Thiết kế và thi công kit z80 giao tiếp máy tính qua cổng lpt1

Điểu khiển các thiết bị bằng vi xử lý hoặc bằng máy vi tinh nằm trong hệ thống thực tập điện tử mới về công nghiệp, dân dụng và tự động hóa nó bao gồm các phần ghép nối và điều khiển từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

THIET KE VA THI CONG KIT Z80 GIAO TIEP MAY TINH QUA CONG LPT1

GVHD: QUACH THANH HAI SVTH: NGUYEN THI THU HA

SKLOO1454

TP H6 Chi Minh, thang 02/2000

une ei} PATHOC QUOC GIÁ THÀNH PHỐ HỖ CHÍ MINH

Giáo viên hướng dẫn : QUÁCH THANH HẢI

Sinh viên thực hiện : NGUYEN THI THU HA

Belo ộ giáo dục và dio tao : Công hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc lập ~Tự do —Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

1 Số liệu ban đấu :

2 Nội dung dính toán và thuyết minh :

3.Các bản vẽ và đồ thị cẩn thiết:

4 Cán bộ hướng dẫn : QUACH THANH HAI

5 Ngày giao nhiệm vụ 2 14-1-2000

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 25-2-2000

Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn

Neay 2H Thang (2 Nam 2000-44 4 4

Chủ nhiệm bộ môn

NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHÂN XÉT - ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT

LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn các thây cô trường Đại Học Sư Phạm

Kỹ Thuật đã cho chúng em những kiến thức bổ ích Đặc biệt em xin

chân thành cảm ơn thầy QUÁCH THANH HẢI đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em hoan thánh tập luận văn này đúng thời hạn

Em xin chán thanh cảm ơn :

_ Thầy cô khoa điện -điện tử

_ Tập thể lớp 96 KDD 37

Đã góp ý kiến và trao đối i liệu

Xin chán thành cảm ơn

NGUYỄN THỊ THU HÀ

MUCLUC

PHẨN I: GIỚI THIỆU

Chương I : Giới thiệu vi xử lí

Chương II: Giới thiệu giao tiếp máy tính

PHAN 11: THIET KẾ & THI CONG PHAN CONG

IV Thiết kế giao tiếp máy tính

1 Sơ lược về giao tiếp máy tính và thiết bị ngoại vi

2 Phương án lựa chọn

Chương H : Thi công

PHẦN II : THIẾT Kf PHAN MEM

Chương I : Hướng dẫn sử dụng kit Z80

Chương II : Chương trìng MONITOR

Chương III : Chương trình ứng dụng

PHAN IV : PHU LUC

LỚI XÓI ĐẦU

Sự ra đời và phát triển vượt bậc của bộ vi xử lí đã làm thay đổi hẳn

cấu trúc của hầu hết các ngành , trong mọi lĩnh vực , nó thay thế dẫn các công việc nặng nhọc , mà trước đây con người phải thực hiện bằng chính

sức lao đông của mình , nó góp phần làm cho con người ngày càng ít vất

vả hơn và cuộc sống ngày càng tiện nghỉ hơn

Tại Viết Nam việc chương trình hóa các hệ thống đang được áp

dụng ngày cang nhiều vào các nhà máy công nghiệp

Tuy nhién trong các trường đại học kỹ thuật bộ môn Vi Xử Lý là một môn mới, vì vậy khi dạy học thì thiết bị thực tập rất ít làm cho người

học chỉ thấy được nó là một khối chưa thâm nhập được về cấu trúc, cách

thiết kế cũng như ghép nối hệ thống như thế nào

Hệ thống điểu khiển KIT Z80 bằng vi xử lý giao tiếp với máy tính

giúp cho học viền làm quen và hiểu rõ về kỹ thuật giao diện với máy

tính, tuyên số liệu Điểu khiển các thiết bị bằng vi xử lý hoặc bằng máy

vi tinh nằm trong hệ thống thực tập điện tử mới về công nghiệp, dân

dụng và tự động hóa nó bao gồm các phần ghép nối và điều khiển từ máy

Trong quá trình làm luận văn mặc dù em đã cố gắng vận dụng

những kiến thức đã học và tìm tồi những tài liệu có liên quan đến đề tài

với sự giúp đỡ tận tình của thây QUÁCH THANH HẢI Nhưng vì kiến

thức và thời gian có hạn nên chắc không thể tránh khỏi những thiếu sót

Kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để cho tập luận văn được

hoàn chỉnh hơn

PHANI

GIGI THIEU

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ

I GIỚI THIỆU :

Hộ vi xử lí là một bộ phận thường được xem như là bộ não của

máy vị tính , thực chất nó là một mạch điện có mức độ tích hợp rất cao , hoạt đóng hình hoạt và có nhiều công dụng nhất trong các loại vi mạch

xô, Hộ ví xử lí ngay cang dùng nhiều trong thực tế như : đồng hổ, lò hung siêu cao tán , máy giát , các thiết bị kiểm soát , khống chế Đặc

biệt là trong các máy tính đã năng `

Hiện nay có nhiều loại vi xử lí do nhiều hãng chế tạo như họ

§086 của INTEL,, họ Z80 của ZILOG , ho 6800 cla MOTOROLA

II CẤU TRÚC CỦA MỘT VI XỬ LÍ :

Bên trong mạch vi xử lí có nhiều bộ phận với các chức năng

riêng biệt nối với nhau bằng các đường dây liên hệ , các bộ phận đó

gồm các bộ nhớ tạm còn gọi là các thanh ghi dùng để lưu trữ dữ liệu ,

các lệnh và các thông tin trạng thái Bên trong vi xử lí còn có các mạch

dùng để thực hiện các phép tính số học, logic Các bộ phận điều khiển dùng để kiểm soát các quá trình trao đổi dữ liệu qua vi xử lí

Một bộ vi xử lí gồm hai phần chính là đơn vị thực hành EU ( EXECUTION UNIT ) và đơn vị tương thích BUS là đơn vị BIU ( BUS INTERFACE UINT)

