Bài giảng vi xử lý và lập trình hợp ngữ

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com MỤC LỤC      CHƯƠNG 1: Giới thiệu vi xử lý CHƯƠNG 2: Phần cứng họ MCS-51 CHƯƠNG 3: Lập trình hợp ngữ họ MCS-51 CHƯƠNG 4: Các chức họ vi điều khiển MCS-51 CHƯƠNG 5: Giao tiếp 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG1: GiỚI THIỆU VI XỬ LÝ  Mục tiêu ( Tuần )  Hiểu giải thích cấu trúc chung hoạt động hệ thống VXL Vai trò Bus  Hiểu chức khối VXL  Phân loại nhớ  SV biết thảo luận, báo cáo 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG1: GiỚI THIỆU VI XỬ LÝ        I – Tổng quan hệ thống vi xử lý II – Các loại bus III – Vi xử lý IV – Bộ nhớ V – Nhập xuất ( I/O ) VI – Vi xử lý – Vi điều khiển (Tập lệnh 8051) 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG1: GiỚI THIỆU VI XỬ LÝ        I – Tổng quan hệ thống vi xử lý II – Các loại bus III – Vi xử lý IV – Bộ nhớ V – Nhập xuất ( I/O ) VI – Vi xử lý – Vi điều khiển (Tập lệnh 8051) 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 10 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I - Tổng quan hệ thống VXL    Quá trình phát triển máy vi tính Ứng dụng vi xử lý Sơ đồ khối hệ vi xử lý 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  Quá trình phát triển máy vi tính     1971 - Intel giới thiệu 8080, vi xử lý đầu tiên, SDK-85 Các hãng khác: Motorola, RCA, MOS Technology, Zilog… giới thiệu 6800, 1801, 6502, Z80, D2, KIM1, … 1976 – Intel giới thiệu 8748, vi điều khiển thuộc họ MCS-48  chuẩn công nghiệp 1980 – Intel công bố chip 8051 ( Simen: SAB80515 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 12 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  Ứng dụng vi xử lý  Thay thành phần điện sản phẩm    Máy giặt, đèn điều khiển giao thông Xe ô tô, thiết bị công nghiệp, sản phẩm tiêu dùng Các thiết bị ngoại vi máy vi tính ( thảo luận ) 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 13 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  Sơ đồ khối hệ vi xử lý 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 14 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  Sơ đồ khối hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh P (Microprocessor): Vi xử lý CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm Address bus: Bus địa Data bus: Bus liệu Control bus: Bus điều khiển RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ROM (Read-Only Memory): Bộ nhớ đọc I/O Interface: Khối giao tiếp nhập/xuất Peripheral Devices: Thiết bị ngoại vi 15 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  Sơ đồ khối hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices CPU Nguyên tắc làm việc: thực lệnh liên tục Mỗi lệnh biểu diễn mã máy ( binary = opcode) Kết nối với hệ thống bên thông qua hệ thống bus Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 16 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer Control Unit Instruction Register  Instruction Decoder Registers (data, address) ALU Khối thực thi:  Program Counter Internal bus  Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Bus Interface Thực thi ghi kết câu lệnh Các toán hạng nằm ghi bus nội Hình 1.6 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 46 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer Control Unit Instruction Register  Instruction Decoder Registers (data, address) ALU ALU:  Program Counter  Internal bus Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Bus Interface Vi mạch điện tử Thực phép toán số học (+,-,*,/) logic(and, or, not, xor) Hình 1.6 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 47 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer  Control Unit Instruction Register Thanh ghi đa dụng:  Instruction Decoder Registers (data, address) ALU  Program Counter Internal bus Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Hình 1.6 07-09-2009 Bus Interface  Chức chính: lưu trữ tạm thời liệu Nội dung: liệu cần xử lý địa chứa giá trị cần xử lý nhận từ nhớ I/O Thanh ghi độ rộng ghi lớn  tốt ( không thực nhiều phép truyền thông tin µP nhớ truy xuất trực tiếp từ ghi Trần Thiên Thanh 48 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer Control Unit Instruction Register   Instruction Decoder Registers (data, address) ALU Thanh ghi đa dụng: Program Counter Internal bus  Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Hình 1.6 07-09-2009 Bus Interface  Mỗi ghi có địa truy xuất đến (byte/bit tuỳ vị