Kỹ thuật vi xử lý và lập trình assembly cho hệ vi sinh xử lý

Sq ra dbi vä phåt trién nhanh chöng cåa ky thuat vi dien tü mä déc truing lå thuat vi xü 19 dä t40 ra mét bu6c ng04t quan trong trong su phåt trién cåa khoa hoc tinh toån vä xü 19 thöng

PGS 'I'S DC) XUAN TIÉN

THUÄT

LAP TRiN

NHÅ XUÄT BÅN KHOA HOC vÄ KY THUÄT

(Biên soan theo chüdng trình chudn cüa BQ GD-DT nàm 2005)

13

MO DRU

Trong nhüng thöp nién cuöi cåa thé k} 20, ky thuat dien tü dä lién tuc co nhüng tién bé vuqt böc, déc biét lä trong ky thuöt ché too mach vi dien tü Sq

ra dbi vä phåt trién nhanh chöng cåa ky thuat vi dien tü mä déc truing lå

thuat vi xü 19 dä t40 ra mét bu6c ng04t quan trong trong su phåt trién cåa khoa hoc tinh toån vä xü 19 thöng tin, no ånh hudng quyét dinh dén con dubng "tin hoc hoå" xä héi, tüc lä con dubng mä thöng tin dä vä dang trå thånh luc luqng san xuät truc tiép trong nén sån xuåt cåa ky nguyén näy

Cåc bé vi xü 19 ngäy nay duqc xåy dung trén cd cåa mét täm bån dÄn

silic vi dién tü cd Idn (LSI) vä cuc Idn (VLSI) nén kich thu6c nhö gon, töc dé cao,

tiéu hao näng luqng thåp vä d4c biét lä giå ré nén chüng ngäy cäng phö dung trong cåc üng dung khöng chi trong cåc chuyén ngänh d4c thü nhu thu#t dién tü, tin hoc, vibn thöng, cöng nghé thöng tin, ky thu#t diöu khién tu déng

ma cå trong cåc länh vuc phi dien tü khåc Näm 1970 cöng ty tré tudi Intel cho

ra ddi bé vi xü 19 ddu tién, co ten goi lå Intel 4004, nhåm dåp üng nhu cau cå'p thiét cåa mot cöng ty kinh doanh lå häng truyén thöng BUSICOM Intel-4004

lä két quå cåa mét tuång quan trqng trong su phåt trién cåa kg thuat xü 19

Dö lä mét két cå'u lögic (Automat hüu hon) må co the thay ddi chüc nång cåa

no bäng chucjng trinh ngoåi chü khöng phåt trien theo hudng too mét cå'u trüc cüng chi thuc hién theo mét chüc näng nhå't dinh nhu trUdc dåy Do dö khå näng mem déo hoå trong cåc thao tåc cåa minh må Intel-4004, våo nåm 1971

dä trd thänh bö vi xü 19 ddu tién cåa thi trubng t- Midi Intel-4004 lå bé vi xü

19 4 bit song song, duqc ché too theo quy trinh cöng nghé MOS kénh cåm (mg loai P Thdi gian töå thiéu dé thuc hién mét IQnh lå 10,8 gs Nåm 1972 häng

Intel cho xuå't xuång bé vi xü 19 co ten goi lä Intel-8008 Kieu nåy vÄn duqc ché too theo cöng nghé PMOS nhung lå loqi 8 bit song song Bé vi xü IS' nåy lå CPU cåa måy vi tinh MICRAL do Phåp ché t40 Dén dåy hång loot cåc häng dien tü

ndi tiéng häng dåu cåa thö gidi nhu häng National, Rockwell, Fairchild,

Mostek dä nhanh chöng di våo cöng nghé sån xuåt vå ché too cåc bé vi xü 19 Näm 1974 häng Intel cho ra ddi bé vi xü 19 8080- 8 bit song song ditéc ché too theo cöng nghé NMOS vdi thbi gian dd thuc hién mét Iénh Id 2 dä dånh dåu mét bddc tién Idn trén con dubng låm chå tdc dé xü 19 tin cåa ky thuat dién

