Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý và lập trình hợp ngữ

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA ph¹m ®øc long Bµi gi¶ng kü thuËt vi xö lý vµ lËp tr×nh hîp ng÷ (Tài liệu này có thể tải về ở dạng file .PDF trong trang http://www.tnu.edu.vn/sites/longpd/Ti liu v Bi ging/Forms/AllItems.aspx) Th¸i Nguyªn 7-2013 Phạm Đức Long BM Công nghệ &Thiết bị Tự động Khoa CN Tự động hóa – ĐHCNTT&TT Thái Nguyên BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ MỤC LỤC Trang Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu chung 1.1 Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña c¸c bé vi xö lý 4 1.2 S¬ ®å khèi cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña hÖ vi xö lý 4 Ch−¬ng 2. Bé nhí b¸n dