Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRờng đại học dân lập đông đô Khoa công nghệ thông tin Bài tập tốt nghiệp Đề tài: Xây dựng chơng trình điều khiển Moniter cho hệ vi xử lý chuyên dụng Giáo viên hớng dẫn: PTS Đỗ Xuân Tiến Sinh viên thực : Phạm Thị Hải Lớp b2khoá Lời cảm ơn Mở đầu cho tập tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới thầy Đỗ Xuân Tiến _ Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, ngêi trùc tiÕp híng dÉn em thùc hiƯn bµi tËp tốt nghiệp đà cho em dẫn quý giá.Thiếu giúp đỡ thầy em đợc kết nh ngày hôm Xin chân thành cảm ơn ban giáo vụ khoa Công nghệ Thông tin anh chị quản lý phòng máy trờng Đại học Dân lập Đông Đô đà sẵn sàng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em Cảm ơn bạn bè đà quan tâm động viên cổ vũ giúp đỡ để em thực tốt tập tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội tháng 6/2000 Sinh viên Phạm Thị Hải lời nói đầu Trong lĩnh vực công nghệ tin học nh nay, phát triển nhanh kỹ nghệ phần cứng phần mềm làm cho máy tính thục trở thành công cụ cá nhân để xử lý thông tin Ngày tốcđộ xử lý PC nhanh nhiều so với tốc độ hƯ vi xư lý chuyªn dơng Trong hƯ vi xư lý thùc hiƯn mét lƯnh th× PC cã thĨ đà thực đợc hàng trăm, hàng ngàn lệnh Do việc Xây dựng chơng trình điều khiển Moniter cho hệ vi xử lý chuyên dụng điều cần thiết Vấn đề đặt hÃy sử dụng PC kèm theo chơng trình phần mềm cần thiết, Card giao tiếp PC hệ vi xư lý chuyªn dơng, cho cã sư dơng mét vùng Ram PC để mô cho EPROM để nạp chơng trình hệ thống hệ chuyên dụng Chúng ta sâu vào tìm hiểu vi xử lý 8085A Intel Đây vi xử lý điển hình tạo điều khiển chuyên dụng.Nó có khả phân biệt 256 địa cho thiết bị ngoại vi Chúng đà đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp để tạo c¸c m¸y tÝnh bÝt nỉi tiÕng mét thêi nh Appe II Commodore 64 Đợc sản xuất công nghệ Nmos với công nghệ phần tử đơn vị diện tích cao so với công nghệ Pmos Cmos Tuy nhiên khả có hạn thời gian chuẩn bị hạn chế, nên đề tài không tránh khỏi nhầm lẫn, thiếu sót mặt Em mong nhận đợc đóng góp ý kiến thầy cô nh bạn bè để tập tốt nghiệp đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội 5/2000 Sinh viên: Phạm Thị Hải Nội dung đề tài gồm có ba chơng: Chơng 1: tổng quan máy tính hƯ vi xư lý 1.1 CÊu tróc cđa m¸y tÝnh PC 1.2 Giới thiệu sơ lợc cấu trúc hoạt ®éng cđa hƯ vi xư lý 1.3 ViƯc thùc hiƯn lệnh 1.4 Các chơng trình Chơng 2: Giao tiếp hệ vi xử lý máy tính PC 2.1 Hệ vi xư lý chuyªn dơng 2.2 HƯ vi xư lý 8085 INTEL 2.3 Tỉ chøc Card giao tiÕp gi÷a hệ vi xử lý máy tính PC chơng Xây dựng phần mềm điều khiển 3.1 Lu đồ thuật toán chơng trình hệ thống 3.2 Chơng trình hệ thống Kết luận chơng I: tổng quan máy tÝnh vµ hƯ vi xư lý 1.1 CÊu tróc cđa máy tính Một hệ thống máy tính điển hình bao gồm: khối hệ thống(system unit), bàn phím(keyboard), hình(display screen), ổ đĩa(disk drives) Khối hệ thống thờng đợc xem xét nh máy tính tập trung bảng vi mạch máy tính Bàn phím, màm hình ổ đĩa đợc gọi thiết bị vào/ra (I/O divices) lẽ chúng thực thao tác vào/ liệu máy tính Chúng đợc gọi thiết bị ngoại vi Hiện ngời ta dùng vi mạch(IC chíp)để xây dựng mạch điện tử máy tính Mỗi vi mạch bao gồm hàng trăm hay chí hàng ngàn đèn bán dẫn(transistor) Các vi mạch mạch số(digital ciruit) chúng thao tác với v\các mức tín hiệu điện áp rời rạc, mà điển hình mức điện áp thấp mức diện áp cao Kí hiệu đạI diện cho tín hiệu điện áp thấp cao tơng ứng Trong kỹ thuật lập trình hệ thống máy tính PC mạng máy tính PC đóng vai trò nh mét ph¬ng tiƯn quan träng tỉ chøc hƯ thèng nh xây dựng phần mềm diều khiển hệ thống Nhờ mà hệ thống có tính mềm dẻo tính thông minh thao tác xử lý, gia công tạo tín hiệu điều khiển theo chức theo tham số tạm thời gian thực Máy tính PC thực chất hệ vi xử lý đa Cấu trúc bên máy tính có dạng nh hình 1.1 Các thành phần chủ yêú đợc liệt kê sơ đồ cấu hình máy tính PC Các thÕ hƯ m¸y tÝnh kh¸c cã kÕt cÊu kh¸c song chức thành phần hệ thống thay đổi Trong khối hệ thống bảng mạch chứa vi xử lý vi mạch nhớ đợc gọi bảng mạch hệ thống(System Board) Bảng mạch hệ thống đợc gọi bảng mạch mẹ(mother board) chứa khe cắm(slot) mở rộng dùng để ghép thêm vỉ mạch khác(add-in board) Các mạch vào/ra thờng đợc đặt vào vỉ ghép thêm 1.2 Giới thiệu sơ lợc cấu trúc hoạt động cđa hƯ vi xư lý Bé vi xư lý lµ thành phần thiếu đợc để tạo nên máy tính Trong thực tế vi xử lý phải kêta hợp thêm phận điện tử khác nh nhớ khối phối ghép vào/ra để tạo nên hệ vi xử lý hoàn chỉnh Cần lu ý để hệ thống có cấu trúc nh trên, máy vi tính ứng dụng cụ thể hệ vi xử lý Trong sơ đồ ta thấy rõcác khối chức hệ vi xử lý gồm: * Bộ xử lý trung tâm(CPU) Bus địa CPU Bộ Nhớ Vào/Ra Bus điều khiển Bus số liệu Hình 1.2:Sơ đồ khối hệ vi xử l 1.2.Giới thiệu sơ lợc cấu trúc hoạt động hệ VXL Bộ VXL thành phần thiếu đợc để tạo nên máy tính Tron thực tế VXL phải kết hợp thêm phận điện tử khác nh nhớ phối ghép vào để tạo nên VXL hoàn chỉnh Cần lu ý để hệ thống có cấu trúc nh trên, thuật nhữ System board CPUCop-processor (Bộ đồng xử lý)oscilator (Tạo dao động)Interrupt levelRomSpeaker connectorDAMRamKeyboard connectorCMOSTIMERBattery connector Power supply 115/230 SpeakerKeyboardBattery fÜxed disk driverDiskette driverVideo & Card Slot Slot PCI Slot më réng ChÝp AGP H×nh 1.1: Sơ đồ khối máy tính PC VXL mang ý nghĩa