giới thiệu về z80 và ứng dụng

Do đó quang báo ngày càng phát triểntinh vi hơn, đa dạng hơn, từ việc thiết kế quang báo với văn bản được ghichết trong ROM, đến việc thiết kế một KIT vi xử lý để điều khiển.. Bên cạnh đ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của

thuật, cho nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con ngườitrong cuộc sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh doanh Để đáp ứngnhu cầu trên, quang báo là hình thức cung cấp thông tin hữu ích không thểthiếu trong cuộc sống hằng ngày Do đó quang báo ngày càng phát triểntinh vi hơn, đa dạng hơn, từ việc thiết kế quang báo với văn bản được ghichết trong ROM, đến việc thiết kế một KIT vi xử lý để điều khiển

Quang báo là hình thức thông báo trên bảng đèn Bảng đèn quangbáo gồm nhiều Ma Trận LED ghép lại, mỗi một Ma Trận biểu diễn một kítự Tùy chiều dài của bảng đèn mà có thể hiển thị những bản tin có độ dàikhác nhau Các từ trong văn bản sẽ lần lượt xuất hiện và chạy dần từ phảisang trái Khi văn bản đã hiển thị đến từ cuối cùng thì từ đầu tiên lại bắtđầu xuất hiện trở lại Quá trình đó cứ tiếp tục lại mãi

Bên cạnh đó, với sự ra đời của máy tính điện tử đặc biệt là máy vitính, chúng có những tính năng ưu việt như khả năng xử lý dữ liệu nhanhchóng, độ tin cậy cao, lưu trữ lượng thông tin lớn và quan trọng hơn cả làmáy tính có thể kết hợp với nhiều thiết bị ngoại vi tùy theo mục đích ứngdụng cụ thể, mà việc trao đổi và điều khiển trở nên đơn giản, chúng phụthuộc vào phần mềm điều khiển Dựa vào tính đa dạng và mềm dẻo củamáy tính người ta tìm cách ứng dụng nó vào mục đích quảng cáo, chẳng hạnnhư dùng trong quang báo Nhờ vậy, việc thiết kế phần cứng cho quang báotrở thành ít phức tạp hơn, nhưng độ tin cậy cao hơn Trong thực tế để hiểnthị các văn bản, người ta dùng các kiểu chữ là các Ma Trận LED 5x7, 5x8,8x12 hoặc 8x14 tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và độ phân giải

Theo cách nghĩ đó việc thiết kế mạch quang báo kết hợp giữa KIT vixử lý và máy tính được chúng em trình bày trong luận văn này Phần mềmđiều khiển viết bằng ngôn ngữ PASCAL Ở đây máy tính đóng vai tròtruyền dữ liệu và điều khiển còn KIT vi xử lý có nhiệm vụ lưu trữ và thựchiện chương trình quang báo Việc kết hợp giữa hai thiết bị làm cho quangbáo trở nên đa dạng, phong phú, độ tin cậy cao và dễ dàng sử dụng Ngoài

luận văn này

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Tuấn Nguyễn Ngọc Khánh

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

I.1.Lịch sử phát triển vi xử lý.

I.1.1.Giới thiệu chung về hệ thống vi xử lý.

Vi xử lý là sự kết hợp của hai kỹ thuật công nghệ quan trọng:Đó làmáy tính dùng kỹ thuật số và các vi mạch điện tử Hai công nghệ này kếthợp lại với nhau và các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra vi xử lý

Chức năng chính của vi xử lý là xử lý dữ liệu chứa trong bộ nhớ Đểlàm được điều này vi xử lý phải có các mạch logic cho việc xử lý dữ liệu vàcần phải có chương trình Chương trìng là tập hợp các lệnh Vi xử lý thựchiện một lệnh với trình tự như sau:

 Đón lệnh từ bộ nhớ

 Giải mã lệnh

 Thực hiện lệnh

I.1.2.Năng lực của vi xử lý.

Khi nói đến năng lực của Microprocessor có nghĩa là nói đến khả năngxử lý dữ liệu, có 3 thông số để đánh giá năng lực của Microprocessor

Chiều dài của từ dữ liệu của Microprocessor

Số lượng các ô nhớ mà Microprocessor có thể truy xuất được

Tốc độ mà Microprocessor có thể thực hiện một lệnh

I.2.Các khái niệm cơ bản về cấu trúc của vi xử lý.

I.2.1.Chiều dài từ dữ liệu.

Microprocessor đầu tiên có chiều dài từ dữ liệu là 4 bit, tiếp theo làcác Microprocessor 8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit Mỗi Microprocessor có chiềudài từ dữ liệu khác nhau có một khả năng ứng dụng khác nhau, cácMicroprocessor có chiều dài từ dữ liệu lớn, tốc độ làm việc nhanh, khả năngtruy suất bộ nhớ lớn được dùng trong các công việc xử lý dữ liệu, điều khiểnphức tạp, các Microprocessor có chiều dài từ dữ liệu nhỏ hơn, khả năng truysuất bộ nhớ nhỏ hơn, tốc độ làm việc thấp hơn được sử dụng trong các côngviệc điều khiển và xử lý đơn giản chính vì thế các Microprocessor này vẫntồn tại

Tần số xung clock cung cấp cho Microprocessor làm việc quyết địnhđến tốc độ làm việc của Microprocessor Microprocessor có tốc độ làm việccàng lớn thì khả năng xử lý lệnh càng nhanh Tần số xung Clock làm việccủa các Microprocessor được cho bởi các nhà chế tạo

I.2.4 Các thanh ghi của Microprocessor.

Các thanh ghi là một phần quan trọng trong cấu trúc củaMicroprocessor Các thanh ghi bên trong của Microprocessor dùng để xử lýdữ liệu Nếu Microprocessor có số lượng thanh ghi nhiều thì người lập chươngtrình có thể viết các chương trình điều khiển Microprocessor đơn giản hơn,làm tăng tốc độ xử lý chương trình Nếu Microprocessor có số lượng thanhghi ít thì chương trình sẽ phức tạp hơn, tốc độ xử lý chương trình chậm hơn.Vậy số lượng các thanh ghi bên trong Microprocessor cũng ảnh hưởng đếntốc độ và khả năng xử lý chương trình

I.2.5.Các lệnh của Microprocessor.

