Khi thiết bị vào yêu cầu phục vụ, tín hiệu INTR xác lập tín hiệu STB =1 Tín hiệu IBF=1 INTE =1: Tín hiệu khởi tạo lại sườn âm tín hiệu RD Chức cho phép thiết bị vào yêu cầu ngắt tới CPU cách đơn giản cách đưa liệu cổng Các từ lệnh điều khiển Hình 13 Sơ đồ minh họa từ lệnh điều khiển dung chế độ vào 16 Các tín hiệu điều khiển dùng chế độ /OBF ( Output Bufer Full F/F): Tín hiệu OBF chuyển mức thấp để thông báo CPU ghi liệu cổng xác định Tín hiệu OBF F/F xác lập sườn lên tín hiệu WR bị xố tín hiệu vào ACK mức thấp /ACK (Acknowledge Input ): Mức thấp tín hiệu vào thơng báo cho 8255 liệu từ cổng A cổng B chấp nhận Về chất tín hiệu trả lời từ thiết bị ngoại vi thơng báo nhận liệu gửi tới từ CPU INTR (Interrupt Request ): Mức cao tín hiệu sử dụng để yêu cầu ngắt CPU thiết bị ngồi nhận liệu truyền từ CPU Tín hiệu INTR xác lập tín hiệu ACK = "1", OBF = "1" INTE ="1" Tín hiệu khởi tạo lại sườn âm tín hiệu WR Các từ lệnh chế độ sau : Hình 14 Sơ đồ minh họa từ lệnh điều khiển dung chế độ Trong mode 1, hai cổng A B lập trình cách riêng biệt cổng vào cổng để hoạt động ứng dụng vào /ra có hội thoại khác Các từ lệnh hoạt động chế độ sau 17 Hình 15 Sơ đồ minh họa từ lệnh hoạt động mode 3/ Mode ( Strobed bi-directional Bus I/O) Chế độ hoạt động cung cấp khả trao đổi liệu với thiết bị ngoại vi sử dụng đường truyền bit để vừa truyền vừa nhận liệu (Bus vào/ra hai chiều) Các tín hiệu hội thoại dùng chế độ để điều khiển việc truyền liệu tương tự mode Các chức Mode Trong chế độ có nhóm A sử dụng Cổng A cổng vào/ hai chiều bit Các tín hiệu vào/ra chốt lại bit cổng C sử dụng làm cổng điều khiển, trạng thái cho cổng A bit Các tín hiệu điều khiển /OBF (Output buffer full): Tín hiệu OBF mức thấp thông báo CPU dã liệu cổng A /ACK (Acknowledge): Mức thấp tín hiệu vào cho phép đệm bus liệu cổng A gửi liệu Ngược lại, đệm trạng thái trở kháng cao INTE (Tín hiệu INTE phối hợp với tín hiệu OBF) Ðiều khiển việc lập bit xoá bit PC4 Các tín hiệu điều khiển vào /STB (Srobe input): Mức thấp tín hiệu vào đọc liệu vào cổng vào chốt 18 IBF ( Input bufer Full ): Mức cao tín hiệu ra tín hiệu ghi vào cổng vào chốt INTE2 ( Tín hiệu INTE phối hợp với tín hiệu IBF): Ðiều khiển việc xố /lập bit PC4 Các từ lệnh hoạt động chế độ sau : Hình 16 Sơ đồ minh họa từ lệnh hoạt động mode 4/ Kết hợp chế độ hoạt động Ngoài việc hoạt động riêng rẽ theo chế độ, 8255 cịn có khả hoạt động đồng thời kết hợp chế độ tất bit cổng C sử dụng để điều khiển dành cho trạng thái Các bit cịn lại sử dụng để thực chức sau : Khi lập trình đường vào tín hiệu : Tất đường vào tín hiệu truy cập suốt trình đọc cổng C thơng thường Như hình vẽ minh hoạ sau : 19 Hình 17 Sơ đồ minh họa chế độ hoạt động từ lệnh điều khiển 20