Tài liệu Giao tiếp giữa KIT vi xử lý 8085 và máy tính Nguồn, chương 2 doc

Chương 2: CẤU TRÚC VI XỬ LÝ 8085 I. CẤU TẠO BÊN TRONG VI XỬ LÝ 8085 1. Cấu trúc của một vi xử lý cơ bản : Một vi xử lý về cơ bản gồm có 3 khối chức năng: đơn vò thực thi (Execution), bộ điều khiển tuần tự (Sequencer) và bus giao tiếp. - Đơn vò thực thi : Xử lý các lệnh số học và logic. Các toán hạng liên quan có mặt ở các thanh ghi dữ liệu hoặc đòa chỉ hoặc từ bus nội. - Bộ điều khiển tuần tự : Bao gồm bộ giải mã lệnh (Intrustruction Decoder) và bộ đếm chương trình (Program Counter). + Bộ đếm chương trình gọi các lệnh chương trình tuần tự. + Bộ giải mã lệnh thì khởi động các bước cần thiết để thực hiện lệnh. Bộ điều khiển tuần tự tạo thành một hệ thống logic tuần tự mà cách thức hoạt động của nó được chứa trong ROM. Nội dung chứa trong ROM được gọi là vi chương trình. Các lệnh bên ngoài trong trường hợp này xác đònh các đòa chỉ vào vi chương trình. Khi chương trình bắt đầu thực hiện thì bộ đếm chương trình PC được đặt ở đòa chỉ bắt đầu, thường là đòa chỉ 0000 H (với xi xử lý 8 bit). Đòa chỉ này được chuyển đến bộ nhớ thông qua bus đòa chỉ (Address Bus). Khi tín hiệu Read được đưa vào ở bus đòa chỉ nội dung của bộ nhớ liên quan xuất hiện trên bus dữ liệu (data bus) và sẽ được chứa ở bộ giải mã lệnh (Instruction Decoder). C ontrol Logic Instruction Register Instruction Decoder TEMP - 1 TEMP - 2 ALU Out SP PC High Low Memory Address Register Accumulator (A) Status Register Register B Register D Register H Register C Register E Register L 16 bit Address 8 bit Data Bus IN I N 8 bit Internal data bus Bus Sau khi khởi động một số bước cần thiết để thực thi lệnh nhờ một số chu kỳ máy và khi lệnh đã thực thi, thì bộ giải mã lệnh làm cho bộ đếm chương trình chỉ đến ô đòa chỉ của lệnh kế. Trong đề tài này, sử dụng vi xử lý 8085 là một vi xử lý 8 bit nên dưới đây xin trình bày cấu trúc của vi xử lý 8085. Hình 1.1 : Sơ đồ khối của một vi xử lý 8 bit. Address Register Data Register ALU Instruction Decoder Program Counter Logic Control Hình 1.2 : Sơ đồ cấu trúc của một vi xử lý. Qua sơ đồ trên, ta thấy vi xử lý bao gồm các khối chính sau: khối đơn vò số học/logic ALU (Arithmatic Logic Unit), các thanh ghi và khối Control Logic. Các khối này liên hệ với nhau qua các đường dây truyền tín hiệu. 2. Chức năng và nhiệm vụ của các khối trong vi xử lý: a. Khối ALU (Arithmatic Logic Unit). Khối đơn vò số học/ logic là khối quan trọng nhất bên trong vi xử lý, khối ALU chứa các mạch điện logic có chức năng chính là thực hiện các phép toán, các phép thay đổi số liệu. Cơ sở chính của khối ALU là mạch cộng, nên nó có khả năng thực hiện các phép xử lý số nhò phân. Khối ALU có hai ngõ vào và một ngõ ra, các ngõ vào có chức năng chuyển tín hiệu ngõ vào vào khối ALU để tính toán, sau đó dữ liệu được chuyển đến ngõ ra để chuyển ra ngoài. Dữ liệu trước khi vào khối ALU được chứa ở thanh ghi TEMP 1 và TEMP 2 là các thanh ghi đệm. Trong vi xử lý có một thanh ghi đặc biệt có tên là thanh ghi A, hầu hết mọi hoạt động của ALU đều thông qua thanh ghi này. Thông thường khối ALU nhận dữ liệu từ thanh ghi A rồi xử lý dữ liệu, sau khi xử lý xong thì lại gởi dữ liệu ra thanh ghi A. b. Các thanh ghi bên trong vi xử lý. Các thanh ghi bên trong của vi xử lý có chức năng lưu trữ tạm thời các dữ liệu khi xử lý. Trong số đó có một vài thanh ghi đặc biệt khi thực hiện lệnh, còn các thanh ghi còn lại là các thanh ghi thông dụng. Các thanh ghi này giúp cho người lập trình thực hiện chương trình dễ dàng hơn, số lượng thanh ghi phụ thuộc vào từng loại vi xử lý. Các thanh ghi trong một vi xử lý gồm có: thanh ghi tích lũy (Accumulator Register), thanh ghi PC (Program Counter Register), thanh ghi con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer Register), thanh ghi trạng thái (Status Register), các thanh ghi thông dụng, thanh ghi đòa chỉ và thanh ghi lệnh (Instruction Register). * Thanh ghi tích lũy (thanh ghi A – Accumulator Register) : Thanh ghi A là một thanh ghi quan trọng của vi xử lý có chức năng lưu trữ dữ liệu khi tính toán. Hầu hết các phép toán số hc và phép toán logic đều xảy ra giữa ALU và thanh ghi A, nhưng cần lưu ý rằng hầt hết sau khi thực hiện phép tính, ALU thường gởi dữ liệu vào thanh ghi A làm dữ liệu trong thanh ghi A trước đó bò mất. Thanh ghi A thường làm trung gian để trao dữ liệu của vi xử lý với các thiết bò ngoại vi. Với vi xử lý 8085A, thanh ghi A có độ dài 8 bit. * Thanh ghi PC (Program Counter Register) : Thanh ghi PC là thanh ghi quan trọng nhất của vi xử lý. Khi thực hiện một chương trình, các lệnh của chương trình sẽ được quản lý bằng thanh ghi PC. Thanh ghi PC sẽ chứa đòa chỉ của các lệnh đang thực hiện của một chương trình. Chính vì vậy, trước khi vi xử lý thực hiện một chương trình thì thanh ghi PC phải được nạp một dữ liệu, đó chính là đòa chỉ đầu tiên của chương trình. Trong quá trình thực hiện chương trình, vi xử lý tự động tăng nội dung thanh ghi PC để chuẩn bò đón các lệnh tiếp theo, tuy nhiên trong chương trình có lệnh có khả năng làm thay đổi nội dung thanh ghi PC. Với vi xử lý 8085, thanh ghi PC có độ dài 16 bit và khi vi xử lý được reset lại, thanh ghi PC sẽ tự động nạp cho mình giá trò 0000 H . * Thanh ghi trạng thái (Status Register): Thanh ghi trạng thái còn gọi là thanh ghi cờ (Flag Register – thanh ghi F) dùng để lưu trữ kết quả của một số lệnh kiểm tra. Việc lưu trữ kết quả của các lệnh kiểm tra giúp cho người lập trình có khả năng điều khiển chương trình theo các nhánh khác nhau. Với vi xử lý 8085 cấu trúc của thanh ghi trạng thái như sau: 7 6 5 4 3 2 1 0 S Z x AC x P x CY Trong đó: S (signal): bit dấu : S = 1 khi kết quả âm, S = 0 khi kết quả dương. Z (Zero): bit Zero: Z = 1 khi kết quả bằng 0, Z = 0 khi kết quả khác 0. AC (Auxiliary carry): bit tràn: AC = 1 : phép tính bò tràn trên bit 4. AC = 0 : phép tính không bò tràn trên bit 4. P (Parity): bit chẵn, lẻ: P = 1 khi kết quả là số chẵn. P = 0 khi kết quả là số lẻ. CY (Carry): bit nhớ: CY = 1 khi kết quả có số nhớ. CY = 0 khi kết quả không có số nhớ. Các bit x là các bit không được sử dụng thông dụng nên không giới thiệu trong đề tài này. * Thanh ghi con trỏ ngân xếp (Stack Pointer Register – thanh ghi SP): Thanh ghi con trỏ ngăn xếp là thanh ghi quan trọng của vi xử lý, độ dài dữ liệu của thanh ghi SP bằng với độ dài dữ liệu của thanh ghi PC. Chức năng của thanh ghi SP là dùng để quản lý bộ nhớ ngăn xếp khi muốn lưu trữ tạm thời dữ liệu vào ngăn xếp, cũng giống như thanh ghi PC, thanh ghi SP cũng tự động chỉ tới ô nhớ kế. Trong các vi xử lý, vò trí con trỏ ngăn xếp luôn tự động giảm để chỉ tới ô nhớ kế tiếp, vì vậy khi thiết lập giá trò cho thanh ghi con trỏ ngăn xếp phải là đòa chỉ cuối cùng của chương trình và nó phải nằm trong vùng nhớ RAM. Nếu không khởi tạo đòa chỉ con trỏ ngăn xếp, nó sẽ chỉ đến một đòa chỉ ngẫu nhiên, do đó dữ liệu cất vào ngăn xếp có thể ghi chồng lên phần chương trình làm chương trình chạy sai hoặc SP không nằm trong vùng nhớ RAM làm nó không thực hiện đúng chức năng của mình. * Thanh ghi đòa chỉ bộ nhớ: Thanh ghi đòa chỉ ô nhớ có chức năng tạo đúng đòa chỉ ô nhớ mà vi xử lý muốn truy xuất dữ liệu. Thanh ghi đòa chỉ luôn bằng với thanh ghi PC. * Thanh ghi lệnh : Thanh ghi này có chức năng chứa lệnh mà vi xử lý đang thực hiện. Đầu taên, lệnh được đón từ bộ nhớ đến chứa trong thanh ghi lệnh, tiếp theo lệnh sẽ được thực hiện, trong khi thực hiện lệnh, bộ giải mã lệnh sẽ đọc dữ liệu trong thanh ghi lệnh để xử lý và báo chính xác cho vi xử lý biết yêu cầu của lệnh. Trong suốt quá trình này thanh ghi lệnh không đổi, nó chỉ thay đổi khi thực hiện lệnh kế tiếp. Với vi xử lý 8085 thanh ghi lệnh có độ dài dữ liệu là 8 bit. Người lập trình không có khả năng tác động vào thanh ghi này. * Thanh ghi chứa dữ liệu tạm thời (Temporary Data Register): Thanh ghi chứa dữ liệu tạm thời dùng để trợ giúp khối ALU trong quá trình thực hiện các phép toán. Trong mỗi loại vi xử lý, số lượng các thanh ghi tạm thời khác nhau. c. Khối điều khiển logic (Logic Control): Khối điều khiển logic thực chất là các mạch điều khiển logic, có chức năng nhận lệnh hay tín hiệu điều khiển từ bộ giải mã lệnh và thực hiện việc điều khiển theo đng yêu cầu của lệnh. Khối điều khiển logic được xem như là bộ xử lý của vi xử lý. Các tín hiệu điều khiển của khối điều khiển logic là các tín hiệu điều khiển các thiết bò bên ngoài giao tiếp với vi xử lý và các đường điều khiển vi xử lý từ các thiết bò bên ngoài. Ngõ vào tín hiệu quan trọng nhất trong khối điều khiển logic là ngõ vào xung clock, phải có tín hiệu này thì khối điều khiển mới hoạt động được. Đồng thời giúp hệ thống hoạt động được đồng bộ. d. Các thành phần khác bên trong vi xử lý. Khối giải mã lệnh (Instruction Decoder): Chức năng của khối giải mã lệnh là nhận lệnh từ thanh ghi lệnh, sau đó tiến hành giải mã lệnh rồi đưa tín hiệu điều khiển đến khối điều khiển logic. Các đường dây dẫn: Các khối bên trong của vi xử lý liên hệ với nhau thông qua các đường dây dẫn. Các đường dây dẫn được chia làm ba nhóm chính: đường dữ liệu, đường đòa chỉ và đường điều khiển. - Đường đòa chỉ: trong vi xử lý 8085, đường dữ liệu của nó gồm 16 đường dây dẫn song song để truyền tải các bit đòa chỉ. Số đường đòa chỉ cho ta biết số ô nhớ tối đa mà vi xử lý có khả năng truy xuất được, số ô nhớ được tính bằng công thức 2 n với n là số đường dây dẫn. Vậy với vi xử lý 8085A, khả năng truy xuất ô nhớ tối đa là 65536 ô nhớ. Với nhiệm vụ đònh ra đòa chỉ của thiết bò cần truy xuất nên đường đòa chỉ mang tính một chiều và chỉ có vi xử lý mới có khả năng đưa đòa chỉ lên đường đòa chỉ. - Đường dữ liệu: dùng để kết nối các thanh ghi bên trong vi xử lý với các khối khác bên trong vi xử lý và chuyển dữ liệu ra ngoài. Vi xử lý 8085A có 8 đường dữ liệu. Để các thanh ghi bên trong vừa có khả năng nhận dữ liệu vừa có khả năng xuất dữ liệu thì đường dữ liệu phải có tính chất hai chiều. - Đường điều khiển: bao gồm các tín hiệu điều khiển để bảo đảm sự hoạt động đồng bộ với nhau giữa các khối. Mỗi tín hiệu điều khiển có một chiều nhất đònh. . Chương 2: CẤU TRÚC VI XỬ LÝ 8085 I. CẤU TẠO BÊN TRONG VI XỬ LÝ 8085 1. Cấu trúc của một vi xử lý cơ bản : Một vi xử lý về cơ bản gồm. là vi chương trình. Các lệnh bên ngoài trong trường hợp này xác đònh các đòa chỉ vào vi chương trình. Khi chương trình bắt đầu thực hiện thì bộ đếm chương