Tập lệnh của Microprocessor là một trong những yếu tố cơ bản đểđánh giá tốc độ làm việc của Microprocessor Nếu Microprocessor có nhiềumạch điện logic bên trong để thực hiện thì số lệnh điều khiển củaMicroprocessor càng nhiều, khi đó Microprocessor càng lớn và độ phức tạpcàng lớn Ví dụ so sánh 2 tập lệnh của 2 Microprocessor 8 bit là 8051 và Z80thì 8051 có 111 lệnh khác nhau còn Z80 có 158 lệnh Tập lệnh của mộtMicroprocessor càng nhiều rất có ích khi lập trình hay viết chương trình choMicroprocessor

I.2.6.Cấu trúc truy xuất bộ nhớ.

Một phần quyết định sự mềm dẻo trong lập trình là số lượng các kiểutruy suất bộ nhớ khác nhau của Microprocessor, Microprocessor có nhiều kiểutruy suất bộ nhớ sẽ có khả năng xử lý càng nhanh và cấu trúc các mạch điệnbên trong càng phức tạp Microprosesor có chiều dài từ dữ liệu càng lớn thìcó số lượng các kiểu truy xuất bộ nhớ càng lớn

I.2.7.Các mạch điện giao tiếp bên ngoài của Microprocessor.

Ngoài giao tiếp với bộ nhớ, Microprocessor có các mạch điện giao tiếpvới các mạch điện bên ngoài để điều khiển hay mở rộng khả năng điềukhiển Các mạch điện bên ngoài là các IC và được gọi là IC ngoại vi Mỗi ICcó một chức năng riêng, tùy thuộc vào yêu cầu điều khiển mà chọn các IC

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát của một hệ thống vi xử lý

I.3.Cấu trúc bên trong của bộ vi xử lý.

Một bộ vi xử lý gồm có hai phần chính là đơn vị thực hành EU(execution unit) và đơn vị tương thích BUS là BIU

+ EU thực hiện tất cả các phép tính toán số học và logic

+ BIU thì thu nhận lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ Các lệnh này dùng đểđiều khiển hoạt động CPU

I.3.1.Đơn vị thực hiện.

EU là nơi xảy ra các quá trình xử lý dữ liệu trong bộ vi xử lý Ở đâycó đơn vị số học và logic (ALU – ARITHMETIC LOGIC UNIT) cộng với cácthanh ghi xử lý số liệu và lưu trữ các kết quả trung gian EU nhận dữ liệuvà các lệnh do BIU thu được rồi xử lý các thông tin đó Dữ liệu đã được xử lýtrong EU lại được chuyển ra bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi thông qua BIU.Như vậy EU không liên hệ trực tiếp với bên ngoài mà không phải thông quaBIU

I.3.2.Đơn vị tương thích Bus.

bộ phận khác (thao tác ghi), nhận dữ liệu vào CPU (thao tác đọc) Bus dữliệu vừa thu vừa phát thông tin nên được xem là Bus dữ liệu hai chiều Tuynó không thể đồng thời thu và phát thông tin cùng một lúc.

c> Bus điều khiển

Các đường dây của Bus điều khiển dùng để xác định một lệnh thựchiện vào lúc nào và như thế nào, xác định các thao tác đọc, viết bộ nhớ, xácđịnh chế độ hoạt động của CPU

I.4.Cấu trúc CPU Z80.

I.4.1.Cấu tạo căn bản CPU Z80

CPU Z80 có những đặc điểm sau:

 8 bit tác động song song

 158 loại bệnh căn bản

 Có 22 thanh ghi bên trong

 Có tính năng ngắt (interrupt)

 Có thể nối trực tiếp với RAM tĩnh hoặc RAM động mà hầu nhưkhông cần mạch phụ trợ bên ngoài

 Tốc độ của lệnh Fetch là 1,6s (Z – 80), 1s (Z – 80A), 0,76s (Z –80B)

 Chỉ cần dùng một nguồn điện +5V duy nhất

 Tất cả các chân xuất tín hiệu ra và nhập tín hiệu vào đều thuộcloại TTL

 Cấu trúc bên trong của CPU Z80

Thanh ghi chủ yếu Thanh ghi bổ trợ

Accumulator

A

FlagF

AccumulatorA’

FlagF’

I.4.2 Các thanh ghi của CPU -Z80.

a> Các thanh ghi đa năng: Bao gồm A, B, C, D,E, H, L.

Các thanh ghi đa năng có độ dài bằng số bit của BUS dữ liệu, chúng cónhững chức năng sau:

 Là nơi CPU trao đổi dữ liệu, chứa dữ liệu được đọc từ bên ngoàihay gởi dữ liệu ra

 Là nơi chứa các toán hạng, kết quả của một phép toán

b>Thanh ghi F (8bit):

Đây là thanh ghi cờ, và còn một thanh ghi cờ phụ là F’ Khác với cácthanh ghi trên, mỗi bit của thanh ghi cờ độc lập với nhau và được CPUphản ánh tình trạng của kết quả sau một phép toán nào đó Mỗi bit đượcgọi là một cờ và người sử dụng có thể kiểm tra bằng cờ

Cấu trúc thanh ghi cờ CPU Z80+ Cờ ZERO (cờ Z):

Đây là cờ cực tính hay cờ âm, cờ này tùy theo tác vụ thực hiện mà có ýnghĩa P hay V.

