Giáo trình kỹ thuật vi xử lý hoàn chỉnh

[r]

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Công ngh thông tin đang đ ệ ượ ứ c ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh v c khoa ụ ộ ề ự

h c công ngh và cu c s ng th ọ ệ ộ ố ườ ng nh t Bên c nh kh i l ậ ạ ố ượ ng ph n m m h ầ ề ệ

th ng và ng d ng đ s , công ngh ph n c ng cũng phát tri n vô cùng nhanh ố ứ ụ ồ ộ ệ ầ ứ ể chóng Có th nói các h th ng máy tính đ ể ệ ố ượ ả c c i thi n trong nh ng kho ng th i ệ ữ ả ờ gian r t ng n, càng ngày càng nhanh h n, m nh h n và hi n đ i h n ấ ắ ơ ạ ơ ệ ạ ơ

Nh ng ki n th c c b n v v ph n c ng c a các h th ng máy tính luôn ữ ế ứ ơ ả ề ề ầ ứ ủ ệ ố luôn là đòi h i c p thi t c a nh ng ng ỏ ấ ế ủ ữ ườ i ch n công ngh thông tin làm đ nh ọ ệ ị

h ướ ng cho ngh nghi p và s nghi p khoa h c trong t ề ệ ự ệ ọ ươ ng lai.

Giáo trình K thu t Vi x lý này đ ỹ ậ ử ượ c vi t trên c s nh ng bài gi ng theo ế ơ ở ữ ả sát đ c ề ươ ng môn h c đã đ ọ ượ c th c hi n t i Khoa Công ngh thông tin tr c ự ệ ạ ệ ự thu c Tr ộ ườ ng đ i h c Thái Nguyên t khi thành l p đ n nay, và luôn luôn đ ạ ọ ừ ậ ế ượ c

s a ch a, b sung đ đáp ng nhu c u ki n th c c a sinh viên h c t p t i Khoa ử ữ ổ ể ứ ầ ế ứ ủ ọ ậ ạ Giáo trình đ ượ c chia thành 5 ch ươ ng:

Ch ươ ng I gi i thi u nh ng ki n th c t ng quan đ ớ ệ ữ ế ứ ổ ượ ử ụ c s d ng trong k thu t ỹ ậ

Vi x lý các h đ m, cách th c bi u di n thông tin trong các h Vi x lý và máy ử ệ ế ứ ể ễ ệ ử tính, cũng nh nhìn nh n qua v l ch s phát tri n c a các trung tâm Vi x lý ư ậ ề ị ử ể ủ ử

Ch ươ ng II gi i thi u c u trúc và ho t đ ng c a các đ n v x lý trung tâm t ớ ệ ấ ạ ộ ủ ơ ị ử ừ μP8085 đ n các c u trúc c a Vi x lý h 80x86, các c u trúc RISC và CISC Do ế ấ ủ ử ọ ấ

nh ng ng d ng th c t r ng l n trong đ i s ng, trong ch ữ ứ ụ ự ế ộ ớ ờ ố ươ ng II có gi i thi u ớ ệ thêm c u trúc và ch c năng c a chip Vi x lý chuyên d ng μC8051 ấ ứ ủ ử ụ

Ch ươ ng III cung c p nh ng ki n th c v t ch c b nh cho m t h Vi x ấ ữ ế ứ ề ổ ứ ộ ớ ộ ệ ử

lý, k thu t và các b ỹ ậ ướ c xây d ng v nh ROM, RAM cho h Vi x lý ự ỉ ớ ệ ử

Ch ươ ng IV đi sâu kh o sát m t s m ch ch c năng kh l p trình nh m ch ả ộ ố ạ ứ ả ậ ư ạ

đi u khi n vào/ra d li u song song, m ch đi u khi n vào/ra d li u n i ti p, ề ể ữ ệ ạ ề ể ữ ệ ố ế

m ch đ nh th i và m ch đi u khi n ng t ạ ị ờ ạ ề ể ắ

Ch ươ ng V gi i thi u các c u trúc và cách xây d ng, ph i ghép m t s thi t ớ ệ ấ ự ố ộ ố ế

b vào/ra c b n cho m t h Vi x lý nh bàn phím Hexa, h th ng ch th 7 thanh, ị ơ ả ộ ệ ử ư ệ ố ỉ ị bàn phím máy tính và màn hình.

