quá trình hình thành giáo trình thiết kế và thi công hệ thống chấm điểm theo hottime và skiptime 2

Ngoài ra, mạch kiểm soát ngắt sẽ cấm tín hiệu Timer tác động vào ngắt NMI của Z80 nhằm mục đích tránh việc tạo thời gian thực sai dẫn đến hệ thống báo giờ sai.. Về mặt phần mềm: Khi mới

 Nguyên lí hoạt động tổng quát:

Hệ thống báo giờ tự động là một hệ vi xử lí nên hoạt động của hệ thống là sự kết hợp chặt chẽ giữa phần cứng và phần mềm

Vi xử lí được đặt ở chế độ “auto reset” nên khi mới mở điện vi xử lí sẽ bắt đầu đọc bộ nhớ tại địa chỉ 0000h Đây cũng là địa chỉ bắt đầu của chương trình hệ thống Ngoài ra, mạch kiểm soát ngắt sẽ cấm tín hiệu Timer tác động vào ngắt NMI của Z80 nhằm mục đích tránh việc tạo thời gian thực sai dẫn đến hệ thống báo giờ sai

Về mặt phần mềm:

Khi mới mở điện chương trình hệ thống sẽ khởi động mạch hiển thị (khởi tạo 8279) để mạch hiển thị sẵn sàng hiển thị dữ liệu thời gian thực từ vi xử lí gởi tới Ngoài ra, chương trình hệ thống còn reset mạch báo chuông …

Mạch bàn phím hoạt động khi chương trình con Keypro được gọi để phục vụ cho Settime, Hottime hay Skiptime

Phần “cấu tạo và nguyên tắt hoạt động của các khối mạch” sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn hoạt động của Hệ Thống Bước đầu tiên trong việc thiết kế Hệ Thống là phân bố bộ nhớ và thực hiện giải mã địa chỉ cho các bộ phận của Hệ Thống

2.2.1_Bộ nhớ Hệ Thống:

Hệ Thống báo giờ tự động là một hệ vi xử lí nên việc phân bố bộ nhớ Hệ Thống là hết sức cần thiết Ngoài bộ nhớ ROM, RAM Hệ Thống còn có các bộ phận: bàn phím, mạch hiển thị và mạch điều khiển báo hiệu Các bộ phận này được xem như bộ nhớ Bộ vi xử lí sẽ truy xuất các khối mạch này giống như truy xuất bộ nhớ (phương pháp ánh xạ bộ nhớ)

Do yêu cầu hoạt động với vùng nhớ nhỏ Hệ Thống chỉ sử dụng 20KB đầu tiên (0000h – 4FFFh) trong không gian 64KB mà Z80 quản lí Với yêu cầu trên bộ nhớ sẽ được phân chia thành các vùng nhớ dành cho ROM, RAM, vùng nhớ dành cho mạch hiển thị, mạch báo hiệu và bàn phím

Để đơn giản, bộ nhớ Hệ Thống sẽ chia thành 5 vùng với dung lượng 4KB/vùng được phân bố như sau:

4FFFh 4000h

3FFFh 3000h

2FFFh 2000h

1FFFh 1800h

17FFh 1000h

0FFFh

CHẾ ĐỘ CE OE\Vpp Vcc OUTPUT

Read Stand by Program Program verify

Program Inhibit

VIL

VIH

VIL

VIL

VIH

VIL

X Vpp

VIL Vpp

Vcc Vcc Vcc Vcc Vcc

Dout High Z Din Dout High Z

Bảng 1 : BẢNG MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA IC – ROM 2732

Hình 3: SƠ ĐỒ CHÂN CHỨC NĂNG CỦA IC-ROM 2732

Vùng nhớ từ 1000h đến 1FFFh là vùng nhớ RAM dùng để làm ngăn xếp (Stack), vùng đệm, bảng Hottime và bảng Skiptime Với yêu cầu hiện tại, Hệ Thống chỉ sử dụng 2KB từ 1000h đến 17FFh khi có yêu cầu mở rộng 2KB còn lại sẽ được dùng đến IC- RAM được chọn là loại RAM tĩnh (Static Ram) 6116 (2KBx8) IC 6116 có bảng mô tả hoạt động và sơ đồ chân chức năng như sau:

CHẾ ĐỘ CE OE WE DATA

Không chọn Cấm xuất Đọc (Read) Ghi (Write)

H

L

L

L

X

H

L

H

X

H

H

L

High Z High Z Dout Din

Bảng 2 : BẢNG MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA IC – RAM 6116

Hình 4: SƠ ĐỒ CHÂN CHỨC NĂNG CỦA RAM 6116

Vùng nhớ còn lại được dành cho các bộ phận: bàn phím, hiển thị, điều khiển báo hiệu

2.2.2_ Mạch giải mã địa chỉ:

Nhiệm vụ mạch giải mã địa chỉ là thực hiện hoạt động giải mã để tạo ra các tín hiệu : chọn IC nhớ ROM , RAM (CS chip select) và các tín hiệu điều

A 15 A 14 A 13 A 12 A 11 A 10 ……A 0 VÙNG NHỚ TÍN

HIỆU

CHỨC NĂNG

0

0

0

0

0

0

0 0 0

0 0 1

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

x x …… x

0 x …… x

1 x …… x

x x … x

x x … x

x x …… x

0000h – 0FFFh 1000h - 17FFh 1800h – 1FFFh 2000h – 2FFFh 3000h - 3FFFh 4000h - 4FFFh

1

CS

2

CS

DPL BDR KBD

Chọn IC ROM Chọn IC RAM Chưa dùng Hiển thị Báo hiệu Đọc bàn phím

Bảng 3 : BẢNG GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ BỘ NHỚ

Mạch giải mã địa chỉ dùng IC 74LS138 có 8 ngõ ra tác động mức thấp Tín hiệu MERQ từ P tác động vào 2 ngõ vào điều kiện G2A và G2B để điều khiển việc giải mã chọn chip

Hình 5: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ

2.2.3_Tóm tắt:

Mạch điện bộ nhớ Hệ Thống có cấu tạo như sau:

Hình 6: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH BỘ NHỚ

Các tín hiệu CS1, CS2 thực hiện chọn IC ROM và IC RAM Tín hiệu

RD từ P điều khiển việc đọc dữ liệu trong ROM và RAM, tín hiệu WR cho phép P ghi dữ liệu vào RAM

Giản đồ thời gian các chu kì P đọc và ghi bộ nhớ như hình 7:

CLOCK

MERQ

RD

WR

Hình 7: CHU KÌ  P ĐỌC VÀ GHI BỘ NHỚ

Hoạt động đọc, ghi bộ nhớ của P như sau:

Các bộ phận bàn phím, hiển thị và điều khiển báo hiệu thiết kế theo nguyên tắt ánh xạ bộ nhớ Hoạt động của P truy xuất các bộ phận này như sau:

ĐIỀU KHIỂN

(NON_ MASKABLE INTERRUPT)

Ngắt NMI (ngắt không thể che bằng phần mềm) của Z80 là ngắt có độ ưu tiên tuyệt đối Khi có ngắt NMI tác động, chương trình Hệ Thống sẽ tạm dừng công việc hiện tại để thực hiện chương trình phục vụ ngắtNMI bắt đầu tại địa chỉ 0066h

Với yêu cầu đặt ra là Hệ Thống làm việc với thời gian thực, nên đòi hỏi việc đếm thời gian phải thực hiện chính xác và được ưu tiên hàng đầu Do đó, ngắt

NMI dành cho việc đếm thời gian thực Tuy nhiên, ngoài hoạt động đếm thời gian thực chương trình Hệ Thống còn phải thực hiện các công việc khác như: phục vụ bàn phím, phục vụ việc báo hiệu cũng như hiển thị Ngắt NMI không được làm ảnh hưởng đến các hoạt động trên

Công việc thăm dò ngắt INT và NMI được Z80 thực hiện tại chu kì đồng hồ cuối cùng ở chu kì máy cuối cùng của một chu kì lệnh (gọi là các thời điểm to)

Chu kì máy cuối Chu kì máy lệnh kế

Theo hình 8, nếu có tín hiệu gọi ngắt NMI (hoặc ngắtINT) xuất hiện tại các thời điểm khác với các thời điểm to thì chương trình Hệ Thống sẽ không nhận được ngắt NMI và chương trình phục vụ ngắt để tạo thời gian thực sẽ không được thực hiện