Nếu phép tính là lý luận thì cờ này là P

Nếu phép tính là số học cờ thì này là V

Tất cả các cờ trên, người sử dụng có thể kiểm tra được Ngoài rathanh ghi còn có hai cờ người sử dụng không thể kiểm tra được, các cờ nàydùng cho phép tính BCD

+ Cờ CPU (cờ H):

Cờ này có tác dụng nhờ cờ Carry nhưng nó chỉ phản ánh số nhớ haysố mượn sinh ra ở bit thứ tư

+ Cờ SUBTRACT (cờ N):

Cờ này dùng cho phép tính DAA, cho cả hai phép cộng hoặc trừ

c> Nhóm các thanh ghi phụ: A’, B’, C’, D’,E’, H’, L’

Sáu thanh ghi còn lại không phải là bộ tích lũy có thể được sử dụngriêng như những thanh ghi 8 bit: B, C, D, G, H, L Hay chúng có thể đượcghép cặp và sử dụng như những thanh ghi 16bit: BC, DE, HL

d> Z80 còn có hai nhóm thanh ghi đặt biệt: có chức năng cố định người

lập trình không thể dùng nó cho một chức năng khác

* Nhóm thanh ghi đặt biệt thứ nhất gồm có: thanh ghi vector ngắt(I), thanh ghi làm tươi bộ nhớ (R), thanh ghi chỉ số (IX) và (IY), con trỏngăn xếp (SP), thanh ghi PC (bộ đếm chương trình), thanh ghi I và thanhghi R là các thanh ghi có độ dài 8 bit, các thanh ghi còn lại có độ dài 16bit.+Thanh ghi PC (program counter) :

Nguyên tắc đối với một bộ vi xử lý và thi hành một lệnh đặt tại địachỉ là nội dung của thanh ghi PC Như vậy, thanh ghi PC chứa địa chỉ củalệnh tại một thời điểm nào đó Lúc mới cấp điện hay Reset CPU, thanh ghi

PC sẽ chứa một giá trị nào đó và đây chính là địa chỉ để CPU bắt đầu thihành chương trình Thanh ghi PC sẽ tự động tăng 1 sau mỗi byte, đặt biệtgiá trị của một thanh ghi PC có thể được nạp theo ý muốn của người sửdụng Điều này cho phép chương trình điều khiển có thể nạp lại

+Thanh ghi SP (stack pointer) :

Đây là thanh con trỏ nhà hầm

Nhà hầm (STACK): trong quá trình làm việc của CPU có thể xuất

chứa một bộ nhớ đệm để có làm tươi dễ dàng bộ nhớ động Thanh ghi R sẽtự động tăng sau mỗi lần lấy lệnh Dữ liệu trong thanh R được gửi ra phầnthấp của Bus địa chỉ cùng với tín hiệu làm tươi trong khi CPU giải mã vàthực hiện lệnh vừa được lấy ra Do đó việc làm tươi không làm chậm chươngtrình và đối với người lập chương trình thì điều đó coi như không có.

+Thanh ghi IX và thanh ghi IY (index register) :

Đây là các thanh ghi chỉ sử dụng trong kiểu định vị chỉ số, hai thanhghi này kết hợp với một giá trị tương đối có độ dài 8 bit làm tăng khả năngtruy xuất bộ nhớ có điạ chỉ khác với điạ chỉ đang chứa trong thanh chỉ số

* Nhóm thanh ghi đặt biệt thứ hai là các flipflop điều khiển ngắt.Z80 có hai ngắt NMI và INT, ngắt NMI là ngắt không thể ngăn được,ngắt INT là ngắt có thể ngăn được bởi người lập trình

Ngắt không ngăn được NMI được tác động bởi yêu cầu ngắt NMI từbên ngoài, khi tác động đến ngõ vào ngắt này, vi xử lý sẽ nhảy đến địa chỉ

0066H để thực hiện chương trình, địa chỉ này cố định

Ngắt có thể ngăn được INT bởi lệnh DI và có thể cho phép bởi lệnh EI.Trạng thái hiện tại của ngắt này được thiết lập trong flip flop IFF1 Khingười lập trình cho phép ngắt INT, IFF1 được set ở mức logic 1, khi ngườilập trìng không cho phép ngắt INT thì IFF1 được reset về 0

I.4.3.Bộ xử lý logic và số học ALU

Các lệnh logic và số học 8 bit của Z80 được thực hiện trong ALU,ALU trao đổi với thanh ghi qua Bus dữ liệu bên trong Các loại hàm màALU thực hiện bao gồm:

ADD: lệnh cộng

SUBTRACT: lệnh trừ

LOGICAL AND: Lệnh AND thực hiện phép AND

LOGICAL OR: Lệnh OR thực hiện phép logic OR

LOGICAL EXCLUSIVE OR ( Lệnh XOR): thực hiện phép logic XOR.COMPARE: Phép so sánh

LEFT OR RIGHT SHIFTS OR ROTATOR: Lệnh quay vòng và dịch.INCREMENT: Lệnh tăng 1

DECREMENT: Lệnh giảm 1

SET BIT: Lệnh thiết lập bit trạng thái

I.4.4 Sơ đồ chân CPU Z80.

Hình 1.2: Sơ đồ chân và sơ đồ logic CPU-Z80

I.5 Bộ nhớ bán dẫn.

I.5.1.Bộ nhớ - Các bộ nhớ thông dụng.

Bộ nhớ là nơi lưu trữ dữ liệu để microprocessor xử lý.Các bộ nhớ củaMicroprocessor là các IC, các IC nhớ này có thể đọc dữ liệu ra, ghi dữ liệuvào hoặc chỉ đọc dữ liệu ra

I.5.2.Hoạt động tổng quát của một bộ nhớ.

 Nhận địa chỉ để lựa chọn đúng ô nhớ cần truy xuất

 Nhận tín hiệu điều khiển để thực hiện việc truy xuất có nghĩa lànhận dữ liệu vào hay gởi dữ liệu ra

 Nhận dữ liệu để lưu trữ vào ô nhớ khi thực hiện chức năng ghi

 Gởi dữ liệu ra khi thực hiện chức năng đọc

 Kiểm tra tín hiệu cho phép để biết bộ nhớ này có được phép truyxuất hay không

xuất nạp sẳn chương trình, khi đã nạp chương trình thì các bit trong ROMnày không thay đổi được nữa.