tổng quát so với thuật ngữ máy vi tính máy vi tính ứng dụng cụ thể hệ VXL Trong sơ đồ ta thấy rõ khối chức hệ VXL gồm: ã Bộ xử lý trung tâm(CPU) ã Bộ nhớ bán dẫn (memory, M) ã Khối phối ghép với thiết bị ngoại vi(I/O) ã Các Bus truyền thông tin Trong máy vi tính, CPU xử lý đơn chíp CPU nÃo máy vi tính, điều khiển hoạt động máy tính Nó sử dụng nhớ để lu trữ thông tin, vi mạch vào để liên lạc với thiết bị ngoại vi Ba khối chức liên hệ với thông qua tập đờng dây để truyền tín hiệu chung gọi Bus hệ thống Bus hệ thống bao gồm: Bus địa chỉ,bus liệu, bus điều khiển 1.2.1.Bộ xử lý trung tâm(CPU) CPU đóng vai trò chủ đạo hệ VXL Khi hoạt động đọc mà lệnh đợc ghi dới dạng bit từ bọ nhớ, sau giải mà lệnh thành dÃy xung điều khiển ứng với thao tác lệnh để điều khiĨn c¸c khèi thao t¸c thùc hiƯn tõng bãc c¸c thao tác Để làm đợc việc bên CPU có ghi dùng để địa lệnh đợc thực gọi ghi trỏ lệnh đếm chơng trình, số ghi đa khác tính toán số học lozic(ALU) để thao tác liệu Mặc dù VXL nÃo máy tính PC chip thông minh hệ thống, giám sát tất hoạt động củamột hệ phức tạp nh máy tinh PC Bởi ngời ta phải bổ trợ thêm cho VXL số chip chuyên dụng Chúng cho phép giảm nhẹ phần công việc VXL cho phép tập chung vào công việc thcj chơng trình Các chip đợc dùng cho việc liên lạc điều khiển thiết bị ngoại vi nh ổ đĩa, hình Sau chip bổ trợ cho VXL ã Bộ điều khiểnchế độ truy nhập trc tiếp DMA(8237 DMAC) dùng để vào thông tin với đĩa,là công việc tơng đối chậm Bằng cách ngời ta giảm nhẹ công việc cho VXL tăng tốc độ thực chơng trình ã Bộ điều khiển chế ngắt (8259) Các tín hiệu ngắt cho phép đối tợng khác hệ thống yêu cầu xử lý trung tâm tạm dừng công việc để phục vụ chúng Vì có nhiều ngắt đến từ thành phần khác cđa hƯ thèng cã thĨ xt hiƯn ®ång thêi cïng môt lúc nên chúng cần phải đợc chuyển đến điều khiển ngắt sau điều khiển ngắt chuyển chúng đến xử lý trung tâm Bộ điều khiển ngắt cho nỗi yêu cầu ngắt mức u tiên dựa vào chức yêu cầu ngắt chuyển đến cho VXL yêu cầu ngắt có mức u tiên cao ãBộ ghép nối thiết bị ngoại vi cổng vào có lập trình(8255) Bộ ghép nối thiết bị ngoại vi thực chất cổng vào đợc điều khiển chơng trình Nó thiết lập liên lạc xử lý trung tâm thiết bị ngoại vi nh bàn phím Chíp 8255 có nhiều chế độ làm việc từ đơn giản đến phức tạp đợc cài đặt chơng trình ãBộ tạo nhịp CLK tim hệ thống Bộ tạo dao động nhịp dao động với tần số hàng trăm MHz tạo nhịp cho VXL thanhf phần khác hệ thống hoạt động ãBộ tạo thời gian (8253) đợc dùng nh đếm tạo thời gian Nó cho phép đa qua đầu xung có tần số xác định không đổi Tần số xung điều khiển chơng trình cho đầu cung cấp tàan số định Mỗi đầu đợc nối với thiết