-EU : thực hiện tất cả các phép toán số học và logic

-BIU : thu nhận lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ , các lệnh này dùng để điều khiển hoạt động CPU

1.2 : Đơn vị thực hiện :

EU là nơi điễn ra các quá trình xử lí đữ kiện trong bộ vi xử

W Ở đây có đơn vị xử lí số học và ( ALU ~ARITHMETIC LOGIC

UINT) cộng với các thanh ghi xử lí số liệu và lưu trữ các kết quả trung

gian ,EU nhận các lệnh và dữ liệu do BIU thu được rổi xử lí các thông

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

CHUONG I: GIGI THIEU VI XỬ LÝ

1 GIỚI THIỆU :

Hộ vi xử lí là một bộ phận thường được xem như là bộ não của

máy vị tính , thực chất nó là một mạch điện có mức độ tích hợp rất cao ,

hoạt động Jịnh hoạt và có nhiều công dụng nhất trong các loại vi mạch

số, Hộ vì xử lí ngay cảng dùng nhiều trong thực tế như : đồng hổ, lò nung siêu cao tân , máy giát, các thiết bị kiểm soát, khống chế Đặc

biệt là trong các máy tính đá nắng `

Hiện nay có nhiều loại ví xử lí do nhiều hãng chế tạo như họ

§086 của INTEL, họ Z80 của ZILOG , họ 6800 cửa MOTOROLA

II CẤU TRÚC CỦA MỘT VI XỬ LÍ :

Bên trong mạch vi xử lí có nhiều bộ phận với các chức năng riêng biệt nối với nhau bằng các đường dây liên hệ , các bộ phận đó gồm các bộ nhớ tạm còn gọi là các thanh ghi dùng để lưu trữ dữ liệu , các lệnh và các thông tin trạng thái Bên trong vi xử lí còn có các mạch dùng để thực hiện các phép tính số học , logic Các bộ phận điều khiển

dùng để kiểm soát các quá trình trao đổi dữ liệu qua vi xử lí

Một bộ vi xử lí gồm hai phần chính là đơn vị thực hành EU (

EXECUTION UNIT ) và đơn vị tương thích BUS là đơn vị BIU ( BUS

INTERFACE UINT)

-EU : thực hiện tất cả các phép toán số học và logic

-BIU : thu nhận lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ , các lệnh này

dùng để điều khiển hoạt động CPU

1L2 : Đơn vị thực hiện :

EU là nơi diễn ra các quá trình xử lí dữ kiện trong bộ vỉ xử

W Ở đây có đơn vị xử lí số học và ( ALU ~ARITHMETIC LOGIC

UINT) cộng với các thanh ghỉ xử lí số liệu và lưu trữ các kết quả trung

gian ,EU nhận các lệnh và dữ liệu do BIU thu được rổi xử lí các thông

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

tin đó ‘ Dữ liệu đã được xử lí trong EU lại chuyển ra bộ nhớ hoặc thiết bị

ngoại vi thông qua BIU Như vậy EU không liên hệ trực tiếp với thế

giới bên ngoài mà phải thông qua BIU

11.2 Đơn vị tương thích BỊU :

BIU gồm có mạch phát địa chỉ và điểu khiển BUS , dãy chứa

lệnh và còn trỏ lệnh Nó có nhiệm vụ bảo đầm cho BUS được sử dụng

bết dung lượng để tăng tốc độ các thao tác

IL BUS DIA CHA, BUS DT LILU , BUS DIEU KHIEN :

LI BUS dia chi:

Một địa chỉ ứng với một vị trí duy nhất trong bộ nhớ Địa chỉ

rất cần thiết để có thể tưuy xuất chính xác đến vị trí cần thao tác Mỗi

bộ vi xử lí đều có số BUS địa chỉ khác nhau tương ứng dung lượng nhớ

mà CPU có thể truy xuất tới

BUS địa chỉ dùng để định vị và dò tìm thông tin trong bộ nhớ

Nó cũng được dùng để xác định vị trí trong bộ nhớ mà ta muốn lưu trữ BƯS địa chỉ cần dùng để xác định các cổng ƯO cho các thao tác vào ra

1H 2 BUS dữ liệu :

BUS dữ liệu ( DATA BUS ) để chuyển thông tin từ CPU đến

bộ nhớ và các bộ phận khác ( thao tác ghi ) , nhận dữ liệu vào CPU (

thao tác đọc ) BUS dữ liệu vừa thu vừa phát thông tin nên được xem

như là BUS đữ liệu 2 chiều , tuy nhiên nó không thể đồng thời thu và phát thông tin cùng một lúc

I3 BUS điều khiển :

Các đường dây của BUS điều khiển dùng để xác định một lệnh thực hiện như thế nào và lúc nào , xác định các thao tác đọc , viết bộ

nhớ , xác định chế độ hoạt động của CPU

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II: GIAO TIẾP MÁY TÍNH

Trong lĩnh vực công nghiệp nói riêng và nhiều lãnh vực khác nói chung , Để điều khiển thiết bị lầm việc theo một chương trình nhất định hoác lam việc theo một sự điều khiển nào đó , Ta có thể thiết kế một mạch điện chuyên dùng để điều khiển , hoặc dùng máy tính để điều khiến thiết bị ngoai theo một chương trình mà yêu cầu đã đặt ra

Trong việc sử dụng máy tính để điểu khiển , máy tính phẩi giao

tiếp thiết bị ngoại vị Hệ thống ghép nối giữa máy tính ( CPU ) và thiết

bị ngoại vi gọi là hệ vào ra Việc ghép nối này nhằm trao đổi dữ liệu

giữa máy tính và thiết bị ngoại ví

Có thể chia làm 3 nhóm :

1.Vào/ra điều khiển băng chương trình :