+ PROGRAMMABLE ROM (PROM): Loại ROM này người sử dụng cóthể nạp chương trình bằng một thiết bị gọi là thiết bị đốt PROM Khi đãnạp chương trình thì các bit dữ liệu trong PROM không thể thay đổi được

+ ERASABLE PROGRAMMABLE ROM (EPROM): Đây là loại ROMmà người sử dụng có thể nạp chương trình và các chương trình đó có thểxoá hay thay đổi được bằng một thiết bị chuyên dùng

b> RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)

RAM là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên có nghĩa là bất kỳ ô nhớ nàocũng dễ dàng truy xuất như những ô nhớ khác

RAM được dùng trong máy vi tính để lưu trữ tạm thời chương trìnhvà dữ liệu, nội dung các ô nhớ trong RAM thay đổi liên tục khiMicroprocessor thực hiện chương trình Điều này đòi hỏi chu kỳ đọc, ghiphải nhanh để RAM không làm giảm tốc độ hoạt động của hệ thống

Khuyết điểm của RAM là dữ liệu lưu trữ trong RAM sẽ mất đi khimáy tính mất điện, điều này có thể được cải thiện bằng cách dùng nguồnpin

Bộ nhớ RAM được chia làm hai loại SRAM và DRAM

+ STATIC RAM(SRAM): Đây là loại RAM lưu trữ dữ liệu mãi mãi nếunguồn nuôi không bị mất đi SRAM thực chất là hàng flip flop, trong đó mỗiflip flop là một phần tử nhớ đại diện cho 1 bit

+ DYNAMIC RAM (DRAM) : Đây là loại RAM luôn được làm tươi.Cấu trúc cơ sở của 1 tế bào nhớ của DRAM là một tụ điện giữa cực chắn vàcực nền của một Transistor Dưới tác dụng của dòng rỉ, điện thế trong tụ bịgiảm dần vì vậy phải luôn nạp điện cho mỗi tụ với chu kỳ nạp là 2ns Việcnạp điện cho tụ như vậy gọi là quá trình làm tươi DRAM Quá trình làmtươi DRAM bao gồm việc đọc dữ liệu ra khỏi ô nhớ rồi viết trở lại Trongthời gian làm tươi thì không được truy xuất ô nhớ nào đó

Hình 1.3: Sơ đồ chân và sơ đồ logic EPROM 2764Bảng trạng thái làm việc của EPROM 2764.

Program Verify VIL VIL VIH VPP VCC DOUT

I.5.4 Khảo sát họ SRAM.

a> Cấu trúc của SRAM.

SRAM được chế tạo theo kỹ thuật MOST Dữ liệu trong SRAM sẽ tồntại nếu không ngắt nguồn nuôi RAM Dung lượng SRAM cũng phụ thuộcvào số đường địa chỉ

Tương tự như bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM cũng có một số thanh ghi,mỗi thanh ghi lưu trữ một từ dữ liệu duy nhất và có một địa chỉ duy nhất

Hình 1.5: Sơ đồ chân và sơ đồ logic RAM 6264

Bảng sau cho ta các chế độ hoạt động, căn bản của RAM 6264 phụthuộc vào trạng thái của các chân điều khiển

I.6.1.Khảo sát khảo sát vi mạch giao tiếp 8255A.

a> Cấu trúc phần cứng 8255A.

8255A là IC ngoại vi được chế tạo theo công nghệ LSI dùng để giao tiếp song song giữa Microprocessor và thiết bị điều khiển bên ngoài

Hình 1.6:Sơ đồ chân và sơ đồ logic 8255A

Tên các chân 8255A:

D7 – D0 Dữ liệu Bus (Bi – Direction)

RESET Reset input

nhóm: Nhóm A gồm Port A và 4 bit cao của Port C, nhóm B gồm Port B và

4 bit thấp của Port C Để sử dụng các Port của 8255A người lập trình phảigởi từ điều khiển ra để thanh ghi điều khiển 8255A định cấu hình cho cácPort đúng theo yêu cầu mà người lập trình mong muốn

GROUP BPORT C (LOWER)

1 0 1 D4 D3 1 D1 D0

Ở Mode 0 các Port A, Port B, Port C thấp cà Port C cao là các Port

xuất hoặc nhập dữ liệu độc lập Do có 4 bit để lựa chọn nên có 16 từ điều

khiển khác nhau cho 16 trạng thái xuất/nhập của 4 Port

b> Các nhóm A và B được cấu hình ở Mode 1:

 Nhóm A làm việc ở cấu hình Mode 1.

 Port A được cấu hình là Port nhập dữ liệu.

Chức năng của các đường tín hiệu được trình bày ở hình vẽ 1.8

Các đường tín hiệu của Port C trở thành các đường điều khiển/dữ liệu của PortA

Hình 1 8: Chế độ làm việc khi PORT A nhập dữ liệu

Bit PC4 trở thành bit STBA ( Strobe Input, tác động mức thấp nhất),

được dùng để chốt dữ liệu ở ngõ vào PA7 – PA0 vào mạch chốt bên trong

8255A

Bit PC5 trở thành bit IBFA (Input Buffer Full, tác động mức cao), dùng

để báo cho thiết bị bên ngoài biết dữ liệu đã được chốt vào bên trong

Bit PC3 trở thành bit INTRA (interrupt Request, tác động mức cao), bit

này có mức logic 1 khi 2 bit STBA = 1, IBF = 1 và bit INTEA (Interrupt

Enable) ở bên trong 8255A bằng 1 Bit INTEA được thiết lập mức logic 1 hay

0 dưới sự điều khiển của phần mềm dùng cấu trúc bit Set/Reset của 8255A

Ở hình vẽ 1.8, bit INTEA = 1 dùng để cho phép tín hiệu IBF xuất hiện tại

ngõ ra của INTEA cổng AND Tín hiệu INTRA tác động đến ngõ vào ngắt của

Microprocessor để báo cho Microprocessor biết: dữ liệu mới đã xuất hiện ở

Port A Chương trình phục vụ ngắt đọc dữ liệu vào và xóa yêu cầu ngắt

Các bit còn lại của Port C: PC6, PC7 là các bit xuất/nhập bình thường tùy

thuộc vào bit D3 trong từ điều khiển hình 1.9 Các bit xxx dùng để thiết lập

Chức năng của các đường tín hiệu được trình bày ở hình vẽ 1.9.