bị ngoại vi ãSlot Kênh tổng hợp cung cấp +Địa cổng IO từ 100h đến 3ffh +Các chân kênh địa chi +Lựa chọn kiểu liệu để trao đổi thông tin +Sử dụng ngắt cứng +Sử dụng chế DMA +Sử dụng chế làm tơi nhớ Slot có 62 chân loại bổ xung 36 chân 1.2.2.Bộ nhớ bán dẫn(Hay gọi nhớ trong) Các byte word: Thông tin xử lý máy tính đợc lu trữ nhớ Mỗi phần tử vi mạch nhớ chứa bit liẹu.Mỗi byte có bit liệu Một mạch nhớ byte đợc xác định số gọi địa chỉ(address) Byte có giá trị Địa byte nhớ cố định byte nhớ máy tính có địa riêng nó, địa byte nhớ khác Còn nội dung byte nhớ liệu đợc lu tr÷ tøc thêi bé nhí Khi néi dung byte nhớ bit số bit địa lại phụ thuộc vào VXL Vị trí bit Các vị trí đợc đánh từ phải sang trái, Trong từ, bit tù D0 D7 tạo thành byte thấp bit từ D8 D15 tạo thành byte cao §Ĩ chøa mét tõ bé nhí byte ghi thấp vào byte nhớ với địa thấp, byte cao ghi vào byte nhớ với địa cao C¸c thao t¸c víi bé nhí Bé xư lý cã thể thực hai thao tác với nhớ: Đọc nội dung ô nhớ ghi liệu vaò ô nhớ Trong thao tác đọc, VXLchỉ lấy liệu nội dung nguyên thuỷ không đổi Trong thao tác ghi, liệu đợc viết vào trở thành nội dung ô nhớ liệu nguyên thuỷ Bộ nhớ ROM RAM: ROM nhớ cố định cho phép lấy thông tin từ Trong ROM ta chứa chơng trình điều khiển hoạt động toàn hệ thống khởi động CPU lấy lệnh từ mà khởi động hệ thống RAM tập hợp ghi có đọ dài m bit (thông thờng bit) có chức lu trữ trao đổi thông tin hệ thốngvới thiết bị ngoại vi đợc ghép nối với Trong RAM chứa phần chơng trình điều khiển hệ thống, chơng trình ứng dụng liệu hệ thống kết qủa chơng trình Các liệu chơng trình muốn lu trữ lâu dài đọc để nhớ 3.3.Khối phối ghép vào ra(I/O) Các thiết bị ngoại vi đợc nối với máy tính thông qua mạch vào Mỗi mạch chứa vài ghi gọi cổng vào ra(I/O port) Một số đợc dùng cho liệu số khácđợc dùng cho lệnh điều khiển Giống nh ô nhớ cổng vào có địa đợc nối với hệ thống Bus Tuy nhiên địa đợc xem nh địa vao thực đợc với lệnh vào cổng vào thực chức để trao đổi CPU thiết bị ngoại vi Dữ liệu đợc nạp vào từ thít bị ngoai vĩe đợc gửi vao cổng, taị chúng có thẻ đợc đọc tõ CPU Khi xt, CPU viÕt d÷ liƯu cỉng, vi mạch vào sau chuyển liệu đến thiết bị ngoại vi Các cổng nối tiếp song song Dữ liệu truyền cổngvà thiết bị ngoại vi dùng bit (nối tiếp) hay hc 16 bit cïng mét lóc(song song) Mét cổng song song yêu cầu nhiều dây nối cổng nối tiếp chậm Các thiết bị chậm nh bàn phím thờng nối với cổng nối tiếp, ngợc lại thiết bị nhanh nh ổ đĩa thờng nối với cổng song song Tuy nhiên có vài thiết bị chẳng hạn nh máy in nói với cổng song song nối tiếp Các loại đĩa tõ Chóng ta thÊy r»ng néi dung cđa RAM sÏ bị tắt máy đĩa từ đợc sử dụng để lu trữ thông