Slide kỹ thuật vi xử lý

KHOA ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC KTKT CÔNG NGHIỆP KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Microprocesor Technology Tài liệu tham khảo      Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý - Đại Học KTKT Công Nghiệp Vi xử lý – TG Văn Thế Minh NXB Giáo dục The Intel Microprocessor 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium and Pentium Pro Processor - Architecture, Programming and Interfacing TG Barry B Brey NXB Prentice – Hall International Cẩm nang lập trình hệ thống TG Michael Tischer NXB Giáo dục Lập trình hợp ngữ Assembly máy tính IBM PC Biên dịch Quách tuấn Ngọc NXB Giáo dục Nội dung giáo trình     Chương 1: Giới thiệu chung vi xử lý máy tính Chương 2: Biểu diễn thông tin hệ thống Chương 3: Kiến trúc phần mềm vi xử lý 8088/8086 Chương 4: Lập trình hợp ngữ IBM-PC KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH 1.1 Lịch sử phát triển máy tính      Phát minh máy tính thành tựu vĩ đại lịch sử tiến hóa lồi người Trong năm đầu kỷ 20 việc chạy đua vũ trang, đối đầu quân nguyên nhân thúc đẩy khoa học kỹ thuật phát triển Lịch sử phát triển máy tính phát triển hệ máy tính lớn năm 50 kỷ 20 (VD máy tính 4381 IBM) Từ năm 70 kỷ 20 với phát triển công nghệ bán dẫn mở khả thu nhỏ vi mạch  thu nhỏ máy tính Sự hình thành phát triển máy tính cá nhân song song với hình thành phát triển loại vi xử lý Lịch sử phát triển vi xử lý    Quá trình phát triển vi xử lý song song với trình phát triển hệ thống máy tính Có nhiều hãng sản xuất vi xử lý lớn (Intel, motorola, ziglog, ) Các vi xử lý phải sản xuất theo chuẩn thống Bộ vi xử lý Intel 4004 Intel bắt đầu phát triển vi xử lý từ năm 1969 theo dự án nhà sản xuất máy tính Nhật Busicom  Kỹ sư Ted Hoff Intel hình thành ý tưởng thiết bị logic đa mục đích hoạt động hiệu  Ngày 15/11/1971, Intel giới thiệu vi xử lý 4004 thị trường giới với giá 200 USD  Intel 4004 có 4bit liệu 12 bit địa  4004 có tốc độ 108 KHz với 2.300 bóng bán dẫn  Thực lệnh - 60s  Tập lệnh đơn giản  Có vi mạch hỗ trợ xử lý 4040  Phát triển dựa công nghệ PMOS (P - Chanel Metal oxit Semiconductor)  Ted Hoff chip 4004 Ảnh: Intel Các vi xử lý Intel từ 1972 - 1974      Intel 8008 (1972) Phiên 8008 mạnh gấp đơi vi xử lý 4004 8008 có tốc độ 200 KHz với 3.500 bóng bán dẫn Intel 8080 (1974) 8080 có tốc độ MHz với 6.000 bóng bán dẫn Các vi xử lý Intel từ 1978 - 1982       Intel 8086 - 8088 (1978) Bộ vi xử lý 8088 trang bị cho máy tính cá nhân thương mại IBM PC Thành công đưa Intel vào bảng xếp hạng 500 doanh nghiệp hàng đầu giới Fortune 8088 có tốc độ MHz, MHz 10 MHz với 29.000 bóng bán dẫn 8086 mạnh 8088 (giống cấu trúc) 80186/80188 8086 có tốc độ MHz, MHz 10 MHz với 29.000 bóng bán dẫn Các vi xử lý bit ban đầu STT Nhà sản xuất Tên vi xử lý Fairchild F-8 Intel 8080 MOS Technology 6502 Motorola MC6800 National Semiconductor IMP-8 Rockwell International PPS-8 Ziglog Z-8 10 Các vi xử lý Intel từ 1978 – 1982 (tiếp)    Intel 80286 (1982) Chip Intel chạy tất phần mềm viết