Các đường tín hiệu của Port C trở thành các đường điều khiển/dữ liệu của PortA

Hình 1.9: Chế độ làm việc PORT A xuất dữ liệu

Bit PC7 trở thành bit OBFA (Output Buffer Full, tác động mức thấp), khi có

dữ liệu Microprocessor gởi ra Port A, tín hiệu OBFA sẽ yêu cầu thiết bị bên

ngoài nhận dữ liệu

Bit BC6 trở thành bit ACKA (AcknowLEDge Input, tác động mức

thấp), thiết bị nhận dữ liệu dùng tín hiệu này để báo cho 8255A biết tín

hiệu đã được nhận và sẵn sàng nhận dữ liệu tiếp theo

Bit PC3 trở thành INTRA (Interrupt Request, tác động mức cao), bit

này có mức logic 1 khi 2 bit OBFA = 1, ACKA = 1 và bit INTEA (Interrupt

Enable) ở bên trong 8255A bằng 1 Tín hiệu INTRA tác động đến ngõ vào

ngắt của Microprocessor để báo cho Microprocessor biết: thiết bị bên ngoài

đã nhận dữ liệu ở Port A

Các bit còn lại của Port C: PC4, PC5 là các bit xuất/nhập bình thường

tùy thuộc vào bit D3 trong từ điều khiển hình 1 8 Các bit xxx được dùng để

thiết lập nhóm B

 Port B được cấu hình là Port nhập dữ liệu.

Chức năng của các đường tín hiệu được trình bày ở hình vẽ 1.10

Các đường tín hiệu Port C trở thành các đường điều khiển /dữ liệu của Port

B

Hình 1.10: chế độ làm việc khi port B nhập dữ liệu

Chức năng của các bit điều khiển giống như nhóm A hoạt động ở Mode 1

 Port B được cấu hình là Port xuất dữ liệu

Chức năng của đường tín hiệu được trình bày ở hình vẽ 1.11

Các đường tín hiệu Port C trở thành các đường điều khiển/dữ liệu

của Port B

Hình 1.11: Chế độ làm việc khi PORT B xuất dữ liệu

Chức năng của các bit điều khiển giống như nhómA hoạt động ở

Mode 1

Các bit xxx được dùng để thiết lập cho nhóm A, bit D0 không có tác dụng

trong trường hợp cả 2 nhóm làm việc ở mode 1

c> Nhóm A của 8255A làm việc ở Mode 2.

Mode 2 là kiểu hoạt động Strobed Bi – directional 10, sự khác biệt

với các Mode 1 là Port có hai chức năng xuất nhập dữ liệu

Từ điều khiển khi hai nhóm A hoạt động ở Mode 2:

1 1 X X X X X X

Hình 1.12: Nhóm A làm việc ở chế độ xuất/nhập dữ liệu

Bit PC7 trở thành bit OBFA, PC6 trở thành ACKA, PC4 thành bitSTBA, PC5 thành bit IBFA và bit PC3 trở thành bit INTRA khi OBFA = 1,INTE1 = 1 hoặc IBFA = 1, INTE2 = 1

Các bit PC2,1,0 còn lại có thể là các bit I/O tùy thuộc vào các bit điềukhiển của nhóm B Chú ý khi nhóm A làm việc ở Mode2, nhóm B chỉ đượcphép hoạt động ở Mode 0

Cấu hình này còn cho phép Set / Reset từng bit của Port C từ điềukhiển này khác với từ điều khiển cấu hình là bit D7 = 0

Hình 1.13:Dạng set và reset bit

Bit D0 dùng để Set/Reset bit INTE, khi D0 = 1 thì INTE = 1 (chophép ngắt), khi D0 = 0 thì INTE = 0 (không cho phép ngắt) 3 bit D1D2D3dùng để chọn 1 bit của Port C, gán mức logic của bit D0 cho bit của Port đãchọn

Trong thực tế Port A và Port B thường được cấu hình với mode khácnhau Ví dụ nhóm A hoạt động ở Mode 2, nhóm B làm việc ở Mode 0

CHƯƠNG 2:

PHƯƠNG PHÁP GIAO TIẾP VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI

Giao tiếp giữa máy tính với thiết bị ngoại vi là việc trao đổi dữ liệugiữa máy tính với một hay nhiều thiết bị ngoại vi (với môi trường ngoài).Máy tính có nhiều cổng vào ra (I/O) để thực hiện chức năng trên Các cổngvào ra gồm:

- cổng nối tiếp ( port com)

- Cổng song song ( cổng máy in)

- Khe cắm trong máy tính (Slot card)

II.1/Giao tiếp qua cổng nối tiếp RS232

Cổng nối tiếp RS232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất, nó còn gọilà cổng COM 1 , còn cổng COM 2 thường dùng tự do cho ứng dụng khác.Cổng này truyền dữ liệu dưới dạng nối tiếp theo một tốc độ do người lậptrình quy định ( thường là 1200;2400;4800;9600 bps…) Loại truyền này cókhả năng dùng cho những khoảng cách lớn

Cổng nối tiếp RS232 không phải là một hệ thống bus, nó cho phépdễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức điểm giữa hai máy cần trao đổithông tin với nhau

Chiều dài dữ liệu truyền đi có thể là 5,6,7 hoặc 8 bit, và kèm theocác bit start, stop, parity để tạo thành một khung truyền (frame) Do việctruyền dữ liệu là nối tiếp nên tốc độ truyền bị hạn chế nên nó thườngkhông được sử dụng torng những ứng dụng cần tốc độ truyền cao

Khung truyền dữ liệu như sau:

- Hình dạng của cổng nối tiếp ở máy tính:

- Địa chỉ cơ bản của cổng nối tiếp COM 1 là 3F8h

- Địa chỉ cơ bản của cổng nối tiếp COM 2 là 2F8h

II.2/Giao tiếp qua khe cắm máy tính (Slot-card).