tu hién doi Cåc häng khåc cüng cho ra dbi nhüng bé vi IS' co tinh nång

tuong üng: 6800 (Motorola), 8080(texas Instrument), TLCS12 (Toshiba), 8080 (NEC), FS (Fairchild), 2650 (Signetics), IM6100 (Intersil), 2650 (RTC), 8080A,4040 (Sinmens), 2900 và và 6800 (cùa hâng Sescosem) Nàm 1978, loai

8080 düQc chi tiê'n thành loai 8085 Lûc này dû xuâ't hièn nhüng mây tinh mini

Sü dung câc bê vi xü IY nôi trên Theo dà dô câc thông sô' cd bàn cüa bê vi xù IY

ngày càng düQc cài thiên: tô'c dô ngày càng Ibn (câc bê vi xü 19 hiën dai cùa INTEL dà dat tdi tô'c dô nhiêu GHZ), do rong kênh thông tin ngày càng Ibn (câc bê vi xü 19 hiën dai cüa INTEL cô kênh dû liêu 16/32/64 bit) Diêu dô dà giüp cho bài toân thiê't kê' câc hê vi xü 19 chuyên dung vdi tinh nàng rong Ibn trd nên dé dàng han

Mêt hê vi xü IY tô'i thidu phài bao gôm mot bê vi xü IY (dô là khôl diêu

khiên và xü IY trung tâm CPU), mot bê nhd RAM, mot bê nhd cô' dinh ROM và

câc công vào ra sô' liëu cùng nhüng thi6t bi ngoai vi càn thiê't Mêt hê vi xü Fy tôi da không gidi han vê sô" luqng thành phàn, vê chüc nàng thuc hiên và vê quy

mô üng dung Vâ'n dê là trên co sd cùa yêu câu cu thê cüa hê càn thiêî ké mà tô chüc düQC phân cüng cüa hê d d4ng tôl thi6u (nhàm tang tô'c do, giàm giâ thành

và tàng dô tin cay) và xây dung phàn mêm diêu khién that tôl üu nhâm tâng khâ nâng linh hoqt và mêm déo trong câc phép xù 19, gia công và bi6n dôi tin hiëu mà hê phài thuc hiën

Nhüng vâ'n dê chinh dâ nêu d trên sê düQc khâo sât, nghiên cüu trong nhüng chüdng sau cüa giâo trinh này Vi dê cung câ'p câc kiê'n thüc co bân cho câc dôi tüQng là Sinh viên dgi hec cùa cdc chuyên ngành dien tÙ-viÉn thông, công nghê thông tin và tu dêng diòu khiên nên trong khuôn khô cûa cuô'n tài liêu không dài, tâc già dâ cô gâng tt;ng hQp, cap nhât câc tài lièu thiét yéu trong

và ngoài nü6c dê xây dung nOi dung tài liëu này nhâm cut muc tiêu dû dè ra NOi dung cùa tài lieu bao gôm 12 chüdng, 2 Phu luc Cu thé:

Chitangl Kiê'n trüc hê vi xü 19 Gibi thiêu kiê'n trüc cûa hê Vi xû IY tôl thiêu

Tô9 chüc và dâc trung cüa kênh hê thô'ng, chüc nâng bê nhd ROM, RAM và phttdng phâp quàn IY bê nhô trung tâm cüa hê vi xü 19 Chitang2 BQ vi xü IY 16 bit 8086 INTEL Trinh bày câ'u trüc phàn cüng và

nguyên tâc làm viêc cüa bê vi xü IY 16/32 bit thông qua 80286 Câc tin hiëu và chüc nàng cùa chüng PhüOng phâp quàn IY bê nhd d chê' dê dia chi thuc và chê' dO dia chi ho cûa bê vi xü IY 16/32 bit Chuang3 Lap trình assembly cho hê vi xü 19 Trình bày tdng quan vê ngôn