cho thiết bị xử lý trước 286 có tốc độ MHz, MHz, 10 MHz 12,5MHz với 134.000 bóng bán dẫn Máy tính IBM PC 1981 sử dụng Intel 8088 11 Các vi xử lý Intel từ 1985 – 1989        Intel 386 (1985) Chip Intel 386 có 275.000 bóng bán dẫn, nhiều gấp 100 lần so với xử lý 4004 ban đầu Chip 32 bit có khả xử lý đa nhiệm 386 có tốc độ 16 MHz, 20 MHz, 25 MHz 33 MHz Intel 486 DX (1989) Chip tích hợp sẵn đồng xử lý toán học, hỗ trợ giảm tải hàm phức tạp cho vi xử lý trung tâm 486 DX có tốc độ 25 MHz, 33 MHz 50 MHz với 1,2 triệu bóng bán dẫn 12 Các vi xử lý Intel khác       Pentium (1993) Pentium cho phép máy tính dễ dàng tích hợp liệu "thế giới thực" giọng nói, âm thanh, ký tự viết tay ảnh đồ họa Pentium có tốc độ 60 MHz 66 MHz với 3,1 triệu bóng bán dẫn Pentium II (1997) Pentium II tích hợp Intel MMX - cơng nghệ thiết kế đặc biệt để xử lý liệu video, audio đồ họa cách hiệu Pentium II có tốc độ 200 MHz, 233 MHz, 266 MHz 300 MHz với 7,5 triệu bóng bán dẫn 13 Các vi xử lý Intel khác (tiếp)       Pentium III (1999) Pentium III có 70 lệnh xử lý giúp tăng cường hiệu suất hoạt động ứng dụng ảnh, 3-D, audio, video nhận dạng giọng nói Pentium III có tốc độ từ 650 MHz đến 1,2 GHz với 9,5 triệu bóng bán dẫn Pentium IV (2000) Pentium IV có tốc độ 1,3 GHz, 1,4 GHz, 1,5 GHz, 1,7 GHz 1,8 GHz với 42 triệu bóng bán dẫn Tháng 8/2001, Pentium IV đạt mốc GHz Đến tháng 11/2002, chip trang bị công nghệ siêu phân luồng có tốc độ 3,06 GHz, sau tăng lên 3,2 GHz vào năm 2003 3,4 GHz tháng 6/2004 14 Chip lõi kép      Tháng 4/2005, Intel giới thiệu tảng sử dụng vi xử lý lõi kép gồm chip Pentium Extreme Edition 840, xung nhịp 3,2 GHz, chipset 955X Express, kết hợp với công nghệ siêu phân luồng Tháng 5/2005, chip Intel Pentium D lõi kép đời chipset 945 Express Tháng 5/2006, Intel công bố nhãn hiệu Core Duo Tháng 7/2006: Intel giới thiệu 10 thiết bị xử lý Intel Core Duo Core Extreme Các vi xử lý Core Duo có 291 triệu bóng bán dẫn 15 Các vi xử lý Intel Tên vi xử lý Bus liệu (bit) Kích thước nhớ 8048 2K Internal 8051 8K Internal 8085A 64K 8086 16 1M 8088 1M 8096 16 8K Internal 80186 16 1M 80188 1M 80251 16K Internal 80286 16 16M 16 Các vi xử lý Intel (tiếp) Tên vi xử lý Bus liệu (bit) Kích thước nhớ 80386EX 16 64M 80386DX 32 4G 80386SL 16 32M 80386SLC 16 32M + 1K Cache 80386SX 16 16M 80486DX/DX2 32 4G + 8K Cache 80486SX 32 4G + 8K Cache 80486DX4 32 4G + 16K Cache Pentium 64 4G + 16K Cache Pentium Overdriver(P24T) 32 4G + 16K Cache PentiumPro Processor 64 4G + 16K L1 Cache + 256K L2 Cache 17 Biểu đồ tốc độ vi xử lý Intel 1200 1000 800 600 400 200 0 * * 75 66 50 20 33 20 25 33 33 25 33 50 25 25 16 50 40 66 90 60 75 10 63 83 2 10 13 12 2 X X X X X X X X X X X X m m 6S 86S 86S 86D 86S 86D 86S 86S 86D 86S 6SX 86D 6SX 6DX 86D 6DX 6DX DX4 ium tium tium ium tium tium ium t tiu ntiu n n n n 3 3 3 4 4 4 nt nt e e e e n n 48 48 48 48 48 e e e e e P P P P P P P P P 18 Luật moore        Gordon Moore - Người đồng sáng lậpIntel Số transistor chip tăng gấp đôi sau khoảng 18 tháng Giá thành chip không thay