Giáo trình kỹ thuật vi xử lý phần 1

B ộ GIÁO DỤC VÀ Đ À O TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGU Y ÊN N g u y ễ n T r u n g Đ n g - Bùi T h ị M a i H o a K y th u ậ t VI x LY \O I = / N H À XUẤT B Ả N K H O A HỌC V À KỸ THUẬT BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN N g u y ế n T ru n g Đ n g - B ù i T h ị M H oa Giáo trinh KỸ THUẬT VI XỬ LÝ NHẢ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ N Ô I - 2010 Chịu trách nhiệm xuất TS Phạm Văn D iễn Biên tập Vũ Thị V iệt Hương Trình bày bìa : Thuỳ Dương NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 - Trần Hưng Đạo, Hà Nội In 200 khổ 15,5 X 22,5 cm Công ty TNHH in Thanh Bình Số ĐKKHXB: 1051-2009/CXB/ 12-132/KHKT ngày 13/11/2009 Quyết định xuất số 435/QĐXB-NXBKHKT ngày 30/12/2009 In xong nộp lưu chiểu 1/2010 LỜI NĨI ĐÀU Cơng nghệ thơng tin ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ song thườĩig nhật Bên cạnh khối lượng phần mềm hệ thống ứng dụng đồ sộ, công nghệ phần cứng phát triên vô nhanh chóng Có thê nói, hệ thơng máy tỉnh cải thiện khoảng thời gian rắt ngắn, ngày nhanh hơn, mạnh đại Những kiến thức phần cứng cùa hệ thống máy tính ln ln địi hỏi cấp thiết cùa người chọn công nghệ thông tin làm định hướng cho nghề nghiệp nghiệp khoa học tương lai Giáo trình Kỹ thuật Vi xử lý viết sở giáng theo sát để cương môn học thực Khoa Công nghệ thông tin trực thuộc trường Đại học Thải Nguyên từ thành lập đến luôn sửa chữa, bo sung đế đáp ứng nhu cầu kiến thức cùa sinh viên học tập Khoa Cơng nghệ thơng tin Giáo trình chia thành chương: Chương I giới thiệu kiến thức tổng quan sử dụng kỹ thuật Vi xứ lý hệ đếm, cách thức biểu diễn thông tin hệ Vi xừ lý mảy tính, nhìn nhận qua lịch sử phát triến cùa trung tâm Vi xử lý Chương II giới thiệu cẩu trúc hoạt động cùa đơn vị xứ lý ' trung tâm từ ịiP8085 đến cấu trúc cùa Vi xử lý họ 80x86, cẩu trúc RISC CISC Do ứng dụng thực tê rộng lớn đời sổng, chương II có giới thiệu thêm cẩu trúc chức cùa chip Vi xử lý chuyên dụng ỊXC8051 Chương III cung cấp kiến thức lổ chức nhớ cho hệ Vi xử lý, kỹ thuật bước xây dựng vỉ nhớ ROM, RAM cho hệ Vi xử lý Chương IV sâu khảo sát số mạch chức khả lập trình mạch điều khiển vào/ra dừ liệu song song, mạch điểu khiển vào/ra liệu tiếp, mạch định thời mạch điều khiến ngắt Chương V giới thiệu cúc cấu trúc cách xây dựng, phổi ghép sổ thiết bị vào/ra bủn cho hệ Vi xử lý bàn phím Hexa, hệ thơng thị thanh, bàn phím máy tỉnh hình Cuốn giáo trình cỏn thiếu sót, mong góp ỷ độc giả Mọi ỷ kiến đóng góp xin gửi theo địa chỉ: Bộ mơn Kỹ thuật máy tính - Khoa Cơng nghệ Thơng tin Đại học Thải Nguyên - Thái Nguyên Hoặc theo địa Email: dongnt@Ịin.vnn.vn Tel 098 341 0866 Nhóm biên soạn MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẺ CÁC HỆ VI xừ LÝ IẾl ẵ Các 1.1.1 IẼ1.2 1.1.3 I lể4 hệ đếm Hệ đếm Hệ đếm Hệ đếm Hệ đém thập phân (R = 10 - Decimal) nhị phân (R = - Binary) bát phân (R = - Octal) 16 (R = 16-H exa) 9 10 10 10 10 1.2 Chuyển đồi lẫn hệ đếm 1.2.1 Hệ nhị phân hệ thập phân 1.2.2 Hệ nhị phân hệ Hexa 11 1r 13 Iẻ3 Biểu diễn thông tin hệ Vi xử lý 1.3.1 Mã hố thơng tin khơng số 1.3.2 Mã hố thơng tin số 1.3.3 Biểu diễn liệu số máy tính 1.3.4 Bản chất vật lý thông tin hệ Vi xử lý 14 15 15 15 17 1.4 Vài nét thực phcp tính hệ đếm nhị phân 1.4.1 Phép cộng phép trừ 1.4.2 Phép nhân phép chia 18 19 20 I.5 Cấu trúc hệ Vi xử lý máy