Chương trình thực hiện việc trao đổi dữ liệu giưã máy tính và thiết

bị ngoại vi bằng các lệnh xuất nhập Trong một số trường hợp , chương trình kiểm tra các thiết bị đã sấn sàng trao đổi dữ liệu chưa , bằng cách kiểm tra cờ hoặc các biL trạng thái liên quan đến cổng vào /ra rồi mới thực hiện việc trao đổi dữ liệu

2 Vào ra diéu khiển bằng ngắt :

Việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi được thực

hiện bằng cách tác động vào các chân ngắt của vi xử lí , thông báo cho

vi xử lí biết để trao đổi dữ liệu Việc chấp nhận ngắt của vi xử lí được

thực hiện bằng chương trình Khi vi xử lí chấp nhận ngất š chương trình

này là chương trình con phục vụ yêu cầu ngắt vừa thực hiện trao đổi dữ

liệu Khi thực hiện xong vi xử lí sẽ trả điều khiển về chương trình ban

3 Điều khiển vào ra bằng thâm nhập trực tiếp :

Việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vị được thực

à còn gọi là thâm nhập trực tiếp DMA (

Tá ng: ) DMA thực hiện việc trao đổi trực tiếp dữ

DIRECT MEMORY ACESS

ee

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II: GIAO TIEP MÁY TÍNH

Trong lĩnh vực công nghiệp nói riêng và nhiều lãnh vực khác

nói chung Để điều khiển thiết bị lầm việc theo một chương trình nhất

định hoặc làm việc theo một sự điểu khiển nào đó Ta có thể thiết kế

một mácch điền chuyên dùng để điều khiển , hoặc dùng máy tính để điều

khiến thiết bị ngoai theo một chương trình mà yêu cầu đã đặt ra

Trong việc sử dụng máy tính để điểu khiển , máy tính phải giao

tiếp thiết bị ngoại vi Hệ thống ghép nối giữa máy tính ( CPU ) và thiết

bị ngoại ví gọi là hệ vào ra Việc ghép nối này nhằm trao đổi dữ liệu

giữa máy nh và thiết bị ngoại vi

Có thể chia làm 3 nhóm : 1.Vào/ra điều khiển bằng chương trình :

Chương trình thực hiện việc trao đổi dữ liệu giưã máy tính và thiết

bị ngoại vi bằng các lệnh xuất nhập Trong một số trường hợp , chương trình kiểm tra các thiết bị đã sẵn sàng trao đổi dữ liệu chưa , bằng cách

kiểm tra cờ hoặc các bit trạng thái liên quan đến cổng vào /ra rồi mới thực hiện việc trao đổi dữ liệu

2 Vào ra điều khiển bằng ngắt :

Việc trao đổi đữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi được thực

hiện bằng cách tác động vào các chân ngắt của vi xử lí, thông báo cho

vi xử lí biết để trao đổi dữ liệu Việc chấp nhận ngắt của vi xử lí được

thực hiện bằng chương trình Khi vi xử lí chấp nhận ngất, chương trình

này là chương trình con phục vụ yêu cầu ngắt vừa thực hiện trao đổi dữ liệu Khi thực hiện xong vi xử lí sẽ trả điều khiển về chương trình ban

3 Điều khiển vào ra bằng thâm nhập trực tiếp :

nh và thiết bị ngoại vi được thực

thâm nhập trực tiếp DMA (

c hiện việc trao đổi trực tiếp dữ

Việc trao đổi dữ liệu giữa máy fi :

hiện bằng phẩn cứng hay còn gọi là

DIRECT MEMORY ACESS ) DMA thự

a

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

liệu giữa bộ nhớ và thiết bị vào ra thông qua CPU Việc trao đổi nầy

được thực hiện bằng cách yêu cầu CPU nhường quyển sử dụng BUS hệ

thống DMA được sử dụng chủ yếu nơi yêu cầu trao đổi dữ liệu tốc độ

cao,

«Có 3 cách giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngọai vi Tuỳ theo

trường hợp ứng dụng cụ thể mà ta chọn các giao tiếp thích hợp

Giao tiếp bằng Slot- Card

_ Gia tiếp bằng cổng máy in ( giao tiếp song song )

_ Giao tiếp bang cổng COM ( giao tiếp nối tiếp )

-_p ana h

PHẦN II

THIET KE s THỊ CÔNG

PHAN CONG

- Phần cứng của KIT được thiết kế phức tạp, nhưng khả năng mở rộng là rất lớn

II SƠ ĐỒ KHỐI KIT Z80

-Ở phần trên đã trình bày vể nhiệm vụ của mạch KIT Z80 Để

làm được các công việc đó nó sẽ bao gồm nhiều khối chức năng nhỏ và chắc chắn phải có khối xử lý các số liệu - Khối xử lý trung tâm (

Central Processing Until - CPU)

H1 Khối xử lý trung tâm

- Đây là khối quan trọng nhất cửa hệ thống, nó có nhiệm vụ tiếp nhận và xử lý các thông tin thu nhận được từ bộ nhớ, thiết bị ngoại vi, khả năng làm việc của CPU chính là nhờ các cổng logic tổng hợp trong

nó Tuy nhiên CPU vẫn không thể đáp ứng được trong mọi trường hợp Điều này được thể hiện rõ nét trong tập lệnh mỗi CPU Vì vậy nhà sản xuất đã cố gắng thiết kế tập lệnh của CPU sao cho khi kết hợp chúng lại thì CPU có khả năng giải qwuết được nhiều tình huống mà bình thường

nó không làm được Sự kết hợp các lệnh của CPU để nó làm việc phải

được lưu giữ ở một vị trí xác định do đó hệ thống cần phải có một khối

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

cả khi mất nguồn đo đó chúng ta có thể sử dụng bộ nhớ ROM (Read Only Memery) hay là bộ nhớ từ điện,

- Bén cạnh đó khi tính toán xử lý các số liệu cũng sẽ cần một

vũng “nháp” tức là vùng nhớ có khả năng ghi xóa để dàng Tiện lợi nhất

là sử dụng bộ nhớ RAM (Ramdom Acess Memory)