đổi Mật độ cao hơn, đường dẫn ngắn Kích thước nhỏ dẫn tới độ phức tạp tăng Điện tiêu thụ Hệ thống có chip liên kết với nhau, tăng độ tin cậy 19 Tốc độ vi xử lý - Bộ vi xử lý (Microprocessor) CPU chế tạo chip - Tốc độ vi xử lý: + Số lệnh thực giây (MIPS- Milions of Instruction Per Second) + Khó đánh giá xác - Tốc độ xử lý đánh giá gián tiếp thơng qua tần số xung nhịp (Clock) mạch ngồi cung cấp cho vi xử lý 20 10  Kiểm tra ADC804  Chúng ta kiểm tra ADC 804 cách sử dụng sơ đồ mạch Thiết lập gọi chế độ kiểm tra chạy tự nhà sản xuất khuyến cao nên sử dụng  Dùng biến trở dùng để cấp điện áp tương tự từ đến 5V tới chân đầu vào  V in(+) ADC 804 đầu nhị phân hiển thị đèn LED bảng huấn luyện số 07:26 507 Giản đồ thời gian đọc ADC 07:26 508 254 07:26 ORG 0h JMP MAIN ADC_RD EQU P2.0 ADC_WR EQU P2.1 INTR EQU P2.2 ADC_RA EQU P0 LED7 EQU P3 ORG 30H MAIN: ACALL LayMau mov LED7,A SJMP MAIN LayMau: CLR ADC_WR ; Tao xung tu thap len cao ;tai chan ADC_WR(Tuc W/R cua ADC) call DELAY SETB ADC_WR ; Cho phep ADC0804 bat dau qua trinh ; chuyen doi tu tuong tu sang so JB INTR, $ ; Doi cho qua trinh chuyen doi xong(100us) 07:26 509 510 255 CLR ADC_RD ; Dua xung muc thap toi chan RD – ; cho phep doc du lieu tu ADC(Xuat D0 D7) call DELAY MOV A,ADC_RA ; Dua du lieu 8bit tu ADC_DAT den ghi A setb ADC_RD RET DELAY: MOV R0,#1 DEL1: MOV R1,#1 DEL2: MOV R2,#10 DEL3: DJNZ R2,DEL3 DJNZ R1,DEL2 DJNZ R0,DEL1 RET END 07:26 511  Kiểm tra ADC804 Ví dụ: Hãy thử nối ghép ADC 804 với 8051 theo sơ đồ sau Viết chương trình để hiển thị chân INTR lấy đầu vào tương tự vào ghi A Sau gọi chương trình chuyển đổi mã Hex ASCII chương trình hiển thị liệu Thực điều liên tục 07:26 512 256  Kiểm tra ADC804 07:26 513  Kiểm tra ADC804 ; Đặt P2.6 = WR (bắt đầu chuyển đổi cần xung thấp lên cao) ; Đặt chân P2.7 = kết thúc chuyển đổi ; Đặt P2.5 = RD (xung cao - xuống - thấp đọc liệu từ ADC) ; P1.0 – P1.7 ADC 804 MOV P1,#0FFH ; Chọn P1 lα cổng đầu vαo BACK: CLR P2.6 ; Đặt WR = SETB P2.6 ; Đặt WR = để bắt đầu chuyển đổi HERE: JB P2.7, HERE ; Chờ cho P2.7 to để kết thúc chuyển đổi CLR P2.5 ;Kết thúc chuyển đổi, cho phép đọc RD MOV A, P1 ; Đọc liệu vào ghi A ACALL CONVERSION ; Chuyển đổi số Hex ma ASCII ACALL DATA_DISPLAY ; Hiển thị liệu SETB P2.5 ; Đưa RD = lần đọc sau SJMP BACK 07:26 514 257 10.5 Phối ghép DAC  Bộ biến đổi DAC0808 07:26 Sơ đồ chân IC DAC 0808 515 Phối ghép DAC với 8051  Bộ biến đổi số-tương tự DAC 07:26 516 258 Phối ghép DAC với 8051  Bộ biến đổi số-tương tự DAC Trong sơ đồ giao tiếp vi điều khiển dùng port để xuất liệu số đến DAC 0808, tín hiệu ngõ DAC đưa qua mạch khuếch đại dùng op-amp OP07 op-amp 741, biến trở R2 dùng để chỉnh độ phân giải cho DAC 07:26 517 Phối ghép DAC với 8051  Bộ biến đổi số-tương tự DAC 07:26 518 259 Phối ghép DAC với 8051  Bộ biến đổi số-tương tự DAC Ví dụ: Để tạo điện áp dạng bậc thang, kết nối mạch sơ đồ nối máy sóng đầu Hãy viết chương trình gửi liệu tới DAC để tạo sóng hình bậc thang 07:26 519 Phối ghép DAC với 8051  Bộ biến đổi số-tương tự DAC Lời giải: CLR