vỉ tính 1.5.1 Vài nét lịch sử phát triển trung tâm Vi xử lý 1.5.2 Cấu trúc hệ Vi xử lý 21 21 22 CHƯƠNG II CÁC ĐƠN VỊ VI xử LÝ TRUNG TÂM (CPU - CENTRAL PROCESSING UNIT) II.l T rung tâm Vi xử lý |iP8085 IIễl.l Các nhóm tín hiệu |iP8085 II 1.2 Khái niệm chất vật lý BUS hệ Vi 29 32 IIệ1.3 Các mạch trạng thái, mạch chốt mạch khuyếch đại BUS chiều 37 II 1.4 Biểu đồ Timing thực lệnh CPU HP8085 41 IIỖ1.5 Khái niệm chu kỳ BUS 43 II 1.6 Ngắt (Interrupt) 45 II 1.7 Truy nhập trực tiếp nhớ (Direct Memory Access - DMA) 46 II 1.8 Vi chương trình (Microprogram) tập lệnh ịiP8085 48 II 1.9 Vài nét lập trình cho 8085 54 II 1.10 Hệ lệnh cua |iP8085 56 II.2 Các trung tâm Vi xử lý họ 80x86 II 1.1 Mô tả chân fiP8086 tín hiệu II 1.2 Cấu trúc Trung tâm Vi xử lý họ 80x86 II 1.3 Hệ thống ghi |j.P80x86 II 1.4 Các chế độ làm việc MIN/MAX II 1.5 Phương thức quản lý nhớ, mode địa chi II 1.6 Phương thức đánh địa thiết bị ngoại vi II 1.7 Các mạch Multiplexer, mạch Decoder, mạch PLA II 1.8 Vài nét lập trình hợp ngữ 61 61 64 66 72 72 78 79 81 II.3ẽ Cấu trúc tính số chip Vi xử lý đại IIỂ3.1 Cấu trúc chip Vi xử lý Pentium 11.3.2 Cấu trúc RISC, CISC 11.3.3 Quản lý nhớ 11.3.4 Bộ nhớ cache 82 85 90 90 95 II.4 Single-Chip M icrocom puter JIC8051 11.4.1 Tổng quan 11.4.2 Mô tả cấu trúc chức 11.4.3 Lập trình cho |iC8051 11.4.4 Các khả ứng dụng ỊiC8051 96 96 99 112 113 CHƯƠNG III Bộ NHỚ TRONG CỦA HỆ VI x LÝ III.l Bộ nhớ hệ Vi xử lý III 1.1 Phần tử nhớ, vi mạch nhớ, từ nhớ dung lượng nhớ ỉ 14 114 IIIễ1.2 Vài nét nhớ hệ Vi xừ lý máy tính PC 116 III 1.3 Phân loại chip nhớ ROM, RAM 121 III.3 Tổ chức nhớ cho hệ Vi xử lý 111.3.1 Tổ chức nhớ vật lý 111.3.2 Thiết kế vỉ nhớ cho hệ Vi xử lý 123 123 124 CHƯƠNG IV CÁC CHIP KHẢ LẬP TRÌNH (PROGRAMMABLE) r v ềl Tổng quan 128 IV.2 Một sổ mạch chức tiêu biểu 128 IV.2.1 Mạch vào/ra liệu song song PPI-8255 (Progranmiable Peripheral Interface) 128 rv.2.2 Mạch điều khiển ngất PIC-8259 135 IV.2.3 Mạch đếm định thời đa PIT-8253 (Programmable Interval Timer) 147 IV.2.4Mạch điều khiển vào/ra nối tiếp đồng bộ/dị ƯSART-8251 155 CHƯƠNG V THIẾT BỊ VÀO RA CỦA HỆ VI x LÝ v l Bàn phím Hex Keyboard 172 V.2 Ghép nối bàn phím với hệ Vi xử lý V.2.1 Hệ thống bàn phím máy vi tính v 2.2 Quá trình truyen liệu từ bàn phím cho CPU 177 177 179 v ẻ3ẳ Mạch điều khiển lập trình thị 7-segments 180 V.4 Màn hình (Monitor) V.4.1 Màn hình ống tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) v.4.2 Ghép nối mận hình với hệ Vi xử lý v.4.3 Bộ điều khiển hình CRTC 182 182 183 185 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A 139 PHỤ LỤC B 194 PHỤ LỤC c PHỤ LỤC D TÀI LIỆU THAM KHẢO 196 197 153 CHƯƠNG ; TỎNG QUAN VÈ CÁC HỆ VI x LÝ 1.1ẵCác hệ đếm Hệ đếm thông dụng đời sống hệ đếm số 10 (thập phân - Decimal), sử dụng 10 ký tự số từ đến Ngoài ra, sản xuất, kinh doanh cịn có sử dụng hệ đếm số 12 (tá - dozen) Trong hệ thống máy tính, để xử lý, tính tốn, cách biểu diễn liệu thông qua trạng thái “ ” (khơng có điện áp) “ 1” (có điện áp), nên phải sử dụng hệ đếm số (nhị phân Binary), hệ số (bát phân - Octal), hệ số 16 (Hexa) Tuy nhiên, việc nhập liệu hay đưa kết xử lý, ta lại dùng hệ đếm số 10 tính trực giác thói quen người dùng Một số N hệ đếm có n+l chữ số , gồm n chữ số thuộc phần nguyên / chữ số thuộc phần thập phân, triển khai theo cơng thức tổng qt: k=-l đó: R sổ hệ đếm ũk trọng chừ số vị trí thứ k (0 < dk