H.3 Khối giao tiếp ngoại vị

Là khối chức náng có nhiệm vụ kết nối giữa CPU và bên ngoài

do yếu tố ếu tố khác khách quan lá là CPU chỉ có một chỉ có một tuyến đữ liệu tron tuyết g khi cần gi ican giao

tiếp với nhiều khối thiết bị bén ngoài Như vậy có thể nói đây là phần chịu trách nhiệm giao tiếp giữa hệ thống và môi trường Tuy nhiên hầu hết các thông số mói trưởng là dạng tín hiệu analog trong khi CPU chỉ có khả năng xử lý tín hiệu số (digital) Do đó hệ thống cũng cần khối

chuyển đổi ADC

H.4 Khối hiển thị và bàn phím ˆ

- Đây là khối phục vụ chủ yếu cho hệ thống Bàn phím là nơi

người ta sử dụng nhập số liệu cũng như nhập chương trình vào bộ nhớ

~ Bộ hiển thị giúp người vận hành, giúp người lập trình kiểm soát

được việc nhập số liệu, các thông số kỹ thuật và kết qủa trong qúa trình

làm việc

I5 Khối chuyển mach logic (Chip Select)

- Do CPU khéng thé đồng thời làm việc với các khối mà ở một

thời điểm nó chỉ lầm việc với một khối Do đó các khối sẽ có địa chỉ và

khối nào được chon là thy thuộc vào khối chuyển mạch Logic (Chip

Select)

$%$ Như vậy đến đây sơ đồ khối chỉ tiết của hệ thống só thể đúc kết

trong hình Sơ Đồ Khối Tuy nhiên đó cũng chỉ ở mức sơ đồ khối còn cụ

thể linh kiện nào được sử đụng cho từng khối sẽ được trình bày trong các phan sau

= TRANG 6 —

sng onuo2

| 1⁄⁄|

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

II THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

IIIL1 Thiết kế bộ xử lý trung tâm (CPU)

a Chọn lựa linh kiện

- Hộ vi xử lý là đối tượng đâu tiên cho việc thiết kế mạch KIT

Z0 Các bộ vi xử lý được chọn sẽ phải đáp ứng được các yêu cầu kinh

tế - kỹ thuật sau:

1, Có tính œ bản đặc trưng cho bộ vi xử lý

2 Minh họa được khả năng ưu việt so với hệ thống số,

3 Đáp ứng va lam việc được với các linh kiện khác của hệ

thống một cách dễ dàng

4 Dễ sử dụng cũng như thiết kế các ứng dụng, có khẩ năng

mở rộng phát triển hệ thống

5 Có đầy đủ tài liệu nghiên cứu

6 Chấp nhận được về giá thành, có kha nang thi công

- Thực tế việc chế tạo các bộ vi xử lý đã có những buớc tiến rất

dài từ bộ vi xử lý đầu tiên là Intel 4004 (1971) với 4 bit xung đồng hổ

500KHz (tham khảo tài liệu) Ngày nay đã có bộ vi xử lý 32, 64 bit xung

đồng hd đến 80MHz (80 486) và có thể quản lý được dung lượng địa chỉ trên 1 GByte (Inte] 4004 quần lý được 8K địa chỉ - tham khảo tài liệu)

~ Tuy nhiên hệ thống không cần sử dụng đến bộ vi xử lý mạnh đến mức đó mà chỉ cần một vi xử lý 8 bit

- Một bộ vi xử lý không mạnh bằng các bộ vi xử lý sau này

nhưng nó đơn giản, phù hợp và có thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của hệ

thống Bộ vi xử lý gồm có các loại sau

% 8008, 8080, 8085 hang Intel

% MC 6800, MC 6802 ciia hang Motorola

& F8 ctia hang Fairchild

t 16502 của hãng Mostechn

— TRũNG 7 ~

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

DI THIET KE PHAN CỨNG

IIL1 Thiết kế bộ xử lý trung tâm (CPU)

a Chọn lựa linh kiện

- BO vi xử lý là đối tượng đâu tiên cho việc thiết kế mạch KIT

Z80 Các bộ vi xử lý được chọn sẽ phải đáp ứng được các yêu cầu kinh

tế ~ kỹ thuật sau;

1, Có tính cơ bản đặc trưng cho bộ vi xứ lý

2 Minh họa được khả năng ưu việt so với hệ thống số

3 Đáp ứng và làm việc được với các linh kiện khác của hệ

thống một cách dễ dàng

4 Dễ sử dụng cũng như thiết kế các ứng dung, co kha nang

mở rộng phát triển hệ thống

5 C6 day đủ tài liệu nghiên cứu

6 Chấp nhận được về giá thành, có khẩ năng thi công

- Thực tế việc chế tạo các bộ vi xử lý đã có những buớc tiến rất

đài từ bộ vi xử lý đầu tiên là Intel 4004 (1971) với 4 bit xung đồng hỗ

500KHz (tham khảo tài liệu) Ngày nay đã có bộ vỉ xử lý 32, 64 bit xung

đồng hd đến 80MHz (80 486) và có thể quản lý được dung lượng địa chỉ

trên 1 GByte (Intel 4004 quản lý được 8K địa chỉ - tham khảo tài liệu)

- Tuy nhiên hệ thống không cần sử dụng đến bộ vi xử lý mạnh

đến mức đó mà chỉ cần một vi xử lý 8 bít

- Một bộ vi xử lý không mạnh bằng các bộ vi xử lý sau này

nhưng nó đơn giản, phù hợp và có thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của hệ

- Như vậy ở đáy cân có một số lựa chọn

- Ở day để dang thấy rằng các bộ vi xử lý kể trên đều thỏa mãn các điều kiện 1 và 2 còn về tải liệu nghiên cứu do được thiết kế cách

đây vài năm nén có thể dé dang tim thấy trong thư viện của các trường Đại Học, thư viện Tổng Hợp hoặc các viện nghiên cứu, do đó điều kiện

