5. BỘ VI XỬ LÝ
5.1.6 Bộ ñếm/bộ ñịnh thờ
Đây là các ngoại vi ñược thiết kế ñể thực hiện một nhiệm vụ ñơn giản: ñếm các xung nhịp. Mỗi khi có thêm một xung nhịp tại ñầu vào ñếm thì giá trị của bộ ñếm sẽ ñược tăng lên 01 ñơn vị (trong chế ñộ ñếm tiến/ñếm lên) hay giảm ñi 01 ñơn vị (trong chế ñộ ñếm lùi/ñếm xuống).
Xung nhịp ñưa vào ñếm có thể là một trong hai loại: Xung nhịp bên trong IC. Đó là xung nhịp ñược tạo ra nhờ kết hợp mạch dao ñộng bên trong
IC và các linh kiện phụ bên ngoài nối với IC. Ta có thể ví ñó là “nhịp tim” ñể toàn bộ các phần cứng bên trong vi xử lý (bao gồm cả CPU và các ngoại vi) có thể hoạt ñộng ñược. Trong trường hợp sử dụng xung nhịp loại này, người ta gọi là các bộ ñịnh thời (timers). Do xung nhịp bên loại này thường ñều ñặn nên ta có thể dùng ñể ñếm thời gian một cách khá chính xác. Xung nhịp bên ngoài IC. Đó là các tín hiệu lôgic thay ñổi liên tục giữa 02 mức 0-1 và không nhất thiết phải là ñều ñặn. Trong trường hợp này người ta gọi là các bộ ñếm (counters). Ứng dụng phổ biến của các bộ ñếm là ñếm các sự kiện bên ngoài như ñếm các sản phầm chạy trên băng chuyền, ñếm xe ra/vào kho bãi…
Một khái niệm quan trọng cần phải nói ñến là sự kiện “tràn” (overflow). Nó ñược hiểu là sự kiện bộ ñếm ñếm vượt quá giá trị tối ña mà nó có thể biểu diễn và quay trở về giá trị 0. Với bộ ñếm 8 bit, giá trị tối ña là 255 và là 65535 với bộ ñếm 16 bit. Ngoài các phần cứng nêu trên còn phải kể ñến một khối lôgic khác là khối giao tiếp bus. Khối này có chức năng ghép nối giữa các bus bên trong chip và các chân ñưa ra ngoài chip. Mục ñích của việc ñưa các tín hiệu ñịa chỉ, dữ liệu và ñiều khiển ra ngoài là nhằm mở rộng khả năng phối ghép thêm của vi xử lý với các ngoại vi khác (chủ yếu là các bộ nhớ ngoài) ngoài các ngoại vi ñược tích hợp trên IC. Thông thường thì số lượng các ñường tín hiệu là giữ nguyên khi ñưa ra ngoài chip, tuy nhiên trong một số trường hợp số lượng các ñường tín hiệu có thể nhỏ hơn số lượng thực bên trong (ví dụ như trường hợp của vi xử lý 8088, bus dữ liệu bên trong là 16 bit nhưng ñưa ra ngoài chỉ có 8 bit). Khi ñưa ra ngoài, các tín hiệu ñịa chỉ và dữ liệu có thể ñược ghép với nhau (cùng sử dụng chung một số chân nào ñó) hoặc ñược tách riêng (tín hiệu ñịa chỉ dùng một số chân, tín hiệu dữ liệu dùng một số chân khác). Người ta thường “dồn kênh” (multiplex), tức là ghép chức năng, giữa bus ñịa chỉ và bus dữ liệu ñể giảm thiểu số chân cần thiết. Trong trường hợp này, tín hiệu ñịa chỉ sẽ xuất hiện trước, sau ñó là tín hiệu dữ liệu trên cùng một tập hợp các ñường tín hiệu. Để tách ñược 2 loại tín hiệu ñó thì nhà sản xuất cung cấp cho người sử dụng một ñường tín hiệu ñiều khiển có tên là tín hiệu chốt ñịa chỉ (thường ký hiệu là ALE). Tín hiệu này sẽ tích cực khi tín hiệu ñịa chỉ xuất hiện và không tích cực khi tín hiệu dữ liệu xuất hiện trên bus. Các IC thích hợp với việc tách tín hiệu ñịa chỉ và dữ liệu là các IC thuộc họ 74xx373/374 hoặc 74xx573/574.