Trong máy vi tính trên board mạch hệ thống thường chế tạo sẵn các khe cắm nhằm mụch đích mở rộng bộ nhớ cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng của máy vi tính bằng cách gắn thêm các board mạch mở rộng vào cáckhe cắm này

Mỗi slot đều có các bus dữ liệu , bus địa chỉ và các đường tín hiệu điều khiển như :CLK,IOW,IOR,AEN,ALE,RESET.Do đó việc thiết kế các Slot-Card từ các đầu cắm Slot sẽ đơn giản, số linh kiện kèm theo ít, và tận dụng được các nguồn điện của máy tính (+5v,-5v,+12v,-12v) nên giá thành sẽ rẻ đi, dễ dàng đưa tín hiệu điều khiển ra ngoài và tốc độ truyền nhanh.Bên cạnh những ưu điểm đó, Slot cũng có một số những nhược điểm như sau:

-Slot-Card phải cắm vào các Slot trên board mạch hệ thống nên phải gỡ nắp máy

-Phạm vi truyền tín hiệu gần và cáp truyền phức tạp.Trong một số trường hợp không thực hiện được

Vì vậy khi sử dụng Slot- Card để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cần cân nhắc kỹ ưu khuyết điểm Tùy theo mụch đích sử dụng mà ta chọn phương án thích hợp nhất

Cổng máy in có tất cả 17 đường dẫn bao gồm 12 đường dẫn ra và 5đường dẫn vào Các đường dữ liệu từ D0 - D7 là những đường dẫn mộtchiều và là đường dẫn ra Các đường tín hiệu vào ra có chốt.

- hình dạng của cổng máy in:

-các đường dẫn tín hiệu được mô tả như sau:

chân số 1(STROBE):Chân ra, khi máy tính đưa tín hiệu này ra thì nó báocho máy in đọc dữ liệu vào để in.Xung tác động ở mức thấp

Chân 2 - 9 (DATA): các chân ra dữ liệu của máy tính

Chân 10 ( ACK) : chân vào để báo cho máy tính biết là dữ liệu đã nhậnđược và yêu cầøu máy tính gởi dữ liệu tiếp theo

Chân 11 (BUSY) : chân vào để báo cho máy tính biết là máy in đang bậnkhông thể nhận tiếp dữ liệu từ máy tính gởi ra Chân này tác động ở mứccao

Chân 12 (PE) :chân vào để báo cho máy tính biết là máy in hết giấy Chânnày tác động ở mức cao

Chân 13 (SLCT): chân vào để báo máy tính đang ở trạng thái lựachọn.Chân này tác động ở mức cao

Chân 14 (AF) :chân ra tác động ở mức thấp.Khi tác động thì máy tự độngdịch thêm một dòng sau khi in

Chân 15 (ERROR) : chân vào tác động mức thấp để báo máy in đang bị lỗi.Chân 16 (INIT) : chân ra tác động mức thấp để đặt lại máy in

Chân 17 ( SLCTIN) : chân ra tác động mức thấp để báo máy in đưa dữ liệuvào

Chân 18 - 25 (GND): là chân nối mass

Trong 17 đường dẫn tín hiệu thì có 5 vào, vì vậy việc bắt tay giữa máy tínhvà máy in được thực hiện chẳng hạn như khi máy in không còn đủ chổ

Hình2.1: Cổng máy in

b/ Thanh ghi ñieàu khieån

Chaân 1 Chaân 14Chaân 16Chaân 17Chaân IRQ-ENABLE

D7 D6 D5 D4 D3 0 0 0

Error (chađn 15)SLCT(chađn 13)PE(chađn 12)ACK(chađn 10)Busy(chađn 11)

c/ Thanh ghi tráng thaùiHình 2.2 : Thanh ghi coơng maùy in cụa maùy tính PC

Caùc ñöôøng daên tín hieôu cụa coơng maùy in ñöôïc saĩp xeâp thaønh 3 thanhghi:thanh ghi döõ lieôu, thanh ghi tráng thaùi vaø thanh ghi ñieău khieơn Thođngqua 3 thanh ghi naøy cho pheùp trao ñoơi thođng tin giöõa mođi tröôøng ngoaøi vaøboô nhôù maùy tính

-ñòa chư htanh ghi döõ lieôu vôùi ñòa chư cô bạn cụa coơng maùy in 378h

-ñòa chư thanh ghi tráng thaùi laø 379h

-ñòa chư thanh ghi ñieău khieơn laø 37Ah

Muoân truy xuaât döõ lieôu qua coơng maùy in thì ta phại bieẫt ñöôïc ñòa chư cô bạncụa caùc thanh ghi döõ lieôu gói laø ñòa chư cô bạb cụa coơng maùy in

Ñòa chư cô bạn cụa coơng maùy in LPT1 laø 378h ñòa chư cô bạn cụa coơng maùy

in LPT2 laø 278h

II.4/Chón coơng giao tieâp vôùi KIT vi xöû lyù.

Tuy coù nhieău phöông phaùp giao tieâp vôùi thieât bò ngoái vi ñöôïc trìnhbaøy ôû tređn, nhöng chuùng em chón phöông phaùp giao tieâp song song quacoơng maùy in LPT1,vì phöông phaùp naøy ñôn giạn, deê thieât keâ phaăn cöùng,toâc ñoô truyeăn nhanh, thích hôïp truyeăn döõ lieôu trong khoạng caùch gaăn, caùcñöôøng tín hieôu vaøo ra ôû möùc TTL töông thích vôùi KIT vi xöû lyù

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

 Sơ đồ mạch quang báo.