5 cũng được đảm bảo Tuy nhién xét điều kiện 6 thì chỉ còn 4 bộ vi xử lý

là 8080, 8050, Z80, MC 6802 Ia đủ điều kiện, do đó việc lựa chọn được

giới hạn bởi 2 điểu kiện 3, 4 để chọn lựa CPU được thiết kế

- Căn cứ vào cấu trúc linh kiện bộ vi xử lý 8085 có nhược điểm

vì sử dụng đa hợp 8 bit dữ liệu nên cần phải có mạch chốt để giữ tín hiệu trong việc thu phát dữ liệu, mặt khác do tín hiệu điều khiển bộ nhớ

và I/O sit dung chung một chân (34) phân biệt bởi trạng thái logic do đó

việc thiết kế và sử dụng thêm phức tạp, vì vậy không nên sử dụng 8085

Còn 8080 do tốc độ xứ lý chậm (20s) và phải sử dụng ba cấp điện áp

+5V, -5V, +12V do đó gây ra khó khăn cho cả phần cứng lẫn phần mềm

vì vậy cũng không nên sử dụng

- Như vậy, đến đây chỉ còn lựa chọn Z80, MC 6802 là2 bộ vi xử

lý đã đáp ứng gần như toàn bộ các điều kiện đặt ra Xét về mặt phần cứng thì MC 6802 có phan nhinh hon do có mạch tạo xung clock ngay

trong IC và chỉ cần mắc thêm một thạch anh bên ngoài là đủ Bên cạnh

đó MC 6802 còn được trang bị 128 Byte Ram bên trong Tuy nhiên hệ thống sử dụng MC 6802 sẽ kém linh hoạt hơn và chương trình phan mém

sẽ chiếm kích thước lớn hơn, phức tạp hơn do số lượng thanh ghỉ ít

m—————-ễỀ—

— TRANG 8 —

LUẬN ẮN TỐT NGHIỆP

4 - Để thấy rõ có thể xem xét hệ thống thanh ghi của MC 6802 và

$MC 6802 :2bộ tích lũy 8 bit (A, Bộ vi xử lý)

: Thanh ghi chỉ số IX (16 bit)

My 280 : Bộ đếm chương trình PC

: Con trổ ngăn xếp SP

: Thanh ghi cờ

: Tan s6 nhip 2MHz : Bộ tích luỹ 8 bit A :6 thanh ghí đa năng B,C,D,E,F,H,L

: 8 thanh ghi du wa A’,B’,C’,D’,E’,F’,H’,L’ :2 thanh ghi chỉ số IX,IY

:2 thanh ghi chức năng I và R

: Thanh ghi cờ F

~ Trong chương trình phân mềm viết bằng ngôn ngữ cấp thấp thì các lệnh chuyển dời chiếm một vị trí đáng kể, hơn nữa các phép tính số

học, logic cũng được thực hiện trên thanh ghỉ do đó số lượng thanh ghi

của CPU góp một phần quan trọng trong việc đơn giản hóa chương trình

Vì vậy khi nhìn tổng quát thì Z80 đáp ứng được các yêu câu đã nêu ra

Bên cạnh đó nhờ có tập lệnh lớn nên hệ thống với Z80 có khẩ năng linh

hoạt và hướng phát triển rộng hơn Tóm lại nên sử dụng Z80 cho hệ

thống KIT Z80

- Ở thị trường Việt Nam có loại Z80A với các thông số sau:

% 8 bit tac động song son§-

t$ 158 lệnh căn bản

t$ Có 22 thanh ghỉ bên trong

— TRqaNG 9—

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

- DạD¿ nối với Dạ-D; của ROM , RAM ,82550)-4I)-(II)

Ao~ Aisnối với Áo -Aiz của ROM , RAM

Ao~ Ai nối với Ag~— A; của 8255 @),-0,)

Aii~ Ai; nối với A,B,C của giải mã 74LS138,

MKI⁄Q2\ nối với Gạa ,Gạp của giải mã 74LS 138

WATT\, INT\, NMI\, BUSREQ \nối với Vcc

RD nối với RD của ROM., 8255

WR nối với WR của RAM , 8255

IORQX RD\

WR\

RFSH\

Z80 HALT\

WAIT) INR NMR RESET\

BUSREQ\

BUSACK\

CLK Vcc GND

AO

AI A2 A3 A4

AS A6 A7 A8

Ag ALO All Al2 Al3 Al4 AIS

DO

DI D2 D3 D4

ps D6 D7

Address bus

Data bus

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

II.2 Thiết kế mạch tạo xung clock cho Z80A

~ Trong hệ thống mạch số xung clock đóng vai trò hết sức quan trọng

trong hoạt động toần mạch Mạch tạo xung clock tốt nhất phải thỏa mãn hai điều kiện sau:

- Ôn định tân số làm việc, sai số nhỏ

- Thích ứng với tốc độ làm việc của các linh kiện khác liên quan đến

tấn số Thực tế mạch tạo xung rất đa dạng có thể sử dụng Transistor rời hoặc IC5SS hoác các cổng logic Hình I.1 mô tẩ một số mạch tạo xung

clock điển hình

ve °

Ra

a

- Với mạch hình I.1a người ta sử dụng Transistor rdi do đó giá rể tuy

nhiên xung tạo ra có tần số không ca0, không vuông lắm, đặc biệt độ ổn

định kém và sai số lớn đo đó ít người sử dụng

Lid dap ứng được các yêu cầu kỹ thuật Song

ig mot phan của IC do đó sẽ còn một số cổng

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

logic chưa sử dụng mà mạch điện hệ thống sẽ cần vì vậy mạch b cũng

không nên sử dụng

- Vậy cần phải chọn lựa mạch I.Ic, I.1d

- Mạch [,Ic sử dụng dao động là nhân tố RC do đó đơn giản và rẻ tiền

tuy nhiền độ chính xác không cao

- Mạch I.Id khác phục được nhược điểm của mạch hình I.Ic bằng cách sử dụng nhân tố dao đóng là thạch anh - một nhân tố dao động có

tị số xác định và đó ổn định cao và đây là mạch ưu việt nhất cho hệ

thống

- Vấn đề cơ bán lúc nay lá chọn trị số thạch anh Ở trên đã trình bày chọn CPU Z50A có tần số xung clock cực đại 4MHz và cực tiểu là