Trên ñây là mô tả sơ bộ cấu trúc phần cứng của một vi xử lý. Trước khi ñi tiếp, tôi xin chia sẻ với bạn một kinh nghiệm quý báu khi nghiên cứu kỹ thuật vi xử lý. Đó là bạn phải biết chấp nhận. Đúng! Kỹ thuật vi xử lý không phải là một cái gì ñó tâm linh, ñó là một môn khoa học có cả cơ sở lý thuyết và minh chứng thực tế rõ ràng, ñúng ñắn. Tuy nhiên sẽ là không sai nếu tôi
nói rằng nó cũng rất trừu tượng. Đối với bạn, khi các bạn ñang ñọc những dòng chữ trong tài liệu này, chúng ta ngầm hiểu rằng bạn mới chỉ bắt ñầu quá trình nghiên cứu. Đó là một lĩnh vực có thể nói ít nhiều mới mẻ và bạn chắc chắn hầu như chưa có nhiều hình dung về cái gì ñang diễn ra trong một con chip chỉ bé bằng ñầu ngón tay! Điều ñó làm bạn cũng như tôi trước ñây, và tôi nghĩ là ñúng với tất cả những ai ñã từng nghiên cứu kỹ thuật vi xử lý, cảm thấy có cái gì ñó thật trừu tượng, khó hiểu, rất gây tò mò trong các khái niệm (dù là khái niệm ñơn giản) liên quan ñến lĩnh vực này. Chúng ta khi mới bắt ñầu ñều tự ñưa ra những câu hỏi cho mình ñại loại như: tại sao vi xử lý có thể làm ñược nhiều việc ñến vậy? cái gì diễn ra bên trong chip khi chúng ta cấp nguồn nuôi cho nó? tại sao ta lại có thể tác ñộng ñến timer hay các ngoại vi khác thông qua các dòng lệnh viết cho CPU? hoặc thậm chí là mạch ñiện bên trong một vi xử lý, một ngoại vi, một cổng vào/ra như thế nào? Nhưng bạn có biết nếu ñi tìm câu trả lời cho những thắc mắc ñó, bạn sẽ có thể mất rất nhiều thời gian, công sức mà hiệu quả nghiên cứu sẽ không cao, và cho ñến khi tìm thấy câu trả lời thỏa mãn cho một vấn ñề mà bạn băn khoăn, có thể bạn ñã quên mất một vài hay tất cả những kiến thức còn lại! Như tôi ñã nói, khi mới bắt ñầu nghiên cứu, bạn hãy chấp nhận những kiến thức cơ bản như chấp nhận các tiên ñề. Hãy coi ñó là những cái mà người ta ñã xây dựng nên một cách ñúng ñắn, giờ ñây bạn không phải mất công tìm tòi, chứng minh sự ñúng ñắn của chúng. Thay vào ñó, bạn chỉ cần tiếp thu và thừa hưởng. Hãy công nhận chúng như một ñiều gì ñó hiển nhiên. Một cách ñơn giản, bạn không cần phải tìm hiểu vấn ñề ñến mức rõ ràng từng ñường tín hiệu trong một mạch ñiện ñã ñược tích hợp bé xíu trong chip. Vào lúc này (vâng, tôi nói là vào lúc này!), bạn chỉ cần biết, cái mạch ñiện ñó người ta gọi là cái “bộ ñếm”, là cái “cổng vào/ra”, chức năng của chúng là gì, nguyên lý hoạt ñộng ra sao và ñể ñiều khiển ñược chúng thì cần phải làm những gì (cụ thể là phải viết những gì trong khi lập trình). Tuy nhiên, nói như vậy không có nghĩa tôi khuyên các bạn học một cách “hổng”, không cần ñến kiến thức cơ bản. Nếu bạn là người ñã có ít nhiều kiến thức ñiện tử (ñặc biệt là ñiện tử số), bạn quả là may mắn khi ñã có một nền tảng kiến thức vững chắc khi tiếp cận với kỹ thuật vi xử lý. Bạn có thể hiểu dễ dàng cấu tạo của một bộ ñếm, nguyên lý hoạt ñộng của nó và chắc chắn bạn thấy dễ dàng tiếp thu hơn nếu như trong bài học tôi nói với bạn rằng “trong vi ñiều khiển họ 8051 có tích hợp ít nhất 02 ngoại vi gọi là các bộ ñếm”. Đó là vì bạn ñã có những khái niệm cơ bản, những hình dung về những cái gọi là “bộ ñếm”. Nếu chưa có những khái niệm cơ bản, chưa có những mường tượng sơ bộ, bạn sẽ cảm thấy khó hiểu, nhưng sự khó hiểu ñó chính là lý do ñể chúng ta làm việc với nhau! Chỉ cần kiên nhẫn ñôi chút,
những gì bạn phải chấp nhận một cách gượng ép và ñôi khi có vẻ như vô lý vào lúc này, bạn sẽ nhận lại ñược câu trả lời thỏa mãn trong quá trình tìm hiểu kỹ thuật vi xử lý cùng tôi, ñặc biệt khi bạn nghiên cứu và thực hành với các vi ñiều khiển cụ thể.