Cu n giáo trình ch c ch n có nhi u thi u sót, r t mong đ oc s góp ý c a ố ắ ắ ề ế ấ ự ự ủ các đ c gi M i ý ki n đóng góp xin g i theo đ a ch : ộ ả ọ ế ử ị ỉ

B môn K thu t máy tính Khoa Công ngh Thông tin ộ ỹ ậ ệ

Đ i h c Thái Nguyên ạ ọ

Thái Nguyên

Ho c theo đ a ch Email ặ ị ỉ dongnt@hn.vnn.vn

Nhóm biên so n ạ

M C L C Ụ Ụ

M C L C Ụ Ụ 3

CH ƯƠ NG I T NG QUAN V CÁC H VI X LÝ Ổ Ề Ệ Ử 6

I.1 Các h đ m ệ ế 6

I.1.1 H đ m th p phân (R = 10 - Decimal)ệ ế ậ 6

I.1.2 H đ m nh phân (R = 2 - Binary)ệ ế ị 7

I.1.3 H đ m bát phân (R = 8 - Octal)ệ ế 7

I.1.4 H đ m 16 (R = 16 - Hexa)ệ ế 7

I.2 Chuy n đ i l n nhau gi a các h đ m ể ổ ẫ ữ ệ ế 8

I.2.1 H nh phân và h th p phânệ ị ệ ậ 8

I.2.2 H nh phân và h Hexaệ ị ệ 10

I.3 Bi u di n thông tin trong các h Vi x lý ể ễ ệ ử 11

I.3.1 Mã hoá các thông tin không số 11

I.3.2 Mã hoá các thông tin số 11

I.3.3 Bi u di n d li u s trong máy tínhể ễ ữ ệ ố 12

I.3.4 B n ch t v t lý c a thông tin trong các h Vi x lýả ấ ậ ủ ệ ử 13

I.4 Vài nét v th c hi n các phép tính trong h đ m nh phân ề ự ệ ệ ế ị 14

I.4.1 Phép c ng và phép trộ ừ 15

I.4.2 Phép nhân và phép chia 16

I.5 C u trúc c a h Vi x lý và máy vi tính ấ ủ ệ ử 16

I.5.1 Vài nét v l ch s phát tri n các trung tâm Vi x lýề ị ử ể ử 16

I.5.2 C u trúc c b n c a h Vi x lýấ ơ ả ủ ệ ử 17

I.5.3 T h Vi x lý đ n máy vi tính PCừ ệ ử ế 20

CH ƯƠ NG II CÁC Đ N V VI X LÝ TRUNG TÂM Ơ Ị Ử 23

(CPU – CENTRAL PROCESSING UNIT) 23

II.1 Trung tâm Vi x lý ử µ P8085 23

II.1.1 Các nhóm tín hi u trong ệ µ P8085 25

II.1.2 Khái ni m và b n ch t v t lý c a các BUS trong h Vi x lýệ ả ấ ậ ủ ệ ử 27

II.1.3 Các m ch 3 tr ng thái, m ch ch t và m ch khuy ch đ i BUS 2 chi uạ ạ ạ ố ạ ế ạ ề 28