0.5MHz do đó tấn số xung clock có thể chọn từ 0.5 đến 4MHz

Tuy nhiên nên chọn tân số xung clock đủ lớn để đảm bảo tốc độ xử

lý cao và kết hợp để mạch có khả năng bảo dưỡng thay thế linh kiện dễ dàng thì nên chọn xung clock có tân số nhỏ hơn tần số cực đại của họ Z80 có tốc độ nhỏ nhất (đó là Z80- tần số cực đại 2.5MH) Do đó ta nên chọn thạch anh có tân số 2MHz

Nhưng do trên thị trường rất khó kiếm thạch anh 2.5MHz hoặc 2MHz nên cần sử dụng mạch chia tần số dao động Flip-Flop 7414 chia tần số từ 4MHz xuống còn 2MHz

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

IH.3 Thiết kế mạch Reset,

- Do chương trình quản lý và điều khiển hệ thống luôn có chương trình đầu tiên được thi hành khi hệ thống được cung cấp điện Muốn vậy

lúc đó thanh ghi PC phải lưu địa chỉ 0000H là địa chỉ đầu tiên của

chương trình này — Đây là nhiệm vụ của mạch Reset

- V6i CPU Z80 chan reset (26) tác động ở mức [0] do đó bình thường

phải ở mức [1] khí CPU hoạt động và chỉ ở mức [0] khi mở máy

(Autoreset) hoặc khí ấn nút reset, do đó mach reset có dang hình IL4a

- Tuy nhiên khi đóng mở công tắc nguồn nhiều lần liên tục thì làm cho

tụ xả nhanh (khi công tấc nguồn chuyển tử đóng sang mở )là điều cân

thiết , Vì vậy nên sử dụng thêm diode như hình IL4b và đây cũng là

mạch reset cho CPU

- Thời gian reset cho máy được nhà sẩn xuất khuyên không nên nhỏ hơn một chu kỳ xung clock của hệ thống (ở đây 0,5us) dựa

tể tính toán với thời gian reset máy là 20s thì

vào R„ của mạch đ

R=200Q (chon R=220Q)

có thể sử dụng tụ 0.1ps và điện trở

8255 lại Reset ở mức cao , ta thêm

- Ta biét ring vi mach giao tiếp

Như vậy với mạch Reset ta có thể

cổng đảo để đảo trạng thái

cùng lúc Reset chơZ80 và 8255

a Phân tích yeu cấu & chọn lựa linh kiện:

~ Bộ nhớ được lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

$ Dung lượng đáp ứng được yêu cầu của hệ thống

( Chương trình điểu khiển, kiểm soát không được mất khi

mất điện

t Có vùng nhớ riêng cho người sử dụng làm việc

t Tốc độ truy xuất cao hơn của CPU

t% Gọn nhẹ, công suất tiêu thụ thấp

% Giá phải chăng

- Bộ nhớ có 2 loại thông dụng là : loại từ điện và loại bán dẫn

t% Bộ nhớ từ điện có ưu điểm là dung lượng lớn dễ dàng

y nhiên nó có nhược điểm tốc độ truy xuất thấp,

hợp với yêu cầu đặt ra cho

mạch điều khiển cơ khí phức tạp không thích

hệ thống, do đó sẽ không được dùng

t Bộ nhớ bán dẫn có ưu điểm tốc độ truy xuất cao, kích

ên khắc phục điểu này cũng không khó và hơn nữa

yêu cầu của hệ thống về dung lượng nhớ cũng không cao, do đó bộ nhớ

bán dẫn được sử dụng là hợp lý nhất

=— TRANG 15 —

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

- Bộ nhớ bán dẫn có 2 loại:

» Loai chi doc (Read Only Memory) gém có:

% PROM là loại ROM chỉ ghi dữ liệu 1 lần và không thay

đổi được

% EPROM là loại PROM có khẩ năng phục hồi lại trạng thái

ban dau bang tỉa cực tím (nên còn gọi là UVPROM)

#2 EEROM lá loại EPROM xóa bằng điện chứ không phải

bang Ua cuc tim

~ Do tích chất lưu trữ dữ liệu bằng cách thay đổi cấu trúc vật lý

nên dữ liệu ưong ROM khóng bị mất đi khi mất nguồn Vì vậy ROM là

bộ nhớ thích hợp cho yêu cẩu Vậy chấc chắn trong bộ nhớ cửa hệ thống

phải có ít nhất 1 ROM

- Ở đây, nếu sử dụng PROM sẽ không thích hợp do chỉ có thể

ghi một lần Vậy vấn để là chọn EFROM hay EEROM

- EEROM có ưu điểm là xóa ghi bằng điện rất đơn giản tuy

nhiên thiết bị ghi xóa bằng điện không phổ biến ở thị trường Việt Nam,

tài liệu tham khảo không nhiều và thêm vào đó EEROM không thông

dụng vì giá thành cao nên EEROM cũng không hội đủ các yêu cầu chọn

lựa nên tốt nhất là chọn EPROM

> Loại truy xuất ngẫu nhiên (Ramdom Äccess Memory)