trí) Nối với đến phần tử khác thuộc µP bus nội Độ rộng: bit, 16bit, 32bit, 64bit Trần Thiên Thanh 49 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer Control Unit Instruction Register  Instruction Decoder Registers (data, address) ALU  Program Counter Internal bus Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Khối điều khiển: Bus Interface Tạo tín hiệu điều khiển cho hoạt động bên + bên µP Hình 1.6 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 50 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP Execution Unit Sequencer Control Unit Instruction Register  Instruction Decoder Registers (data, address) ALU  Program Counter Internal bus Data bus driver Control bus driver Address bus driver Data bus Control bus Address bus Giao tiếp bus: Gồm điều khiển để giao tiếp với bus bên tương ứng Bus Interface Hình 1.6 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 51 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  Nhắc lại đơn vị bit, nibble, byte, word     Bit: 0,1 Nibble: bit Byte: bit Word   07-09-2009 byte Dài:4 byte ( theo hệ vi xử lý 16bit, 32bit ) Trần Thiên Thanh 52 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)     Phân loại Cấu trúc bên tiêu biểu nhớ Truy xuất nhớ Giải mã địa cho nhớ 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 53 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  Phân loại    Bộ nhớ thường chia làm hai loại: nhớ (hay nhớ – main memory) nhớ lưu trữ (storage memory) - Bộ nhớ chính: ROM RAM - Bộ nhớ lưu trữ: băng từ, đĩa mềm, đĩa cứng…  07-09-2009 Thông thường nhớ lưu trữ xem thiết bị I/O Trần Thiên Thanh 54 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  a Bộ nhớ đọc – ROM (Read-Only Memory)     Là nhớ đọc, sửa đổi thông tin hoạt động thông thường Thông tin ghi ROM không bị mất nguồn cung cấp ROM ghi thiết bị chuyên dụng ROM thường dùng để chứa chương trình liệu cố định (chương trình khởi động, liệu tra bảng …) 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 55 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  b Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên – RAM (Random Access Memory)   Cho phép đọc/ghi thông tin lúc trình làm việc mà không cần thiết bị đặc biệt Thông tin RAM bị mất nguồn cung cấp 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 56 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  Có hai loại RAM chính:   RAM động – DRAM (Dynamic RAM): có cấu tạo từ transistor MOSFET tụ điện (1 phần tử nhớ), lưu trữ thông tin điện tích tụ nên thông tin (rò rĩ hết) biện pháp trì thích hợp Do cần có trình làm tươi (refresh) định kì để phục hồi nội dung ô nhớ trước (rò rĩ hết) DRAM tích hợp với dung lượng lớn RAM tĩnh – SRAM (Static RAM): cấu tạo từ Flipflop (FF) (1 phần tử nhớ), FF lưu trữ bit thông tin nên SRAM không cần trình làm tươi để trì nội dung Tuy nhiên, khó tích hợp với dung lượng lớn 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 57 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  Cấu trúc bên tiêu biểu nhớ       Bộ nhớ gồm phần tử nhớ hay ô nhớ (memory cell) tổ chức dạng ma trận Mỗi ô nhớ chứa bit thông tin Mảng nhớ phân chia thành chuỗi ngăn nhớ hay từ nhớ (word) Mỗi ngăn nhớ có địa Một ngăn nhớ có 4-bit, 8-bit, 16-bit … Ký hiệu: số ngăn nhớ x độ rộng ngăn nhớ Ví dụ: nhớ 1024 x bao gồm 210 ngăn nhớ, ngăn nhớ có 8-bit 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 58 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory)  Cấu trúc bên tiêu biểu Memory array: Mảng ô nhớ: ( RD ) OE CS Write ( WR ) WE Row address decoder … Address Memory array EN Three State driver Data Output Data Input … Memory cell Column address decoder 07-09-2009 Hình 1.8 Trần Thiên Thanh nhớ Row address decoder: Bộ giải mã địa hàng Column address decoder: Bộ giải mã địa cột Data Memory cell: Ô nhớ Three state driver: Bộ điều khiển ngõ trạng thái Data Output: Dữ liệu Data Input: Dữ liệu vào Address: Địa Write: Ghi 59 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 IV Bộ nhớ (memory) ( RD ) OE CS Write ( WR ) WE Row address decoder … Address Memory array EN Three State driver Data Output Data Data Input … Memory cell Column address decoder 07-09-2009 Hình 1.8 Trần Thiên Thanh Các tín hiệu tiêu biểu chip nhớ: + (Chip Select): tín hiệu chọn chip (cho phép chip) + (Output Enable): tín hiệu cho phép xuất liệu (nhận xung kích từ P) + (Write Enable): tín hiệu cho phép ghi liệu (nhận xung kích từ P) + Address: tín hiệu địa (từ bus địa chỉ) để chọn ngăn nhớ cần thao 60 tác + Data: tín hiệu [...]