ngü assembly và câc thành phàn cd bàn cua nô Trình bày bê ki til khoâ, cü phâp câu lënh, câc lênh già, câc toân tü cùng trình biên dich MACRO ASSEMBLER Tiê'p theo là gidi thiêu tap lënh cüa bê

vi xü IY 80286 cùng v6i câch phân chia chûng theo nhôm dé tiên cho khào sât

Chtrong 4.

5.

6.

7.

Chitang 8.

9.

5

Thiét ké hê vi xù IY chuyên dung Trinh bày trinh ttg và phttc;ng phâp thiét kê' câc hé vi xù 19 chuyên dung theo chüc nâng yêu càu. Minh hoq bàng thibt kê' hê thu thâp tin hièu da kênh

Cdng trao dôi thông tin vdi ngoai vi Trinh bày phttong phâp vào/ra thông tin tâch biêt và phüdng phâp vào/ra thông tin theo dia chi bê nhd Vi mach ghép nôi cô lâp trinh 8255A và phuong phâp ghép nô

8255A v6i hê vi xü 19

Chê' dè ngât cûa bê vi xü 19 Trình bày chê' dQ ngât cüa bê vi xü 19. Tô" chüc ngât và nguyên tâc hoqt dông cüa nght trong hè vi xü IY 80X86 Chip diêu khién ngât uru tiên 8259A Ghép nô Chip 8259A vdi hê vi xü 19

Truyên thông tin nol ti6p Trình bày câc khâi nièm vê truyên so liêu M4Ch thu phât di bê van nâng IN8250A/16450 Mach thu phât dông bê và di bê vqn nâng USART 8251A Nôî ghép UART 8250A

và USART 8251A vôi hê vi xü 19

Bién ddi tin hiêu tüdng tu-sô' và tin hiëu sô' - tuong tu Trinh bày nguyên tâc dong cùa bê bién dôi sô' - tüdng tu và bé bién doi tüdng tu- s6 BO biê'n ddi ADC 8 bit 0809 BO bign ddi ADC 12 bit

AD574A Ghép nô'i ADC 0809 và AD574A vdi hè vi xü 19

HQ vi xü 19 ON-CHIP Trình bày cà'u trüc cùa hè vi xü IY On-chip 80C51 (và 89C51) Td chüc cdng vào/ra cua On-chip Khôi tao thòi gian và bê dê'm cüa On-chip Cd chd ngât cûa On-chip 80C51

Chitong 10 Tàp lënh cüa hê vi xü IY ON-CHIP 80C51 Trinh bày cà'u truc lènh

và nguyên 19 thuc hiën lënh cua hê v; xü IY on-chip 80C51 Trình bày tap lênh cua On-chip 80C51 cùns nhôm lènh chuyèn dû lieu, nhôm lënh diêu khiên bién logic, nhôm lènh ré nhânh chutong trinh, nhôm lènh tinh toân câc phép tinh sô' hqc và logic

II Thiê't kê' hê xü IY trên hê vi xü IY ON-CHIP 80CôI Trình bày trình

tu thiê't kê' hê vi xü IY chuyên dung trên hé vi xù IS' on-chip Minh hoq bàng câc thi du thiê't kê' hê chüc nang

Chrong 12 Hé xù IY song song Trinh bày kidn trûc cùa hè xü IY song song

Kidn truc kiéu PIPELINE Kiê'n trüc kiéu da CPU Lap trình cho

hê xù IY song song da CPU Minh trên thi du xù 19 song song

câc tham sô Anh.