A.QUANG BÁO

III.1.Khái niệm cơ bản:

Quang báo là thiết bị thông tin văn bản Sơ đồ khối cơ bản quang báo gồm 3 đơn vị chính như hình vẽ:

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống quang báo

Thông tin cần hiển thị quang báo được đưa vào hệ thống quang báo từđơn vị nhập thông tin Đơn vị này có thể là bàn phím, bộ nhớ ngoài…Đơn vịnhập thông tin có nhiệm vụ biến đổi thông tin dưới dạng số và cung cấp chohệ vi xử lý

Đơn vị xử lý có thể là KIT vi xử lý hoặc là máy tính hay kết hợp cảhai Đơn vị xử lý thông tin quy định chế độ hiển thị của hệ quang báo

Đơn vị hiển thị thường là ma trận LED Đồng thời có thể là một bảng

NHẬP THÔNG TIN

HỆ VI XỬ LÝ ĐƠN VỊHIỂN

THỊ

MÁY

QUÉT HÀNG

QUÉT CỘT

BẢNG ĐÈN GIAO

TIẾP

xử lý là KIT vi xử lý hoặc máy vi tính có ngõ giao tiếp với bàn phím Quangbáo loại này cho phép thay đổi nội dung hiển thị tương đối thuận lợi.

- Quang báo giao tiếp với máy vi tính:

Đây là loại quang báo được điều khiển bằng máy vi tính nên chế độ hiển thị rất đa dạng, phong phú Thông thường quang báo loại này được thiết kế truy xuất từng điểm(chế độ graphic) Với sự phát triển của phần mềm hiện nay được máy tính vừa điều khiển vừa làm việc khác

- Quang baó kết hợp giữa KIT vi xử lý và máy tính:

Loại quang báo này đa dạng hơn , chúng vừa có thể làm việc độc lậpvừa kết hợp nhau, có tính lưu trữ (KIT vi xử lý), có thể kiểm tra nội dungcần hiển thị một cách dễ dàng(màn hình máy tính), nội dung hiển thị chínhxác

Ngoài việc phân loại trên, các hệ thống quang báo còn có thể đượcphân loại theo kích thước của ma trận hiển thị

III.3.Phương pháp multiplex điều khiển ma trận led

Để điều khiển ma trận LED cần có mạch chốt dữ liệu, xuất dữ liệu cácmạch này phải kết hợp chặt chẽ với nhau Số mạch chốt tỷ lệ với số lượngLED

Với một ma trận hiển thị, số lượng LED rất lớn, kéo theo số mạch chốtnhiều,dẫn đến phần hiển thị quang báo trở nên phức tạp, cồng kềnh, khókết nối, khó vẽ mạch in, không có tính kinh tế

Phương pháp MULTIPLEX cho phép ta điều khiển ma trận LED với sốlượng đường dây và mạch in giảm đáng kể

Theo phương pháp này tại mỗi thời điểm chỉ duy nhất có một LEDsáng Các LED phát sáng theo tần số đủ nhanh để mắt người cảm thấyLED sáng liên tục, nhờ hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc của mắt, nhưngchú ý làm sau cho các LED sáng rõ không có cảm giác rung

Do LED được cấu dòng phát sáng trong thời gian ngắn, nên để LEDthấy rõ biên độ dòng xung phải lớn hơn nhiều lần so với dòng DC trungbình qua LED Với chế độ làm việc biên độ dòng khá lớn, LED có thể bị hưnếu thời gian quá lâu Vì vậy các ma trận LED phải được bảo vệ thích hợptránh hư hỏng

Phương pháp MULTIPLEX được dùng trong phương pháp truyền data

việc của hệ thống Khi người sử dụng muốn viết một chương trình nào đótrên mạch KIT sau khi đưa dữ liệu vào, nhờ có màn hình hiển thị mà ta cóthể kiểm tra lại dữ liệu nhập vào đã đúng hay chưa.

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại màn hình hiển thị như hiển thị mànhình Video, bằng Ma Trận LED, bằng LED 7 đoạn Trong các cách hiển thịtrên, việc hiển thị bằng LED 7 đoạn có cấu trúc đơn giản và dể sử dụng.Thật ra, dù là loại LED đi nữa thì cấu tạo của chúng cũng từ nhiều phần tửLED rời qua công nghệ sản xuất chúng sẽ có những hình dạng khác nhau

Và như ta đã biết nguyên lý hoạt động của Diod Phát Quang là sẽphát sáng khi có dòng điện chạy qua cỡ ( 5 – 30)mA Do đó nó có thể chỉ thịđược:

+Tín hiệu 1: khi có dòng điện chạy qua, diod sáng

+Tín hiệu 0: khi không có dòng điện chạy qua, diod tắt

III.4.1.Sơ đồ chân ma trận LED và IC thanh ghi dịch 74164.

a.Ma Trận LED.

Cấu tạo Ma Trận LED gồm có 40 điểm LED nhỏ , được chia thành 8hàng và 5 cột (tùy từng loại Ma Trận LED mà ta sẽ có loại quét cột ở mứccao hay

Hình 3.2: Sơ đồ chân Ma Trận LEDmức thấp) Trong hệ thống này 8 hàng này là 8 hàng Anod và 5 cột là 5 cột

b.thanh ghi dịch 74164.

Hình 3.3: Sơ đồ chân IC74164

Các thông số cơ bản của IC họ 74LS loại thanh ghi dịch

* Điện thế cung cấp: Vcc = 4,75  5,25 Volt

* Dòng ra mức cao: IOH = 400A

* Dòng ra mức thấp: IOL = 8mA

* Tần số xung clock: f = 25 MHz

* Độ rộng xung CK: T = 2ns

* Dòng vào mức cao: IIH = 20A

* Dòng vào mức thấp: IIL = -0.6  -0,4 A

* Dòng cung cấp max: Iomax = 25 mA

III.4.2.Cấu trúc bộ hiển thị.