Phần mềm Hệ Thống bao gồm nhiều loại lệnh và các lệnh này được thực hiện với số chu kì đồng hồ khác nhau Do vậy, xung gọi ngắt NMI phải đủ rộng để việc thăm dò ngắt NMI được thực hiện một cách hoàn hảo Nếu xung gọi ngắt NMI có độ rộng lớn hơn mức cần thiết thì điều gì xảy ra ?

này vẫn đang ở mức tích cực thấp Để nhận ngắt trở lại, chân NMI của Z80 phải được kéo lên mức logic cao trước khi có tín hiệu ngắt kế tiếp

Như vậy có thể nói rằng, khi tín hiệu NMI ở mức thấp và P nhận ngắt thì việc thăm dò ngắt sẽ không được thực hiện cho đến khi tín hiệu NMI lên mức cao Việc cho tín hiệu NMI lên mức cao trước khi có tín hiệu ngắt kế tiếp tương đương với việc khôi phục hoạt động thăm dò ngắt của P

Tóm lại, để hoạt động đếm thời gian thực không ảnh hưởng đến các hoạt động khác của Hệ Thống (trong đó có việc P nhận ngắtINT) thì độ rộng xung gọi ngắt gọi ngắt NMI (đếm thời gian) phải được chọn thích hợp và chương trình phục vụ ngắt NMI phải không được quá dài Đây là yêu cầu quan trọng đối với hoạt động của Hệ Thống

2.4_Cấu tạo và nguyên tắt hoạt động các khối mạch:

2.4.1_Mạch tạo xung đồng hồ:

Mạch tạo xung đồng hồ có vai trò như quả tim đập nhịp cho hoạt động của Hệ Thống Viêäc tạo thời gian thực sẽ càng chính xác nếu tần số xung clock cấp cho P càng cao Tuy nhiên, Hệ Thống sẽ hoạt động khó ổn định ở tần số cao do nhiễu xuất hiện trên đường mạch in Do vậy, tần số xung clock được chọn sau cho giảm thiểu sai số trong việc tạo thời gian thực và tránh được nhiễu xuất hiện trên mạch in để Hệ Thống hoạt động ổn định Tần số xung clock được chọn là 500KHz

Căn cứ vào tần số xung clock đã chọn và tính chất ngắt NMI của P là sẽ nhận ngắt khi phải thực hiện xong lệnh còn đang dang dở ta tính được sai số về thời gian cực đại do việc tạo thời gian thực như sau:

Thời gian thực hiện lệnh dài nhất t = 23x1/fck

= 23/500000

Sai số trong 1 phút = 60 x t

= 60 x 0.46

= 27,6S

Tính tương tự ta có sai số cực đại trong một năm = 365 x 24 x 60 x 60 x t = 365 x 24 x 60x 60 x27,6

NMIcũng ngay vừa lúc P nhận một lệnh dài nhất nên tần số hoạt động của Hệ Thống = 500KHz là chấp nhận được

Tần số xung clock này cũng được cấp cho IC 8279 để hiển thị

Để tận dụng số lượng cổng logic trên mạch cũng như đơn giản trong thiết kế, mạch dao động được thiết kế như sau:

Hình 9: SƠ ĐỒ MẠCH TẠO XUNG ĐỒNG HỒ

2.4.2_Mạch định thời

Mạch định thời có nhiệm vụ tạo ra xung nhịp tuần hoàn phục vụ cho việc đếm thời gian thực Việc đếm thời gian thực đòi hỏi phải thực hiện một cách chính xác và ổn định Do đó, mạch định thời phải tạo ra tín hiệu định thời có tần số thật chính xác và có tính ổn định cao

Tín hiệu định thời tác động vào ngắt NMI Khi có ngắt NMI chương trình tạo thời gian thực sẽ tăng lên 1 đơn vị thời gian (1 giây)

Để có được tín hiệu định thời tần số 1Hz có độ chính xác và tính ổn định cao mặc nhiên không thể sử dụng mạch dao động RC vì giá trị R,C không ổn định theo thời gian cũng như nhiệt độ

Có thể dùng mạch dao động thạch anh để có được tín hiệu định thời ổn định và chính xác Tuy nhiên, giá trị thạch anh bán ngoài thị trường ít nhất cũng vài trăm KHz, cho nên phải tốn thêm mạch chia tần số thì mới có được tín hiệu định