II.1.4 Bi u đ Timing th c hi n l nh c a CPU μP8085ể ồ ự ệ ệ ủ 32

II.1.5 Khái ni m chu kỳ BUSệ 34

II.1.6 Ng t (Interrupt)ắ 35

II.1.7 Truy nh p tr c ti p b nh (Direct Memory Access – DMA)ậ ự ế ộ ớ 36

II.1.8 Vi chương trình (MicroProgram) và t p l nh c a ậ ệ ủ µ P8085 37

II.1.9 Vài nét v l p trình cho 8085ề ậ 42

II.1.10 H l nh c a µP8085ệ ệ ủ 43

II.2 Các trung tâm Vi x lý h 80x86 ử ọ 46

II.1.1 Mô t chân c a µP8086 và các tín hi uả ủ ệ 46

II.1.2 C u trúc Trung tâm Vi x lý h 80x86 ấ ử ọ 48

II.1.3 H th ng thanh ghi trong các ệ ố µ P80x86 50

II.1.4 Các ch đ làm vi c MIN/MAXế ộ ệ 55

II.1.5 Phương th c qu n lý b nh , các mode đ a chứ ả ộ ớ ị ỉ 55

II.1.6 Phương th c đánh đ a ch thi t b ngo i viứ ị ỉ ế ị ạ 60

II.1.7 Các m ch Multiplexer, m ch Decoder, m ch PLAạ ạ ạ 60

II.1.8 Vài nét v l p trình h p ngề ậ ợ ữ 62

II.3 C u trúc và tính năng c a m t s chip Vi x lý hi n đ i ấ ủ ộ ố ử ệ ạ 63

II.3.1 C u trúc chip Vi x lý Pentiumấ ử 65

II.3.2 C u trúc RISC, CISC ấ 69

II.3.3 Qu n lý b nh ả ộ ớ 71

II.3.4 B nh cache ộ ớ 71

II.4 Single-Chip MicroComputer µC8051 72

II.4.1 T ng quanổ 72

II.4.2 Mô t c u trúc và ch c năngả ấ ứ 74

II.4.3 L p trình cho µC8051ậ 84

II.4.4 Các kh năng ng d ng c a µC8051ả ứ ụ ủ 85

CH ƯƠ NG III B NH TRONG C A H VI X LÝ Ộ Ớ Ủ Ệ Ử 86

III.1 B nh trong h Vi x lý ộ ớ ệ ử 86

III.1.1 Ph n t nh , vi m ch nh , t nh và dung lầ ử ớ ạ ớ ừ ớ ượng b nh ộ ớ 86

III.1.2 Vài nét v b nh trong c a h Vi x lý và máy tính PCề ộ ớ ủ ệ ử 87

III.1.3 Phân lo i các chip nh ROM, RAMạ ớ 92

III.3 T ch c b nh cho h Vi x lý ổ ứ ộ ớ ệ ử 93

III.3.1 T ch c b nh v t lýổ ứ ộ ớ ậ 93

III.3.2 Thi t k v nh cho h Vi x lýế ế ỉ ớ ệ ử 94

96

CH ƯƠ NG IV CÁC CHIP KH L P TRÌNH Ả Ậ 97

(PROGRAMMABLE) 97

IV.1 T ng quan ổ 97

IV.2 M t s m ch ch c năng tiêu bi u ộ ố ạ ứ ể 97

IV.2.1 M ch vào/ra d li u song song PPI-8255 (Programmable Peripheral Interface).ạ ữ ệ 97

IV.2.2 M ch đi u khi n ng t PIC-8259ạ ề ể ắ 102

IV.3.3 M ch đ m đ nh th i đa năng PIT-8253 (Programmable Interval Timer)ạ ế ị ờ 112

IV.4.4 M ch đi u khi n vào/ra n i ti p đ ng b /d b USART-8251 (Universalạ ề ể ố ế ồ ộ ị ộ Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter) 118

CH ƯƠ NG V THI T B VÀO RA C A H VI X LÝ Ế Ị Ủ Ệ Ử 131

V.1 Bàn phím Hex Keyboard 131

V.2 Ghép n i bàn phím v i h Vi x lý ố ớ ệ ử 135

V.2.1 H th ng bàn phím c a máy vi tínhệ ố ủ 135

V.2.2 Quá trình truy n d li u t bàn phím cho CPU ề ữ ệ ừ 136

V.3 M ch đi u khi n và l p trình ch th 7-segments ạ ề ể ậ ỉ ị 137

V.4 Màn hình (Monitor) 139

V.4.1 Màn hình ng tia âm c c CRT (Cathode Ray Tube)ố ự 139

V.4.2 Ghép n i màn hình v i h Vi x lýố ớ ệ ử 140

V.4.3 B đi u khi n màn hình CRTCộ ề ể 141

PH L C Ụ Ụ 144

PH L C A Ụ Ụ 144

PH L C B Ụ Ụ 147

T 2-14 là giá tr đã làm tròn l y 10 s sau d u ph y ừ ị ấ ố ấ ẩ 148

PH L C C Ụ Ụ 149

PH L C DỤ Ụ 150

CH ƯƠ NG I T NG QUAN V CÁC H VI X LÝ Ổ Ề Ệ Ử

I.1 Các h đ m ệ ế

H đ m thông d ng nh t trong đ i s ng là h đ m c s 10 (th p ệ ế ụ ấ ờ ố ệ ế ơ ố ậ phân – Decimal), s d ng 10 ký t s t 0 đ n 9 Ngoài ra, trong s n xu t, ử ụ ự ố ừ ế ả ấ kinh doanh còn có khi s d ng h đ m c s 12 (tá – dozen) ử ụ ệ ế ơ ố