... khối của hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Ngoại vi Thực chất là những cổng vào/ra để CPU giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 18 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  3 Sơ đồ khối của hệ vi xử lý Address... http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  3 Sơ đồ khối của hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Bộ nhớ Được phân chia theo chức năng: bộ nhớ chương trình: chứa mã lệnh ( mã máy ) và bộ nhớ dữ liệu: chứa dữ liệu để xử lý khi CPU thực hiện lệnh Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 17 Simpo PDF Merge and... Tổng quan hệ thống VXL  3 Sơ đồ khối của hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Ba khối chính 1 Bộ nhớ 2 CPU: - Đọc/ghi vào bộ nhớ - Đọc từ đầu vào - Ghi ra đầu ra - Thực hiện lệnh nội bộ : số học và logic 3 Phối ghép ( giao tiếp ) vào ra I/O Không có đường trực tiếp từ 1 sang... http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP  Vi c tìm nạp lệnh từ bộ nhớ là một trong các thao tác cơ bản nhất mà P thực hiện, gồm các bước như sau:      07-09-2009 Trần Thiên Thanh - Nội dung của PC được đặt lên bus địa chỉ - Tín hiệu điều khiển READ được xác lập (chuyển sang trạng thái tích cực) - Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ và đưa lên bus dữ liệu - Mã lệnh được chốt vào thanh ghi lệnh IR bên trong... lệnh kế tiếp Thuật ngữ PC hiện hành là PC đã trỏ vào mã lệnh kế tiếp Trần Thiên Thanh 41 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP  Một chu kỳ lệnh có thể chia thành 2 bước:  07-09-2009 Chu kỳ thực thi lệnh: giải mã lệnh nhận lệnh từ IR, giải mã lệnh và phát tín hiệu điều khiển đến các khối liên quan để thực hiện lệnh Tuỳ lệnh mà vi c thực thi chỉ... Input Devices Số lượng đường dây quyết định số bit dữ liệu mà µP có khả năng quản lý cùng một lúc (8,16,32, 64 … bit) Output Devices Bus hai chiều Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 28 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: II Các loại bus  2 Bus dữ liệu CPU Bộ nhớ hoặc phối ghép vào/ra (I/O) CPU Bus dữ liệu Bộ nhớ hoặc phối ghép vào/ra (I/O)... and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch1: I Tổng quan hệ thống VXL  3 Sơ đồ khối của hệ vi xử lý Address bus P (CPU) Hệ thống bus Bus địa chỉ: chứa định vị địa chỉ ( được CPU xuất ra) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Bus data: tại 1 thời điểm, CPU chỉ giao tiếp được với 1 đơn vị... Chip Vi xử lý µP  Một chu kỳ lệnh có thể chia thành 2 bước:  07-09-2009 Chu kỳ nhận lệnh: CPU sẽ xuất nội dung thanh ghi PC ra bus địa chỉ, đồng thời xuất tín hiệu đọc lệnh trên bus dữ liệu giải mã địa chỉ nhận lệnh( địa chỉ, tín hiệu điều khiển) và cho phép xuất ô nhớ có địa chỉ tương ứng, đặt dữ liệu ( là mã lệnh) lên bus data CPU đọc data này và cất trong IR Đồng thời, nội dung PC tăng, trỏ vào... P (CPU) Data bus Control bus RAM ROM Memory I/O Interface Input Devices Output Devices Peripheral Devices Hình 1.1 07-09-2009 Trần Thiên Thanh Giải mã địa chỉ Bộ nhớ, ngoại vi kết nối chung bus, để tiết kiệm dây dẫn Để trách hiện tượng xung đột logic thì bộ nhớ và I/O hoạt động ở 3 trạng thái (1,0,hi-Z) Khi bộ nhớ hay I/O được kết nối vào bus data thì phần còn lại ở trạng thái hi-Z 19 Simpo PDF Merge... Version - http://www.simpopdf.com Ch1 III Chip Vi xử lý µP  PC Address2 Thanh ghi PC ( bộ đếm chương trình) :  Address1 – MOV 20H,B  Address2 – MOV R0,#20h Address3 – XCHD A, @R0 Address 4 – MOV B,20H 07-09-2009 Trần Thiên Thanh  Nội dung là địa chỉ ô nhớ chứa mã lệnh cần truy xuất (lệnh kế tiếp lệnh đang thực thi) Gặp lệnh chuyển điều khiển ( nhảy, gọi chương trình con…) thì nội dung PC bị thay đổi Còn ... http://www.simpopdf.com CHƯƠNG1: GiỚI THIỆU VI XỬ LÝ        I – Tổng quan hệ thống vi xử lý II – Các loại bus III – Vi xử lý IV – Bộ nhớ V – Nhập xuất ( I/O ) VI – Vi xử lý – Vi điều khiển (Tập lệnh 8051)... http://www.simpopdf.com CHƯƠNG1: GiỚI THIỆU VI XỬ LÝ        I – Tổng quan hệ thống vi xử lý II – Các loại bus III – Vi xử lý IV – Bộ nhớ V – Nhập xuất ( I/O ) VI – Vi xử lý – Vi điều khiển (Tập lệnh 8051)... http://www.simpopdf.com Ch1: I - Tổng quan hệ thống VXL    Quá trình phát triển máy vi tính Ứng dụng vi xử lý Sơ đồ khối hệ vi xử lý 07-09-2009 Trần Thiên Thanh 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered