: Đoàn Nam Sơn Lớp 95KĐĐ3/
ĐỊA CHỈ MERQ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN
kế theo nguyên tắt ánh xạ bộ nhớ. Hoạt động của P truy xuất các bộ phận này như sau:
HOẠT ĐỘNG CỦA P CỦA P
ĐỊA CHỈ MERQ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN
Hiển thị 2000h – 2FFFh L DPL= L Điều khiển báo hiệu 3000h – 3FFFh L BDR = L
Đọc bàn phím 4000h – 4FFFh L KBD = L
(NON_ MASKABLE INTERRUPT)
Ngắt NMI (ngắt không thể che bằng phần mềm) của Z80 là ngắt có độ ưu tiên tuyệt đối. Khi có ngắt NMI tác động, chương trình Hệ Thống sẽ tạm dừng công việc hiện tại để thực hiện chương trình phục vụ ngắtNMI bắt đầu tại địa chỉ 0066h.
Với yêu cầu đặt ra là Hệ Thống làm việc với thời gian thực, nên đòi hỏi việc đếm thời gian phải thực hiện chính xác và được ưu tiên hàng đầu. Do đó, ngắt NMI dành cho việc đếm thời gian thực. Tuy nhiên, ngoài hoạt động đếm thời gian thực chương trình Hệ Thống còn phải thực hiện các công việc khác như: phục vụ bàn phím, phục vụ việc báo hiệu cũng như hiển thị. Ngắt NMI không được làm ảnh hưởng đến các hoạt động trên .
Công việc thăm dò ngắt INT và NMI được Z80 thực hiện tại chu kì đồng hồ cuối cùng ở chu kì máy cuối cùng của một chu kì lệnh (gọi là các thời điểm to).
Chu kì máy cuối Chu kì máy lệnh kế
to
Hình 8:GIẢN ĐỒ NHẬN NGẮT NMI
Theo hình 8, nếu có tín hiệu gọi ngắt NMI (hoặc ngắtINT) xuất hiện tại các thời điểm khác với các thời điểm to thì chương trình Hệ Thống sẽ không nhận được ngắt NMI và chương trình phục vụ ngắt để tạo thời gian thực sẽ không được thực hiện.
Phần mềm Hệ Thống bao gồm nhiều loại lệnh và các lệnh này được thực hiện với số chu kì đồng hồ khác nhau. Do vậy, xung gọi ngắt
NMI phải đủ rộng để việc thăm dò ngắt NMI được thực hiện một cách hoàn hảo. Nếu xung gọi ngắt NMI có độ rộng lớn hơn mức cần thiết thì điều gì xảy ra ?
Qua thử nghiệm người viết nhận thấy, khi có ngắt NMI chương trình Hệ Thống tạm dừng công việc hiện tại và thực hiện chương trình phục vụ ngắtNMI, nếu tín hiệu ngắt NMI tiếp tục được giữ ở mức logic thấp thì sau khi chương trình phục vụ ngắt NMI thực hiện xong, P sẽ trở về thực hiện công việc dở dang trước khi phục vụ ngắt mà không bận tâm đến tín hiệu ngắt NMI dù lúc này vẫn đang ở mức tích cực thấp. Để
Hệ thống báo giờ tự động
nhận ngắt trở lại, chân NMI của Z80 phải được kéo lên mức logic cao trước khi có tín hiệu ngắt kế tiếp.
Như vậy có thể nói rằng, khi tín hiệu NMI ở mức thấp và P nhận ngắt thì việc thăm dò ngắt sẽ không được thực hiện cho đến khi tín hiệu
NMI lên mức cao. Việc cho tín hiệu NMI lên mức cao trước khi có tín hiệu ngắt kế tiếp tương đương với việc khôi phục hoạt động thăm dò ngắt của P .
Tóm lại, để hoạt động đếm thời gian thực không ảnh hưởng đến các hoạt động khác của Hệ Thống (trong đó có việc P nhận ngắtINT) thì độ rộng xung gọi ngắt gọi ngắt NMI (đếm thời gian) phải được chọn thích hợp và chương trình phục vụ ngắt NMI phải không được quá dài. Đây là yêu cầu quan trọng đối với hoạt động của Hệ Thống .
2.4_Cấu tạo và nguyên tắt hoạt động các khối mạch:
2.4.1_Mạch tạo xung đồng hồ:
Mạch tạo xung đồng hồ có vai trò như quả tim đập nhịp cho hoạt động của Hệ Thống. Viêäc tạo thời gian thực sẽ càng chính xác nếu tần số xung clock cấp cho P càng cao. Tuy nhiên, Hệ Thống sẽ hoạt động khó ổn định ở tần số cao do nhiễu xuất hiện trên đường mạch in. Do vậy, tần số xung clock được chọn sau cho giảm thiểu sai số trong việc tạo thời gian thực và tránh được nhiễu xuất hiện trên mạch in để Hệ Thống hoạt động ổn định. Tần số xung clock được chọn là 500KHz.
Căn cứ vào tần số xung clock đã chọn và tính chất ngắt NMI của
P là sẽ nhận ngắt khi phải thực hiện xong lệnh còn đang dang dở ta tính được sai số về thời gian cực đại do việc tạo thời gian thực như sau:
Thời gian thực hiện lệnh dài nhất t = 23x1/fck = 23/500000 = 0.46s Sai số trong 1 phút = 60 x t
= 60 x 0.46 = 27,6S
Tính tương tự ta có sai số cực đại trong một năm = 365 x 24 x 60 x 60 x t = 365 x 24 x 60x 60 x27,6 = 870s
Sai số này là sai số max, thực tế không phải lúc nào tín hiệu gọi ngắt NMIcũng ngay vừa lúc P nhận một lệnh dài nhất nên tần số hoạt động của Hệ Thống = 500KHz là chấp nhận được.
Để tận dụng số lượng cổng logic trên mạch cũng như đơn giản trong thiết kế, mạch dao động được thiết kế như sau:
Hình 9:SƠ ĐỒ MẠCH TẠO XUNG ĐỒNG HỒ
2.4.2_Mạch định thời.
Mạch định thời có nhiệm vụ tạo ra xung nhịp tuần hoàn phục vụ cho việc đếm thời gian thực. Việc đếm thời gian thực đòi hỏi phải thực hiện một cách chính xác và ổn định. Do đó, mạch định thời phải tạo ra tín hiệu định thời có tần số thật chính xác và có tính ổn định cao.
Tín hiệu định thời tác động vào ngắt NMI . Khi có ngắt NMI chương trình tạo thời gian thực sẽ tăng lên 1 đơn vị thời gian (1 giây).
Để có được tín hiệu định thời tần số 1Hz có độ chính xác và tính ổn định cao mặc nhiên không thể sử dụng mạch dao động RC vì giá trị R,C không ổn định theo thời gian cũng như nhiệt độ.
Có thể dùng mạch dao động thạch anh để có được tín hiệu định thời ổn định và chính xác. Tuy nhiên, giá trị thạch anh bán ngoài thị trường ít nhất cũng vài trăm KHz, cho nên phải tốn thêm mạch chia tần số thì mới có được tín hiệu định thời tần số 1Hz.
Chính vì vậy người viết chọn mạch dao động trong đồng hồ GIMIKO, đây là mạch chuyên dùng nên đảm bảo được tính ổn định và chính xác của tín hiệu định thời.
Hệ thống báo giờ tự động
Hình 10:SƠ ĐỒ MẠCH ĐỊNH THỜI.
Do mạch dao động sử dụng nguồn 1,5V nên tín hiệu định thời ở ngõ ra sẽ được khuyếch đại lên cho phù hợp với mức logic của mạch số. Sau đó, tín hiệu định thời sẽ được giới hạn độ rộng xung trước khi đưa đến chân NMIcủa Z80 bằng một mạch đơn ổn (Mono Multivibrator).
Độ rộng xung gọi ngắt NMI được chọn phụ thuộc vào thời gian thực hiện lệnh dài nhất trong chương trình Hệ Thống. Thời gian thực hiện lệnh dài nhất của Z80 là 23x1/fck (giây) để bảo đảm P nhận được ngắt mỗi khi có tín hiệu ngắt NMI = 0. Độ rộng xung gọi ngắt phải thỏa:
> 23x1/fck = 0.46s
IC 74LS123 có công thức tính độ rộng xung như sau:
= 0,45xRxC
Với R = 1K, C = 0.047f
Ta có = 0,45x 1000x0.047x10-6 = 21,1s
xấp xỉ 45.1 lần thời gian thực hiện lệnh dài nhất của P, giá trị này của thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
2.4.3_Mạch bàn phím (Keyboard):
Người sử dụng dùng bàn phím để điều chỉnh thời gian (Settime), đặt các thời điểm báo hiệu đột xuất (Hottime), đặt các thời điểm cấm báo hiệu (Skiptime), xem hoặc xóa nội dung bảng Hotime/Skiptime.
Để đáp ứng các yêu cầu trên, bàn phím sẽ có 5 phím với tên gọi như sau : Ins, +, -, Del/Date và Ok chức năng từng phím do phần mềm qui định. Cách sử dụng bàn phím được mô tả chi tiết ở phần “Mô tả Hệ Thống và hướng dẫn sử dụng”.
Bàn phím được thiết kế theo nguyên tắc ánh xạ bộ nhớ, P sẽ xem bàn phím như 1 byte nhớ. Bàn phím có địa chỉ thuộc vùng nhớ từ 4000h đến 4FFFh. P dùng tín hiệu điều khiển để truy xuất bàn phím. Các
phím ấn khác nhau sẽ làm cho byte nhớ có nội dung khác nhau tương ứng với chức năng khác nhau của mỗi phím. Chu kì P đọc bàn phím như hình 11. CLOCK A0-A15 MERQ D0-D7 Hình 11:CHU KÌ P ĐỌC BÀN PHÍM.
Tín hiệu MERQ từ P sẽ hiệu lực hóa việc giải mã địa chỉ tạo ra tín hiệu để P đọc bàn phím.
Bàn phím có cấu tạo gồm một IC đệm 8 bit 3 trạng thái và 5 Switch
như sau:
Hình 12:SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH BÀN PHÍM .
IC 74LS245 được dùng làm mạch đệm 8 bit 3 trạng thái nên bàn phím có tối đa 8 phím. Hiện tại bàn phím gồm 5 phím, P dùng tín hiệu điều khiển KBD tác động vào chân G của IC 74LS245 để đọc bàn phím. Khi không có phím nào được ấn, dữ liệu đọc vào có nội dung là 0FFh. Khi có 1 phím được ấn, bit tương ứng sẽ có mức logic thấp. Ví dụ, khi phím
Hệ thống báo giờ tự động
OK được ấn, dữ liệu đọc được sẽ có nội dung là 0F7h. Như vậy, mỗi phím tương ứng với một mã sau:
PHÍM ẤN MÃ Ins Ins_+ Ins_- + - Del Ok Del/Date _ + Del/Date_ - 0FEh 0FCh 0FAh 0FDh 0FBh 0EFh 0F7h 0EDh 0EBh Bảng 4:BẢNG MÃ BÀN PHÍM
Chương trình xử lí bàn phím sẽ thực hiện các công việc phù hợp với các mã được nhận . Khi không có nhu cầu sử dụng bàn phím, ngõ ra của mạch đệm 8 bit ở trạng thái tổng trở cao, bàn phím được cách ly khỏi bus dữ liệu.
Chương trình phần mềm phải đọc phím sau mỗi 200ms nhằm mục đích: Chống hiện tượng nảy của phím và để người sử dụng theo dõi được sự thay đổi của các con số trên đèn hiển thị khi ấn các phím.
2.4.4_Mạch kiểm soát ngắt (interupt controller).
Hệ Thống báo giờ tự động có 3 chức năng: Setime, Hotime và Skiptime. Để thực hiện các khả năng này, người sử dụng sẽ dùng tín hiệu ngắt INT để báo cho P biết công việc cần thực hiện để phục vụ người sử dụng. Tại mỗi thời điểm, người sử dụng chỉ có thể làm việc ở 1 chức năng hoặc Setime hoặc Hotime hoặc Skiptime.
Ngắt INT của Z80 gồm 8 vectơ ngắt, nhưng chỉ có 3 vectơ ngắt được dùng để tạo nên 3 chức năng trên. Nhiệm vụ của mạch kiểm soát ngắt là tạo ra 3 vectơ ngắt khác nhau P sẽ căn cứ vào vectơ ngắt để gọi chương trình phục vụ tương ứng. Để thuận tiện trong sử dụng, Hệ Thống sẽ có 3 led chỉ thị tương ứng với 3 chức năng: Setime, Hottime và Skiptime mạch kiểm soát ngắt gồm các thành phần như sau:
Từ timer NMI Z80 CHỐT 8 BIT 3 TRẠNG THÁI TẠO VECTƠ NGẮT GIẢI MÃ VÀ CHỈ THỊ
SETTIME
HOTTIME DATA BUS
SKIPTIME
SELECT SW
ACCECPT INT IORQ M1 SW SW