Trong các h th ng máy tính, đ x lý, tính toán, ta s d ng h đ m ệ ố ể ử ử ụ ệ ế

c s 2 (nh phân – Binary), h c s 8 (bát phân – Octal), h c s 16 ơ ố ị ệ ơ ố ệ ơ ố (Hexa) Tuy nhiên, vi c nh p d li u hay đ a k t qu x lý, ta l i dùng h ệ ậ ữ ệ ư ế ả ử ạ ệ

đ m c s 10 ế ơ ố

M t s ộ ố N trong m t h đ m b t kỳ có ộ ệ ế ấ n+l ch s , trong đó g m ữ ố ồ n chữ

s thu c ph n nguyên và ố ộ ầ l ch s thu c ph n th p phân, đ ữ ố ộ ầ ậ ượ c tri n khai ể theo công th c t ng quát: ứ ổ

k n

l k

a

−

=

R là c s c a h đ m ơ ố ủ ệ ế

ak là tr ng c a ch s v trí th k (0 ọ ủ ữ ố ở ị ứ ≤ ak < R)

{ ak }R = {0, 1, 2, 3, …, R – 1}

l, n là s nguyên ố

N = anan-1…a1a0,a-1a-2…a-l

nhau s nh sau: ẽ ư

I.1.1 H đ m th p phân (R = 10 - Decimal) ệ ế ậ

{ ak }D = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

123,45D = 1 x 102 + 2 x 101 + 3 x 100 + 4 x 10-1 + 5 x 10-2

SJMP rel (22):Nh y ng n ả ắ

đ t ặ JBC bit,rel (32): Nh y t ả ươ ng đ i n u bit tr c ti p đ ố ế ự ế ượ c đ t, r i ặ ồ

xóa bit.

CJNE

Rn,#data,rel

(32): So sánh d li u t c th i v i n i dung thanh ghi ữ ệ ứ ờ ớ ộ

Rn và nh y n u không b ng ả ế ằ CJNE

@Ri,#data,rel

(32): So sánh d li u t c th i v i d li u gián ti p và ữ ệ ứ ờ ớ ữ ệ ế

nh y n u không b ng ả ế ằ

DJNZ data (32): Gi m d li u tr c ti p và nh y n u không ả ữ ệ ự ế ả ế

b ng ằ

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả

h Vi đi u khi n 8051 ọ ề ể NXB KH&KT hà N i-2004 ộ

v n t i - Hà N i 2002 ậ ả ộ

[ 3 ] Văn Th Minh: ế K thu t Vi x lý – ỹ ậ ử NXB Th ng kê – Hà N i ố ộ 1983

[ 4 ] Phòng K thu t s - Vi n Khoa h c Tính toán và Đi u khi n: ỹ ậ ố ệ ọ ề ể

K thu t Vi x lý - ỹ ậ ử Nhà Xu t b n Th ng kê – Hà N i 1983 ấ ả ố ộ

[ 5 ] Alan Clements: Principles of Computer Hardware – PWS-KENT

Publishing Company – Boston 1992

[ 7 ] David Hergert, Nancy Thibeault: PC Architecture from Assembly

Language To C Prentice-Hall, Inc 1997

[ 8 ] Christopher L Morgan and Mitchell Waite: 8086/8088 16-bit

Micrro-Processor Primer – McGraw-Hill, Inc 1982

[ 9 ] V.M Rooney: Microprocessors and Microcomputers - McMilan

Publishing Company – New York 1983

[ 10 ] James L., Turley: Advanced 80386 programming techniques -

Osborne Mc Graw-Hill 1988