Trong cåc chuong déu co cåc thi du minh hoq, döc biét lå cåc chttdng Iién quan t6i båi toån thié't hé vi xü IS' chuyén dung Trong cåc minh hoq d6 dä thé hién mét cåch nhåt quån cåc btidc thuc hién thié"t ké' hé thö'ng tif khåu phån tich yéu chu nhiém vu tdi khåu tö chüc phån cüng vå xåy dung phån mem MONITOR tüöng üng Cho hé can thié't kél Vå'n dB ghép nöå vdi måy tfnh cüng duqc dét ra nhäm t4n dung khå näng manh cüa måy tinh trong cåc båi toån

19 cå'p 2, cåp 3 Cho cåc cå"u trüc tin phüc top

Tåc giå Xin chån thånh cåm On Pgs Ts Db Düc Giåo vå Pgs Ts Db Trung

Tuän (Trübng Doi hoc Khoa hec TV nhién thuéc Doi hoc Quö'c gia Hå Nöi) dä bd

nhiéu cöng süc dé hiéu dfnh cuön tåi lieu nåy, cåm On Nhå xuät bån Khoa hoc

vå KY thuat dä teo moi diéu kién thuan IQi dé cuön såch näy dén tay bqn dQC

Do khå näng vä thbi gian chuan bi bån thåo con han ché, cuon såch chäc chän khöng trånh duqc cåc thiéu s6t, chüng töi mong nhän duqc sv g6p j chån thånh cåa ben dec Thu göp Xin güi vé nhå xuät bån Khoa hoc vå KY

thuat-70 Tran Hung Hä Néi

Tåc gia

MUC LUC

Mö DAU

CkU0Nq 1 KIÉN TRÜc HÉ VI xÜ

1.1 TG chüc Chung cåa Hé vi xü

1.2 Td chüc kénh thöng tin trong he vi xü IS'

1.3 Bé nhd trung tåm cåa he vi xü If 1.3.1 Quån IS' bé nh6 1.3.2 Bé nhd cd dinh ROM 1.3.3 Bé nhd IC thöng dung cåa ROM

1.3.4 Bé nhd doc/ghi RAM 1.3.5 Bé nhd IC thöng dung cåa RAM 1.4 Tdchüc bé nhd trung tam cåa he vi 19 3 7 9 11 11 12 16 17 20 20 1.4.1 Td chüc bé nhd trung tam kidu ghép song song cåc IC nhd 20

1.4.2 TG chüc bé nhd trung tam kidu ghép nöå tiép cåc IC nhd 22 1.4.3 Db thi thdi gian cåa bé nhd CküdNq2 uxÜL± 16 BIT 80286 INTEL 2.1 'I'd chüc phån cüng cåa bé vi xü IS' 80286

2.1.1 Cå'u trüc Chung cåa bé vi xü IS' 80286

2.1.2 Cåc thanh ghi cia bé vi xü IS' 80286

2.2 Hoot déng cåa bé vi xü Ij 80286 2.3 Quån 19 bé nhd thVc cåa bé vi xü 19 80286 .

2.3.1 Bé nhd thi;ic cåa bévi xü Ij 80286

2.3.2 PhUdng phåp dia chi hoå cåa bé vi xü IS' 80286

24

29 29 29

34 37 43 44 2.4 Quån 19 bé nhd åo cåa bé vi xå IS' 80286 45

2.5 Phuong phåp tinh dia chi vat IY (thuc) tü dia chi åo 51

2.6 Båo ve bé nhd trong ché dé dia chi åo 53

2.7 Khåi déng bé vi xü 19 80286 56

3.2 3

3.2 4

3.2,5

3.2.6

t roc mot lisnh nsgçmbly

Che d(ing hhng dong trong assembly

CAC tonn tù (operator) dùng trong assembler

3.3 Chü(3ng trinh bién dich MACRO ASSEMBLER

3.4 Top IQnh cùa bO vi xü IS' 80x86 77

3.4.1.

3.4.2

3.4.3.

3.4.4.