- SRAM (Static RAM) - Ram tĩnh : dữ liệu ghi vào tổn tại ở một trong 2 trạng thái logic [1] hay logic [0] dựa trên nguyên tắc hoạt động

của Flip Flop D

‘ = ộng : dữ liệu tổn tại dưới dạng

tich trong dién in mối nối bán dẫn của transistor mức [1] ứng với

ty

nạp đây, mức [0] ứng với tụ chưa nạp Vì VẬY tín hiệu rất ro oa

i ắ ăng cách nạp lại liên tục làm tươi

Tuy

Sag Oo EE à cân một mạch giải mã đia chỉ (ý do để

nhiên mạch làm tươi phức tạp Ví pip we - nang Giõ dung lượng bộ nhớ và giầm số chân nha sản xuất đã thực hiện

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

nguyên tắc đa hợp) Nên việc sử dụng DR, 6 &

sử dụng SRAM ung DRAM không hợp lý bằng việc

% Đối với EPROM chương trình hệ thống thực chất chỉ cần khoảng 3

KByte Tuy nhiên để có thể mở rộng chương trình ta có thể chọn loại

EPROM (có dung lượng 8 Kbyte) và vùng nhớ nháp sử dụng SRAM có

dung lượng là 8 KByto, Trên thị trườn ' i g ta c6 EPROM 276 |

e Ghép nối bộ nhớ với CPU

- Mạch ghép bộ nhớ với CPU rất đơn giản không cẩn sử dụng linh kiện phụ và thực hiện như sau :

t% Các chân dữ liệu Do D; nối với Data Bus

t$ Chân địa chỉ Ao— À2 nối với Ao— A; của

guồn cung cấp nối với nguồn cung cấp

Address Bus

% Các chân n

=ma2awa1+ Trữ VIỆN THƯỜNG DIS! TT |

ILS Thiét k& mạch backup bộ nhớ

- Như ta đã biết bộ nhớ có hai loại chính là RAM và ROM ROM

là bộ nhớ chứa dữ liệu cố định khi mất điện thì dữ liệu vẫn không bị mất

liệu cũng mất đi Do đó đế tránh sự cố cúp điện mà vẫn giữ được dữ

liệu đang ghi ở RAM ta cần phải có nguồn nuôi bộ nhớ RAM chỉ có i

IH.6 Thiết kế mạch giao tiếp ngoại vì:

a Phần tích yêu cầu & chọn lựa linh kiện:

- Đây là phân kết nối giữa CPU và bên ngoài, nó đảm bảo việc

št lập mối quan hệ giữa hệ thống và môi trường ngoài khi có yêu cầu

Các linh kiện giao tiếp ngoại vi phải thỏa các yêu cầu sau:

% Không xung đột Bus trong qúa trình lầm việc

& Đơn giản trong việc thiết kế phần cứng

t% Linh hoạt trong thiết kế phần mềm

% Có đây đủ tài liệu tra cứu

t Thông dụng, giá cả phải chăng

~ Có khá nhiều linh kiện có thể sử dụng làm bộ giao tiếp ngoại

vi Tuy nhiên vẫn có thể chia thành 2 nhóm

ng : là nhóm bao gồm các IC được thiết kế

Ð> Nhóm chuyên dụ

ñ giao tiếp với thiết bị ngoại vi, đó là các IC

chuyên dùng cho công ViỆC

6821, 8255, Z80, 6820

> Nhom khéng chuyên dung : chủ yếu là các IC được thiết kế

cho công tắc đệm và chốt dữ liệu trên các Bus hệ thống, ví dụ : 74244,

không chuyên nên thiết kế phẩn cứng phức tập do đó không được

si

if |

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

LUN AN TOT NC

| |

ì

- Cac IC ở nhóm chuyên dụng đều thỏa mãn các yêu cầu đặt ra ị

tuy nhiên về cấu tạo 8255 có ưu điểm hơn 6821, 6820, va Z80 PIO, do

nó có số cổng IC nhiều hơn, có khả năng lầm việc ở chế độ bắt tay hơn ip nữa nó thông dụng và giá cả phải chăng Vì vậy nên sử dụng 8255 là }

- Trang thái hoạt động :

B,C mỗi cổng có 8 bit hoạt động với 3 ị

à có thể dùng phần mềm điều khiển để |

g 3x8 bit dé nhập/xuất dữ liệu

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

% Trang thai 1 : chia làm hai nhóm, nhóm A (chủ yếu là

cổng A) và nhóm B (chủ yếu là cổng B) mỗi nhóm được 4 bit , TẢ, :

cổng C điều khiển,

& Trạng thái 2 : Nhóm A được sử dụng như dữ liệu tuyến hai

chiêu và được điều khiển bằng 5 bịt của cổng C còn 3 bit của cổng € và cống B có thể hoạt động theo trạng thái [0], [1]

% Việc thiết lập trạng thái thông qua thanh ghi điều khiển

CWR

chiết kế mạch giao tiếp ngoại vi

- Mạch giao tiếp ngoại ví sử dụng 8255 rất đơn giản hầu như

không sử dụng linh kiện phụ, cách ghớp nối như sau:

t% Các chân Dạ - D; nối với Data Bus của hệ thống

$% Chân CS nối với CS thích hợp ở bộ Chip Select

% Chan Reset ndi vdi mach Reset ( 8255 Reset ở mức cao

do đó lấy tín hiệu Reset CPU qua cổng đảo |

t Các cắng PA¡, PB¡, PC; dua ra ngoài giao tiếp với thiết bị if

ngoai vi

t$ Chân nguồn (26) va (7) nối với nguồn cung cấp

% Chan Ao, A, n6i Voi Ao, Aredia CPU |

Ì

| i

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

IIL7 Thiết kế bộ hiển thị & bàn phím

1.Thiết kế bộ hiển thị :

a Chon linh kiện

~ Các điều kiện cần có của bộ hiển thị

dm bao tính trực quan,

- Có khả năng biển thị 16 số trong hệ Hexa

- Có thể trình bay cung lúc nội dung và lưu trữ dữ liệu

~- Mạch đơn giản, hiệu qủa

- Công suất tiều thụ thấp

- Với điều kiện 1 thì màn hình monitor của máy tính đáp ứng thật

hoàn hảo, tuy nhiên mạch điều khiển qúa phức tạp và có phần phi thực

tế do đó phương án này sẽ bị loại

- Đáp ứng được điều kiện 1,2 còn có thiết bị LED 7 đoạn và LCD

( bộ hiển thị tỉnh thể lỏng Liquid Crystal Display )