A AGAIN: MOV P1,A ;gửi liệu đến DAC INC A ACALL DELAY ;khơi phục lại tín hiệu SJMP AGAIN 07:26 520 260 10.6 Phối ghép với bàn phím  Nối ghép phím đơn với 8051 07:26 Sử dụng lệnh JB 07:26 521 MAIN: DELAY: MOV P3,#00H MOV TMOD,#01 setb P1.0 MOV TH0,HIGH(-1000) JB P1.0,TAT MOV TL0,LOW(-1000) setb P3.0 SETB TR0 call delay JNB TF0,$ JMP MAIN CLR TR0 TAT: CLR TF0 MOV P3,#00H Sử dụng lệnh JNB? ret RET END 522 261 Ma trận phím  dạng đơn giản, bàn phím tổ chức dạng ma trận hàng cột  CPU truy cập hàng lẫn cột thông qua cổng Do vậy, với hai cổng 8bit nối tới bàn phím 8x8 tới vi điều khiển Khi phím ấn hàng cột tiếp xúc, hàng cột lại khơng có tiếp xúc 07:26 523 Phối ghép 8051 với bàn phím  Quét xác định phím 07:26 Nối ghép ma trận phím tới cổng 524 262 Phối ghép 8051 với bàn phím  Nối ghép bàn phím với 8051  Hình trình bày ma trận ✕ nối tới hai cổng Các hàng nối tới đầu cột nối tới cổng vào  Nếu khơng có phím ấn việc đọc cổng vào hồn tồn cho tất cột tất nối tới dương nguồn VCC  Nếu tất hàng nối đất phím ấn cột có giá trị phím ấn tạo đường xuống đất  Chức vi điều khiển quét liên tục để phát xác định phím ấn 07:26 525 Phối ghép 8051 với bàn phím  Nối ghép bàn phím với 8051 07:26 526 263 07:26 Sơ đồ kết nối ma trận phím 4x4 với 89C51 MAIN: MOV P1,#11111110B JNB P1.4,SW7 JNB P1.5,SW8 JNB P1.6,SW9 JNB P1.7,SWCHIA MOV P1,#11111101B JNB P1.4,SW4 JNB P1.5,SW5 JNB P1.6,SW6 JNB P1.7,SWNHAN MOV P1,#11111011B JNB P1.4,SW1 JNB P1.5,SW2 JNB P1.6,SW3 JNB P1.7,SWTRU 07:26 MOV P1,#11110111B JNB P1.4,SWON JNB P1.5,SW0 JNB P1.6,SWBANG JNB P1.7,SWCONG LJMP MAIN SW0: MOV R0,#0 LJMP HT SW1: MOV R0,#1 LJMP HT SW2: MOV R0,#2 LJMP HT SW3: MOV R0,#3 LJMP HT 527 528 264 SW4: MOV R0,#4 LJMP HT SW5: MOV R0,#5 LJMP HT SW6: MOV R0,#6 LJMP HT SW7: MOV R0,#7 LJMP HT SW8: MOV R0,#8 LJMP HT SW9: MOV R0,#9 LJMP HT 07:26 SWCHIA: MOV R0,#15 LJMP HT SWNHAN: MOV R0,#14 LJMP HT SWCONG: MOV R0,#12 LJMP HT SWTRU: MOV R0,#13 LJMP HT SWON: MOV R0,#10 LJMP HT SWBANG: MOV R0,#11 LJMP HT HT: MOV P2,#00H MOV P3,#00H MOV R7,#200 QUET: MOV A,R0; r0=7 MOV B,#10 DIV AB; phan nguyen chua vao A ; phan du chua vao b MOV DPTR,#MALED MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A; P2 = ; MOV A,B; a=7 MOVC A,@A+DPTR MOV P3,A; p3=7 DJNZ R7,QUET LJMP MAIN 529 DELAY_NHO: MOV R1,#10 DEL1: MOV R2,#20 DEL2: MOV R3,#30 DEL3: DJNZ R3,DEL3 ; $ THAY DEL3 THI LENH NAY SE NHAY LEN TRUOC DJNZ DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 RET ORG 500 MALED: ;DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H db 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 07:26 530 265 10.7 Phối ghép điều khiển động chiều Nguyên tắc hoạt động động điện chiều Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển động quay rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha 07:26 531 07:26 532 266 #include sbit PWM = P2^0; sbit TANG = P1^0; sbit GIAM = P1^1; unsigned char dem=0,tocdo=50; bit TANG1=1,TANG0=1,GIAM0=1,GIAM1=1; void timer0(void) interrupt {TR0 = 0; TF0 = 0; dem++; if(dem > 100) dem = 0; if(dem