Giáo trình kỹ thuật vi xử lý hoàn chỉnh

[r]

L I NÓI Đ UỜ Ầ

Công ngh thông tin đệ ượ ức ng d ng r ng rãi nhi u lĩnh v c khoaụ ộ ề ự h c công ngh cu c s ng thọ ệ ộ ố ường nh t Bên c nh kh i lậ ạ ố ượng ph n m m hầ ề ệ th ng ng d ng đ s , công ngh ph n c ng phát tri n vô nhanhố ứ ụ ồ ộ ệ ầ ứ ể chóng Có th nói h th ng máy tính để ệ ố ượ ảc c i thi n nh ng kho ng th iệ ữ ả ờ gian r t ng n, ngày nhanh h n, m nh h n hi n đ i h n.ấ ắ ơ ạ ơ ệ ạ ơ

Nh ng ki n th c c b n v v ph n c ng c a h th ng máy tính lnữ ế ứ ơ ả ề ề ầ ứ ủ ệ ố ln địi h i c p thi t c a nh ng ngỏ ấ ế ủ ữ ười ch n công ngh thông tin làm đ nhọ ệ ị hướng cho ngh nghi p s nghi p khoa h c tề ệ ự ệ ọ ương lai.

Giáo trình K thu t Vi x lý đỹ ậ ử ược vi t c s nh ng gi ng theoế ơ ở ữ ả sát đ cề ương môn h c đọ ược th c hi n t i Khoa Công ngh thông tin tr cự ệ ạ ệ ự thu c Trộ ường đ i h c Thái Nguyên t thành l p đ n nay, luôn đạ ọ ừ ậ ế ược s a ch a, b sung đ đáp ng nhu c u ki n th c c a sinh viên h c t p t i Khoa.ử ữ ổ ể ứ ầ ế ứ ủ ọ ậ ạ

Giáo trình được chia thành chương:

Chương I gi i thi u nh ng ki n th c t ng quan đớ ệ ữ ế ứ ổ ượ ục s d ng k thu tỹ ậ Vi x lý h đ m, cách th c bi u di n thông tin h Vi x lý máyử ệ ế ứ ể ễ ệ ử tính, nh nhìn nh n qua v l ch s phát tri n c a trung tâm Vi x lý.ư ậ ề ị ử ể ủ ử

Chương II gi i thi u c u trúc ho t đ ng c a đ n v x lý trung tâm tớ ệ ấ ạ ộ ủ ơ ị ử ừ μP8085 đ n c u trúc c a Vi x lý h 80x86, c u trúc RISC CISC Doế ấ ủ ử ọ ấ nh ng ng d ng th c t r ng l n đ i s ng, chữ ứ ụ ự ế ộ ớ ờ ố ương II có gi i thi uớ ệ thêm c u trúc ch c c a chip Vi x lý chuyên d ng μC8051.ấ ứ ủ ử ụ

Chương III cung c p nh ng ki n th c v t ch c b nh cho m t h Vi xấ ữ ế ứ ề ổ ứ ộ ớ ộ ệ ử lý, k thu t bỹ ậ ước xây d ng v nh ROM, RAM cho h Vi x lý.ự ỉ ớ ệ ử

Chương IV sâu kh o sát m t s m ch ch c kh l p trình nh m chả ộ ố ạ ứ ả ậ ư ạ đi u n vào/ra d li u song song, m ch u n vào/ra d li u n i ti p,ề ể ữ ệ ạ ề ể ữ ệ ố ế m ch đ nh th i m ch u n ng t.ạ ị ờ ạ ề ể ắ

Chương V gi i thi u c u trúc cách xây d ng, ph i ghép m t s thi tớ ệ ấ ự ố ộ ố ế b vào/ra c b n cho m t h Vi x lý nh bàn phím Hexa, h th ng ch th thanh,ị ơ ả ộ ệ ử ư ệ ố ỉ ị bàn phím máy tính hình.

Cu n giáo trình ch c ch n có nhi u thi u sót, r t mong đ oc s góp ý c aố ắ ắ ề ế ấ ự ự ủ các đ c gi M i ý ki n đóng góp xin g i theo đ a ch :ộ ả ọ ế ử ị ỉ

B môn K thu t máy tính Khoa Cơng ngh Thơng tinộ ỹ ậ ệ Đ i h c Thái Nguyênạ ọ

Thái Nguyên

Ho c theo đ a ch Email ặ ị ỉ dongnt@hn.vnn.vn

M C L CỤ Ụ

M C L CỤ Ụ 3

CHƯƠNG I T NG QUAN V CÁC H VI X LÝỔ Ề Ệ Ử 6

I.1 Các h đ mệ ế

I.1.1 H đ m th p phân (R = 10 - Decimal)ệ ế ậ

I.1.2 H đ m nh phân (R = - Binary)ệ ế ị

I.1.3 H đ m bát phân (R = - Octal)ệ ế

I.1.4 H đ m 16 (R = 16 - Hexa)ệ ế

I.2 Chuy n đ i l n gi a h đ mể ổ ẫ ữ ệ ế

I.2.1 H nh phân h th p phânệ ị ệ ậ

I.2.2 H nh phân h Hexaệ ị ệ 10

I.3 Bi u di n thông tin h Vi x lýể ễ ệ ử 11

I.3.1 Mã hố thơng tin khơng số 11

I.3.2 Mã hố thơng tin số 11

I.3.3 Bi u di n d li u s máy tínhể ễ ữ ệ ố 12

I.3.4 B n ch t v t lý c a thông tin h Vi x lýả ấ ậ ủ ệ 13

I.4 Vài nét v th c hi n phép tính h đ m nh phânề ự ệ ệ ế ị 14

I.4.1 Phép c ng phép trộ 15

I.4.2 Phép nhân phép chia 16

I.5 C u trúc c a h Vi x lý máy vi tínhấ ủ ệ ử 16

I.5.1 Vài nét v l ch s phát tri n trung tâm Vi x lýề ị ể 16

I.5.2 C u trúc c b n c a h Vi x lýấ ả ủ ệ 17

I.5.3 T h Vi x lý đ n máy vi tính PCừ ệ ế 20

CHƯƠNG II CÁC Đ N V VI X LÝ TRUNG TÂMƠ Ị Ử 23

(CPU – CENTRAL PROCESSING UNIT) 23

II.1 Trung tâm Vi x lý ử µ P8085 23

II.1.1 Các nhóm tín hi u ệ µ P8085 25

II.1.2 Khái ni m b n ch t v t lý c a BUS h Vi x lýệ ả ấ ậ ủ ệ 27

II.1.3 Các m ch tr ng thái, m ch ch t m ch khuy ch đ i BUS chi uạ ạ ố ế ề 28

II.1.4 Bi u đ Timing th c hi n l nh c a CPU μP8085ể ự ệ ệ ủ 32

II.1.5 Khái ni m chu kỳ BUSệ 34

II.1.6 Ng t (Interrupt)ắ 35

II.1.7 Truy nh p tr c ti p b nh (Direct Memory Access – DMA)ậ ự ế ộ 36

II.1.8 Vi chương trình (MicroProgram) t p l nh c a ậ ệ ủ µ P8085 37

II.1.9 Vài nét v l p trình cho 8085ề ậ 42

II.1.10 H l nh c a µP8085ệ ệ ủ 43

II.2 Các trung tâm Vi x lý h 80x86ử ọ 46

II.1.1 Mô t chân c a µP8086 tín hi uả ủ ệ 46

II.1.2 C u trúc Trung tâm Vi x lý h 80x86 ấ ọ 48

II.1.3 H th ng ghi ệ ố µ P80x86 50

II.1.4 Các ch đ làm vi c MIN/MAXế ộ ệ 55

II.1.5 Phương th c qu n lý b nh , mode đ a ả ộ ị ỉ 55

II.1.7 Các m ch Multiplexer, m ch Decoder, m ch PLAạ ạ 60

II.1.8 Vài nét v l p trình h p ngề ậ ợ ữ 62

II.3 C u trúc tính c a m t s chip Vi x lý hi n đ i.ấ ủ ộ ố ử ệ ạ 63

II.3.1 C u trúc chip Vi x lý Pentiumấ 65

II.3.2 C u trúc RISC, CISC ấ 69

II.3.3 Qu n lý b nh ả ộ 71

II.3.4 B nh cache ộ 71

II.4 Single-Chip MicroComputer µC8051 72

II.4.1 T ng quanổ 72

II.4.2 Mô t c u trúc ch c năngả ấ ứ 74

II.4.3 L p trình cho µC8051ậ 84

II.4.4 Các kh ng d ng c a µC8051ả ứ ụ ủ 85

CHƯƠNG III B NH TRONG C A H VI X LÝỘ Ớ Ủ Ệ Ử 86

III.1 B nh h Vi x lýộ ớ ệ ử 86

III.1.1 Ph n t nh , vi m ch nh , t nh dung lầ ớ ượng b nh ộ 86

III.1.2 Vài nét v b nh c a h Vi x lý máy tính PCề ộ ủ ệ 87

III.1.3 Phân lo i chip nh ROM, RAMạ 92

III.3 T ch c b nh cho h Vi x lýổ ứ ộ ớ ệ ử 93

III.3.1 T ch c b nh v t lýổ ứ ộ ậ 93

III.3.2 Thi t k v nh cho h Vi x lýế ế ỉ ệ 94

96

CHƯƠNG IV CÁC CHIP KH L P TRÌNHẢ Ậ 97

(PROGRAMMABLE) 97

IV.1 T ng quanổ 97

IV.2 M t s m ch ch c tiêu bi uộ ố ạ ứ ể 97

IV.2.1 M ch vào/ra d li u song song PPI-8255 (Programmable Peripheral Interface).ạ ữ ệ 97

IV.2.2 M ch u n ng t PIC-8259ạ ề ể ắ 102

IV.3.3 M ch đ m đ nh th i đa PIT-8253 (Programmable Interval Timer)ạ ế ị 112

IV.4.4 M ch u n vào/ra n i ti p đ ng b /d b USART-8251 (Universalạ ề ể ố ế ộ ị ộ Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter) 118

CHƯƠNG V THI T B VÀO RA C A H VI X LÝẾ Ị Ủ Ệ Ử 131

V.1 Bàn phím Hex Keyboard 131

V.2 Ghép n i bàn phím v i h Vi x lýố ớ ệ ử 135

V.2.1 H th ng bàn phím c a máy vi tínhệ ố ủ 135

V.2.2 Quá trình truy n d li u t bàn phím cho CPU ề ữ ệ 136

V.3 M ch u n l p trình ch th 7-segmentsạ ề ể ậ ỉ ị 137

V.4 Màn hình (Monitor) 139

V.4.1 Màn hình ng tia âm c c CRT (Cathode Ray Tube)ố ự 139

V.4.2 Ghép n i hình v i h Vi x lýố ệ 140

V.4.3 B u n hình CRTCộ ề ể 141

PH L CỤ Ụ 144

PH L C AỤ Ụ 144

T 2-14 giá tr làm tròn l y 10 s sau d u ph yừ ị ấ ố ấ ẩ 148 PH L C CỤ Ụ 149

CHƯƠNG I T NG QUAN V CÁC H VI X LÝỔ Ề Ệ Ử I.1 Các h đ mệ ế

H đ m thông d ng nh t đ i s ng h đ m c s 10 (th pệ ế ụ ấ ờ ố ệ ế ơ ố ậ

phân – Decimal), s d ng 10 ký t s t đ n Ngoài ra, s n xu t,ử ụ ự ố ừ ế ả ấ

kinh doanh cịn có s d ng h đ m c s 12 (tá – dozen).ử ụ ệ ế ơ ố

Trong h th ng máy tính, đ x lý, tính tốn, ta s d ng h đ mệ ố ể ử ử ụ ệ ế

c s (nh phân – Binary), h c s (bát phân – Octal), h c s 16ơ ố ị ệ ố ệ ố

(Hexa) Tuy nhiên, vi c nh p d li u hay đ a k t qu x lý, ta l i dùng hệ ậ ữ ệ ư ế ả ử ạ ệ

đ m c s 10.ế ơ ố

M t s ộ ốN m t h đ m b t kỳ có ộ ệ ế ấ n+l ch s , g m ữ ố ồ n chữ

s thu c ph n nguyên ố ộ ầ l ch s thu c ph n th p phân, đữ ố ộ ầ ậ ược tri n khaiể

theo công th c t ng quát:ứ ổ

k n

l k

kR

a

N ∑

− =

= đó:

R c s c a h đ mơ ố ủ ệ ế

ak là tr ng c a ch s v trí th k (0 ọ ủ ữ ố ị ứ ≤ ak < R) { ak }R = {0, 1, 2, 3, …, R – 1}

l, n là s nguyên ố

N = anan-1…a1a0,a-1a-2…a-l

Theo công th c trên, s đứ ố ược bi u di n h đ m khácể ễ ệ ế

nhau s nh sau:ẽ ư

I.1.1 H đ m th p phân (R = 10 - Decimal)ệ ế ậ

{ ak }D = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

SJMP rel (22):Nh y ng n ả ắ

JMP @A+DPTR (12): Nh y gián ti p t tr d li u ả ế ừ ỏ ữ ệ

JZ rel (22): Nh y n u A=0 ả ế

JNZ rel (22): Nh y n u A không b ng ả ế ằ

JC rel (22): Nh y n u c nh đả ế ờ ớ ược đ t ặ

JNC rel (22): Nh y n u c nh không đả ế ờ ớ ược đ t ặ

JB bit,rel (32): Nh y tả ương đ i n u bit tr c ti p đố ế ự ế ược đ t.ặ

JNB bit,rel (32):Nh y tả ương đ i n u bit tr c ti p không đố ế ự ế ược đ t.ặ

JBC bit,rel (32): Nh y tả ương đ i n u bit tr c ti p đố ế ự ế ược đ t, r iặ ồ

xóa bit.

CJNE A,data,rel (32): So sánh d li u tr c ti p v i A nh y n uữ ệ ự ế ớ ả ế

không b ng.ằ

CJNE A,#data,rel (32): So sánh d li u t c th i v i A nh y n uữ ệ ứ ờ ớ ả ế

không b ng.ằ

CJNE Rn,#data,rel

(32): So sánh d li u t c th i v i n i dung ghiữ ệ ứ ờ ộ

Rn nh y n u không b ng.ả ế ằ

CJNE

@Ri,#data,rel

(32): So sánh d li u t c th i v i d li u gián ti p vàữ ệ ứ ờ ữ ệ ế

nh y n u không b ng.ả ế ằ

DJNZ Rn,rel (22): Gi m ghi Rn nh y n u không b ng ả ả ế ằ

DJNZ data (32): Gi m d li u tr c ti p nh y n u khôngả ữ ệ ự ế ả ế

TÀI LI U THAM KH OỆ Ả

[ ] Nguy n Tăng Cễ ường, Phan Qu c Khánh: ố C u trúc l p trìnhấ ậ h Vi u n 8051ọ ề ể NXB KH&KT hà N i-2004 ộ

[ ] Vũ Ch n H ng: ấ ư Giáo trình Ki n trúc máy tính ế NXB Giao thơng v n t i - Hà N i 2002ậ ả ộ

[ ] Văn Th Minh: ế K thu t Vi x lý – ỹ ậ ử NXB Th ng kê – Hà N iố ộ

1983

[ ] Phòng K thu t s - Vi n Khoa h c Tính tốn Đi u n:ỹ ậ ố ệ ọ ề ể K thu t Vi x lý - ỹ ậ ử Nhà Xu t b n Th ng kê – Hà N i 1983ấ ả ố ộ

[ ] Alan Clements: Principles of Computer Hardware – PWS-KENT Publishing Company – Boston 1992

[ ] Intel® Corporation: Component Data Catalog 1982

[ ] David Hergert, Nancy Thibeault: PC Architecture from Assembly Language To C Prentice-Hall, Inc 1997

[ ] Christopher L Morgan and Mitchell Waite: 8086/8088 16-bit Micrro-Processor Primer – McGraw-Hill, Inc 1982

[ ] V.M Rooney: Microprocessors and Microcomputers - McMilan Publishing Company – New York 1983

[ 10 ] James L., Turley: Advanced 80386 programming techniques -