Nhôm IQnh chuyên dü li?u 77 NhOm IQnh chuyòn dia chi 82 Nh6m IQnh chuyen thanh ghi cd 83

Nh6m IQnh chuyen dü liëu qua

3.4.5.

3.4.6.

3.4.7.

3.4.8.

3.4.9.

3.4.10.

3.4.11.

3.4.12.

Nh6m IQnh chuyén diêu khiên

Lénh so sânh c6 cü Nhôm IQnh

Lénh gQi chuong trinh

Nhôm IQnh tinh toân sô' Nhôm IQnh dich chuyòn và quay vòng

Nhôm lénh thuc hién phép tinh

Nhôm 1+nh xù IS' xâu

3.5 Tô' chüc MACRO

3.5 l Dinh nghia mot Macro (khung cùa Macro)

3.5.2 CAC chi dàn (directive) cho Macro

3.5.3 CAC toAn tu cho Macro

3.6 Xây dung chuong trinh

3.6.1 CAC buòc xày dung chuong trình

3.6.2, Chuong trinh minh h0ë

Chuonq4 THIÉTKÉHÊVIXÜL± CHUYÊN DVNG

4,1 Trinh tu thiét kécâc vi xù IS' chuyên

4.2 Thiét kécâc he vi xù IS' chuyên d\lng

84

, 88 .89 92

.95 97

98

.99

100 101 101

102

119

122

4.2.1 Mô tá chúc näng hé vi lý cdn thiét

4.2.2 Thiét hé vi lý theo chúc náng yéu chu

ChUONq F côNG TRAO Dói THÔNG TIN völ NGOô1V1

5.1 Väo/ra thông tin tách biét

5.2 Väo/ra thông tin theo dia chi bÔ nhó

5.3 Vi mach ghép nôä có läp trinh 8255A

5.3.1 Cäu trúc 8255A

5.3.2 Các Ché dÔ läm viéc 8255A

5.4 Ghép nô%1 8255A hÔ vi

CkU0Nq 6 CHE DC) NGÁT

6.2 Td chúc ngát trong hÔ vi lý 80x86

6.2.1 Phän loai ngát

6.2.2 HOQt dÔng ngát

6.3 Chip diÔu khidn ngát uu tiôn PIC 8259A

6.3.1 Khái niëm ngát uu tiôn

6.3.2 Chip diÔu khidn ngát uu tién 8259A

6.3.3 Läp Ché dÔ läm viëc cho chip 8259A

6.4 Ghép Chip 8259A vói he vi lý

6.4.1 Sö dó Ghép nôä Chip 8259A he vi lý

6.4.2 1-4p trinh diÔu khién hoat dÔng cho chip 8259A

6.4.3 táng chip 8259A

Chu0Nq7 TRUYEN THÔNG TIN

7.1 Các khái niëm vé truyÔn liëu

7.1.1 Mang thông tin truyÔn liÔu

122

123

149

149

152 154

154

156 159

169

169

172

172

174 176

176 176 178

190

190 191 197

199

199

199

202

Các 7.1.3 MÔt só dang mä thông dung trong truyÔn

7.2 TÓ chúc dudng truyÔn tín hiëu nôi tiëp

7.3 Mach thu phát di bÔ van náng IN8250A/16450

7.3.1.

7.3.2.

7.3.3.

7.3.4.

Tó chúc UART 8250A Các thanh ghi bén trong 8250 (báng Nôä ghép UART 8250A vói he vi lý Läp trinh cho UART 8250A