- Xét về điều kiện 5 th LCD có ưu điểm hơn tuy nhiên LCD lại cần

mạch điều khiển khá phức tạp ( không thỏa điều kiện 4 ) và việc này

thường do 1 CPU chuyên trách xử lý và LCD cũng có cần một số điều

kiện không gian để quan sát rõ rằng, Do đó ta sẽ sử dụng LED 7 đoạn

b Thiết kế mạch

~ Do mạch có hiển thị đứợc

cách đồng thời nên cần có 2 LED 7

ít nhất 4 LED 7 đoạn để hiển thị gỉ

LED 7 đoạn

Có nhiều cách thực hiện mạch hiển thị

61C giải mã kích cho 6 đèn như hình I.2a

số thứ tự kênh và giá trị kênh đó một

đoạn, và để hiển thị 16 kênh cần có

á trị kênh Như vậy tổng cộng có 6

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

% Cách 3: sử dụng IC đệm dữ liệu và công tắc chuyển mạch

số kết hợp phần mềm giải mã viết sẵn trong ROM hình L2d

$ Cách 4: là cách 3 cải tiến để gidm giá thành hình I.2c

Với hình L2a và L2b do sử dụng L.2c giải mã nên mạch KG

Tuy nhiên do chỉ có các IC giải mã BCD ra LED 7 doan nén hy ng

hiển thị được các số hexa như : A, B, C, D, E, F nên không được sử dụng

3 'trê thị trường có một loại Vi mạch ULM ats

manh poo cum transistor Darlington

có chức năng đệm đảo

ó 7 ngõ vào Ta sử dụng Vỉ mạch này thay thế cho transistor

có 7 ngõ i u

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

2 Thiết kế bàn phím :

a Giới Thiệu:

- Ban phim đơn thuẫn là một thiết bị cơ khí hay cụ thể hơn nó là

một cóng tắc thường hở do đó nó phải đạt yêu câu về độ bển cơ học vì

chúng thương xuyên chịu tác động trong quá trình sử dụng Hệ thống

bàn phím sử dụng các phím (rời) cũ của bàn phím máy vi tính

- Chức nang cla cde phim:

% Với các phím nhập số liệu cần 16 phím nhập dữ liệu Hexa (

10 chữ số tư 0 đến 9, và 6 chữ cái A,B,C,D,E,F)

t Phím † chức năng dí chuyển đến ô nhớ tiếp theo chiều tăng Ế P

địa chỉ và hiển thị nội dung ô nhớ

t$ Phím chức năng di chuyển đến ô nhớ tiếp theo chiểu giảm

địa chỉ và hiển thị nội dung ô nhớ

t$ Phím Enter dùng cho qúa trình xử lý số liệu

t Cho phép xem số liệu thu nhận được, khi nhấn phím nầy

phan hiển thị sẽ có dấu nhấc để người vận hành đưa vào thứ tự kênh

muốn xem

% Phím Link dùng cho quá tình truyé

và KIT Z80 và ngược lại

% Phím Reset là p

t» Chức năng mà các PÌ

n dữ liệu giữa máy tính

hím có nhiệm vụ reset lại hệ thống

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

~ Hình I.3a sử dụng một vi xử lý giải mã ban phím được ấn ngõ ra

sẽ xuất hiện một số nhị phân tương ứng và số đó qua phần cổng giao

tiếp đến Bus đữ liệu Cách này có ưu điểm là vận hành đơn giần, độ tin

cậy cao, phần mềm đơn giản Tuy nhiên mạch phần cứng phức tạp giá

thành cao, vì vậy sử dụng kém kinh tẾ

- Hình L3b sử dụng phương pháp quét ma trận 4 hàng 5 cột (20

phím) Trong cách này 4 bit thấp của portC 8255A (1) được sử dụng

lầm phần tử hàng và 5 bịt thấp của port À 8255A (1) duge sit dụng

làm phần tử cột Bình thường port À được khởi là port vào , nửa dưới

port C là cảng vào nhờ các điện trở kéo lên nên các ngõ vào PA,¡¡

là

mức cao

~ Khi có phím ấn nhấn chương trình do phím thực hiện :

~ Gởi 00 ra port C, cột tương, ứng sẽ xuất hiện mức [0], mã

cột được lưu lại bằng cách đọc port A vào

ïết i 6 liệu sao cho ch có 1 bit [0],

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

- Khi bít [0] này rơi vào hàng được ấn CPU sẽ xác định được

bằng cách đọc port A vào Tổ hợp mã hàng cột thu nhận được sẽ

c giải mã ra số Hexa và gởi ra mạch hiển thị Vì tốc độ quét hàng

íL cao cỡ Hs trong khi tốc độ ấn phím của người sử dụng cao nhất

là cỡ I00ms⁄1 lẫn ấn nên không ngại trong vấn để công tắc đã nhả

trong 2 lân gởi dữ liệu ra portC để dò phim

- Khi ấn I phím vấn đề cần nói là việc chống dội Người ta có

thể chống dói bằng phần cứng ( thường sử dụng trigger RS ) song

cách này tốn kém do đó tốt nhất là chống dội bằng phần mềm

Chương trình này sẽ được mô tả ở phần thiết kế phần mềm

€ Tính toán các điện trở bàn phím và đèn hiển thị :

*Tính điện trổ bàn phím :

Ta biết dòng điện vào vi mạch 8255 rất nhỏ tối đa khoảng 40uA

Do đó điện trở treo ngõ ra của bần phím là :

Vee ~I25KQ

“Tmax 40/4

Chon R = 10K

* Tinh toán điện trở hiển thị :

Dòng qua mỗi đoạn led tối đa là 10mÀ , để cho led 7 đoạn cùng