Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý

Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện tử Viễn Thông Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý Chương 1: Tổng quan Vi xử lý Instructor: Phạm Xuân Trung Nội dung chương  Lịch sử phát triển vi xử lý  Thế vi xử lý, vi điều khiển, hệ thống vi xử lý? Phân biệt vi xử lý vi điều khiển,hệ thống vi xử lý  Giới thiệu khối vi điều khiển  Kiến trúc nhớ kiến trúc tập lệnh cho vi xử lý  Vi điều khiển PIC 1.1 History  Năm 1969, Một nhóm kỹ sư Nhật công ty BUSICOM đến Mỹ để thiết kế mạch tích hợp cho máy tính(calculator) Intel mua lại quyền từ công ty BUSICOM năm 1971  Cũng năm đó, thị trường xuất hiễn vi xử lý 4004 Nó vi xử lý bit với tốc độ 6000 lệnh giây 1.1 History  Không lâu sau đó, Công ty CTC yêu cầu Intel Texas Instruments chế tạo cho họ vi xử lý bit dùng cho đầu cuối  Tháng 4/1972, vi xử lý bit đời với tên gọi 8008  Nó định địa 16Kb nhớ, có 45 lệnh thực 300000 lệnh giây  Các vi xử lý 4004, 8008 khởi đầu cho tất loại vi xử lý ngày  Tháng 4/1974, Intel tiếp tục phát triển vi xử lý bit mắt thị trường vi xử lý 8080 định địa 64Kb nhớ 75 lệnh với mức giá 360$ 1.1 History  Một công ty khác Mỹ Motorola nhận thức nhanh chóng điều xảy họ đưa thị trường vi xử lý bit 6800  Motorola công ty đưa ngoại vi 6820 6850 1.1 History  Năm 1976, Intel cải thiện vi xử lý bit cũ cho đời vi xử lý có tên 8085  Cũng năm 1976, Zilog công bố Z80, vi xử lý mạnh, với nhớ 64Kb định địa trực tiếp, 176 lệnh, số lượng ghi lớn, có RAM động, nguồn nuôi đơn, tốc độ làm việc nhanh 1.2.Microcontrollers vs Microprocessors  Microcontroller khác microprocessor điểm sau:  Điều quan trọng chức chúng Microprocessor sử dụng thành phần khác nhớ, thành phần thu nhận liệu phải thêm vào  Microprocessor trái tim thật máy PC 1.2.Microcontrollers vs Microprocessors  Microcontroller thiết kế có tích hợp sẵn thành phần  Không thành phần ngoại vi cần thêm vào chúng có sẵn  Vì vậy,chúng ta tiết kiệm thời gian không gian để xây dựng thiết bị Sơ đồ khối tổng quát microcomputer  The CPU is the microprocessor Sơ đồ khối microcontroller Các đặc điểm PIC16F MCU  Tất vi điều khiển PIC dựa kiến trúc Harvard  Kiến trúc có đặc trưng nhớ chương trình nhớ liệu riêng biệt  Kích thước nhớ chương trình lớn nhớ liệu Các đặc điểm PIC16F MCU  Bộ nhớ chương trình tổ chức thành từ 14 bit; Bộ nhớ liệu dựa ghi bit  Việc truy cập chức nhập xuất thông qua ghi gọi nhóm ghi chức đặc biệt (special function registers (SFRs))  Vài vi điều khiển PIC16F có nhớ liệu EEPROM lưu trữ liệu không bị mất nguồn Các đặc điểm PIC16F MCU  Tất vi điều khiển PIC16F vi điều khiển kiểu RISC  Số lượng lệnh: between 33 and 77  Từ lệnh giống nhau: 14 bit  Có ghi tích lũy Working(W) đa khác Các đặc điểm PIC16F MCU  Tất vi điều khiển PIC16F dùng kỹ thuật pipelining để thực lệnh  Mỗi lệnh đơn thực bước: tìm nạp thực lệnh  Với kỹ thuật pipelining, với chu kỳ máy, có lệnh thực bước khác Vì vậy, kết thúc chu kỳ máy, coi lệnh thực xong  Một chu kỳ máy thực xung đồng hồ Thanh ghi W  Là toán hạng phép toán số học logic  Kết lệnh đặt ghi w đặt ghi thuộc nhớ liệu  Việc truyền liệu ghi với phải thông qua ghi w lệnh truyền trực tiếp liệu  Vi điều khiển PIC16F giống tất dòng vi điều khiển khác mạnh tương tác bit Machine Cycles and Execution of Instructions  Like any microcontro -ller, PIC microcontro llers have a main oscillator to synchronize its internal operations Pipelining for Instruction Execution  Each instruction requires two stages  The first stage is the fetching stage that requires a machine cycle  The second stage, in which the instruction is decoded and executed, requires another machine cycle Pipelining for Instruction Execution  the microcontroller fetches one instruction and executes the previous instruction  Every machine cycle period results in an instruction being executed, with the previously mentioned exception of control transfer instructions Pipelining for Instruction Execution  Ví dụ: Memory  Memory in a microcontroller is the place that stores the program being executed and the data or variables used by that program  Memory can be considered as a set of cells or locations, identified by their address Memory  Each cell stores a word  A word is the logic unit of information stored in a cell Words can have 1, 8, 12, 14, or 16 bits  An 8-bit word is called a byte  The number of memory cells determines its size Program Memory  Program memory is organized in pages  Can have up to four pages of 2k words each, making a total memory size up to 8k words  The length of a word in medium-end PIC microcontrollers is 14 bit RAM Data Memory  The data memory implemented using RAM technology is organized in 8-bit words  Similar to program memory, data memory is also divided in different pages; for data memory these pages are called banks  Each bank can have up to 128 memory cells or registers The range of addresses for each bank is from 00h to 7Fh EEPROM Data Memory  This memory is physically separated from the RAM data memory  This memory is accessed by special function registers, similar to those used to read and write in the program flash memory Thiết kế phần mềm hệ thống vi xử lý      Viết chương trình điều khiển hoạt động hệ thống phần cứng theo chức mong muốn (thường dùng ngôn ngữ Assembly chip vi xử lý dùng hệ thống) Dịch chương trình viết sang ngôn ngữ máy sử dụng chương trình dịch thích hợp Nạp chương trình ngôn ngữ máy vào nhớ hệ thống vi xử lý Kiểm tra hoạt động hệ thống thực hiệu chỉnh cần thiết Có thể nhờ trợ giúp chương trình mô máy tính