tin lâu dài Có hai loạ đĩa tử :đĩa mềm(floppy disk hay diskettes) đĩa cứng (hard drive) Thiết bị dùng để viết đọc thông tin đĩa từ gọi ổ đĩa (disk drive) Đĩa cứng ổ đĩa đợc đặt hộp kín đa khỏi máy tính đợc gọi ổ đĩa cố - Tạo tín hiệu CLEAR1(bit d2) CLEAR2 (bit d3) luân phiên đảo mức 1và trình mô để IC4 thờng trực nắm bắt tín hiệu ALE CSROM IC4 tự động phát tín hiệu READY=0 Cũng nhờ chơng trình hệ thống chủ động kiểm so¸t viƯc ph¸t tÝn hiƯu READY=1 cho phÐp CPU trở lại trình tiếp tục làm việc - Tạo tín hiệu cấm cho phép IC1 hoạt động (bit d7) Các tín hiệu đợc lấy từ ghi 378H/LPT1 nối vào cổng vào IC2 Việc sử dụng ghi 378H multiflexer vừa đảm nhiệm xuất liệu cho hệ vi xử lý (qua IC1) đảm nhiệm xuất tín hiệu điều khiển cho hệ vi xử lý cho thân CARD giao tiếp nh cho thấy rõ ý nghĩa việc sử dụng IC1 IC2 vi mạch chốt (bằng sờn dơng) 74LS374 yêu cầu bắt buộc tín hiệu đầu chúng không bị ảnh hởng trực tiếp đến IC6 (74 LS 244)đợc tách thành hai phần: phần IC6/1 có nhiệm vụ nhập nible thÊp (A0÷ A3) cđa byte thÊp tõ BUS địa hệ vi xử lý vào máy tính, phần IC6/2 cã nhiƯm vơ nhËp nible cao (A4÷ A7) byte thấp từ BUS địa vào máy tính IC7 (74LS 244) đợc tách thành phần: phần IC7/1 cã nhiƯm vơ nhËp nible thÊp cđa byte cao (A8ữ A11), phần IC7/2 làm nhiệm vụ nhập nible cao byte cao (A12ữ A15) Việc tạo c¸c tÝn hiƯu xung chèt cho c¸c IC1, IC2 (74LS 374) phần mềm hệ thống tạo qua IC5( 74LS 138) IC5 thùc hiƯn c¸c mƯnh lƯnh tõ phần mềm hệ thống qua ghi điều khiển 37AH cổng LPT1 máy tính để tiến hành nhiệm vụ nh: - Tạo xung chốt (bằng sờn dơng) vào chân clock (pin 11) cho IC1, IC2 cách đa chân mức sau nâng lên mức Chân CS1 IC5 đợc nối với chân clock IC1, CS2 IC5 đợc nối với chân clock IC2 - Tạo tín hiệu mở thông IC6, IC7 để nhập tín hiệu địa từ BUS địa hệ vi xử lý vào máy tính cách lần lợt đa mức vào chân 1G (pin 1), 2G (pin 19) ứng với IC cần mở để chơng trình hệ thống đọc giá trị địa nible tơng øng Ch©n CS5 cđa IC5 nèi víi 1G cđa IC6/1, ch©n CS6 nèi víi 2G cđa IC6/2, ch©n CS7 nèi víi 1G cđa IC7/1, ch©n CS8 nèi víi 2G cđa IC7/2 Các chân CS3, CS4 IC5 không sử dụng IC5 làm việc theo nguyên tắc chơng trình hệ thống cần kích hoạt IC số IC1, IC2, IC6/1, IC6/2, IC7/1, IC7/2 đầu tơng ứng đợc hạ xuống mức 0, sau tất đầu CS mức Đó nhờ có chân E1, E2 nối vào chân CTRL/D3 ghi 37AH(LPT1) Nếu CTRL/D3=0 cho phép kích hoạt hay mở thông IC nói trên, CTRL/D3=1 tất ®Çu CS cđa IC5 ®Ịu ë møc Lu ý tín hiệu CTRL/D3 đợc đảo so với bit d3 cđa ghi 37AH TÝn hiƯu CSROM =0 vai trò giúp cho CARD giao tiếp tự động tạo tín hiệu READY=0 nh đà nói trên, đợc chơng trình hệ thống trực tiếp đọc vào qua ®êng tÝn hiƯu STAT