205

207

208 209

212

218 219

7.4 Moch thu phåt d6ng bé vå di bé von nång USART 8251A , 223 7.4.1 USART 8251A

7.4.2 Cåc thanh ghi chüc nång cåa 8251A

7.4.3 Nöå ghép USART 8251A vdi he vi xü

223

224

227

CkÜ0Nq 8 BIEN DOI TiN HI$U TUONG TV Sö vÅ TiN Hlfr,U Sö

-TUONG TU

8.1 Nguyén täc hoqt déng Cda bé bié'n döi sö' - tüdng tu

8.2 Nguyén täc hoot déng cåa bé bién ddi tüdng tu

8.3 Bé bién ddiADC 8 bit 0809

8.3.1 Sd db chüc näng cåa ADC 0809

8.3.2 Ghép tin hiéu våo ADC 0809

8.3.3 Ghép ADC 0809 v6i he vi xü IS'

8.4 m bién ddiADC 12 bit AD574A

8.4.1 Cåu trüc cåa AD574A

8.4.2 Diéu khién hoat déng AD574A

8.4.3 Ghép nö"i AD574A v6i he vi xü

CküdNq 9 vixÜL± ON - CHIP

.

9.1 Ciu trüc cåa he vi xü 19 On-chip 80C51 (vå 89C51)

9.1.1 Cå"u trüc Chung cåa on-chip 80C51

9.1.2 Chüc näng cåc thånh phån cåa on-chip 80C51

9.2 chüc cöng våo/ra cåa he vi xü Ij On-chip

9.3 Khöå tqo thdi gian vå bé dém (Timer/counter)

9.4 Cd ché' ngåt cåa he vi xü IS' on-chip 80C51

9.4.1 Phån loqi ngåt trong he vi xü Ij on-chip

9.4.2 Müc ngÅt Liu tién trong he vi xü 19 on-chip

237

237

240

242

, 242

243

246 250

255

258

263

263

263

265

, 270

273

276 276

277

9.4.3 Nguyén IY diéu khidn ngÅt cåa he vi xå IY on-chip 278 9.4.4 Nguyén 19 khåi déng cåa on-chip 80C51 280 9.5 Nguyen IY truyén tin nö"i tiép cåa he vi xü IY on-chip 80C51 282 9.6 Thanh ghi diéu khién ngudn pcon cåa he vi xå 19 on-chip 80C51 296 CküdNq 10 TAP LÉNH cÜA VI xÜ LY ON-CHIP 80C51 297 10.1 Nguyén Ij thuc hién IQnh cia on-chip 80C51 297 10.1.1 Cåu trüc lénh cåa he vi xü 19 on-chip 80C51 297

10.1.2 Xü IS' lénh cåa he vi xü 19 on-chip 80C51.

10.2 TB chüc khöng gian bé nhd cåa on-chip 80C51 298

10.2.1 Bé nhd chutdng trinh EPROM

10.2.2 nhd dü lieu RAM

303

10.3 Tap lénh cüa hé vi xü 19 On-chip 80C51 308 10.3.1 Nhöm lénh chuyén dü lieu

10.3.2 Nh6m lénh diéu khidn biéål lögic 314

10.3.4 Nhöm lénh tinh toån sÖhoc

10.3.5 Nh6m IQnh tinh toån lögic

10.4 T6m tit tap lénh cåa he vi xü ij on-chip 80C51

CküdNq 11 THIÉT KE He xÜ IS TRÉN VI xÜ ON-CHIP 80C51 337 11.1 Trinh tv thiét ké" he vi xü 19 chuyén dung trén on-chip

CkUdNq 12 xÜ IN SONG SONG

12.1 Phån 104i kién truc xü If song song 371 12.2 Kién kidu PIPELINE

12.2.2 Nguyén tic cåa phddng phåp xü IS' vector

trong PIPLINE

12.2.3 Kién trüc pipeline co khå nång ré nhånh.

12.2.4 "I'd chüc he xü 19 pipeline

12.3 Lap trinh Cho he xü Ij song

12.4 He xü IS' song song kidu da CPU

12.4.1 Cå'u trüc cåa he xü IY song song da CPU

12.4.2 Lap trinh cho he xü 19 song song da CPU

12.5 Xü Ij song song cåc tham sö ånh

PHV

371

371

374 376

378

378

381

387