Màn hình hiển thị được ghép lại từ 16 Ma Trận LED Để tiết kiệmbộ giải mã ta dùng phương pháp quét dồn kênh (multiplexer) nghĩa là 8hàng giống nhau của 16 Ma Trận LED được nối chung lại với nhau rồi đưađến 8 đường ra PORT A của 8255A thứ hai Vi xử lý xuất dữ liệu ra PORT

A này, dữ liệu xuất ra sẽ quyết định điểm LED nào sáng Với 16 Ma TrậnLED ta sẽ có 80 cột LED ( 16x5 ), 80 cột này kết hợp với 80 ngõ ra từ 10

IC 74164 để quét màn hình, các Transitor D468 được sử dụng để thúc dòngcho cột LED Các cột LED được mắc lần lượt theo dạng nối tiếp nghĩa làchân QH của 74164 thứ nhất sẽ nối vào chân AB 74164 thứ hai cứ thế tiếptục cho đến IC 74164 thứ chín, chân CK của 10 IC 74164 được nối chung lạivới nhau và đưa ra PORT B _8255A thứ hai như vậy tần số quét của màn

-Dòng cấp cho led là dòng xung, biên độ phải đủ lớn để led sáng thấy rõ -Mỗi lần quét chỉ có một led sáng, chọn dòng qua led là 30mA.

Vậy mạch điều khiển hàng phải có dòng:

Ihàng = 20mA

Do Q1 làm việc ở chế độ xung và tại mỗi thời điển chỉ có một LEDsáng nên ta chọn Q1 với dòng IC = 50mA

Tra sổ tay nghiên cứu transitor nhật ta chọn được :2SC1887, 2SC1940 vv

Ơû đây ta chọn 2SC828 có các thông số

SLN, IC=50mA, P=400 mW, VCBO=30 volt, VEBO=7 volt, hFE=130-520

Dòng điện cực B khi các transitor quét hàng dẫn là:

Vậy R1 = Vcc/IC = 5/30mA  150

b> điều khiển cột.

Ma Trận LED được điều khiển bằng cách chọn cột rồi xuất dữ liệuqua hàng Dữ liệu được xuất ra được vi xử lý gởi ra bộ phận hiển thị thôngqua 8 đường của PORT A_ 8255A(2)

Tương tự với điều khiển hàng, điều khiển cột Transitor cũng phảilàm việc ở chế độ bão hoà Tại mỗi thời điểm sẽ có một cột được chọn chonên dòng qua Transitor sẽ là :

Icột = 30mA 8 = 240mA

Ta chọn Transitor Q2 là D468 với các thông số như sau:

S1-NPN, IC=1A,  = 85 – 240, VCBO=25volt, VEBO= 5volt

Để Transitor Q2 dẫn bão hòa Ta chọn IB = 4mA

VRB = 5V – 0.7V = 4.3V

Hình 3.4:Sơ đồ mạch hiển thị thu gọn

III.4.4 Mạch nguồn.

Yêu cầu:

- Cấp đủ dòng và áp cho mạch ổn áp

- Độ dợn sóng thấp

 Chọn dòng cung cấp cho mạch KIT :

+ Dòng cung cấp cho 74LS04: 2,4mA

+ Dòng cung cấp cho 74LS14: 10mA

+ Dòng cung cấp cho 74LS74: 4mA

+ Dòng hoạt động của EPROM 2764: 150 mA

+ Dòng hoạt động của RAM 6264: 100mA

+ Dòng hoạt động của 8255A: 30mA

Dòng điện cần cung cấp cho mạch KIT là : IKIT = 800mA

Như vậy để cho hệ thống làm việc được thì nguồn cung cấp cho hệthống phải có các tiêu chuẩn: điện áp cung cấp +5v, dòng tối thiểu 1A

III.5.Bảng kiểu ký tự.

Việc thực hiện kiểu ký tự trong thưc tế có nhiều cách thực hiện tuỳthuộc vào yêu cầu, mục đích hiển thị Có thể đó là việc hiển thị dòng thôngbáo bằng tiếng ANH, lúc này kiểu chữ cần thể hiện gọi là ký tự khôngdấu, ta có thể dùng Ma Trận LED 5x8 để hiển thị Ngoài ra, cần muốn thểhiện cả ký tự có dấu, như dòng thông báo tiếng VIỆT, ta có thể dùng các

ma trận ký tự có độ phân giải cao như 8x12, 8x14 hoặc ta có thể sử dụngluôn ma trận 5x8 để thể hiện văn bản tiếng VIỆT Để cho kiểu chữ thểhiện ký tự có dấu đẹp hơn , dễ nhìn hơn, ở đề tài này chúng em chỉ thểhiện ký tự có dấu ở dạng chữ hoa Bảng kiểu chữ được thể hiện trong cáchình vẽ sau:

Để thực hiện kiểu ký tự trên bảng đèn LED, nhóm thực hiện vẽdạng chữ trên các hình vẽ, tương ứng với các ô màu đen là mức logic

70 28 24 28 70 70 29 26 29 70 70 2A 25 2A 70

70 28 A4 28 70 70 29 A6 29 70 70 2A A5 2A 70

24 44 3C 04 04 7C 10 28 44 00 7C 40 40 40 40

7C 08 10 08 7C 7C 08 10 20 7C 38 44 44 44 38

38 46 45 46 38 38 44 44 45 3B 7C 14 14 14 08

38 46 C5 46 38 38 44 C4 45 3B 38 44 44 46 39

38 44 44 64 78 7C 14 34 54 48 48 54 54 54 24

04 04 7C 04 04 3C 40 40 40 3C 3C 40 40 41 3F

3C 40 40 42 3D 3E 41 40 40 3C 3D 42 40 40 3C

1C 20 40 20 1C 7C 20 10 20 7C 44 28 10 28 44

44 24 14 0C 04 28 54 54 54 28 48 54 54 54 38

02 01 00 00 00 01 02 00 00 00 01 03 00 00 00

02 01 02 01 00 80 00 00 00 00 00 00 28 00 00

08 04 54 0C 00 00 00 5C 00 00 00 10 10 10 00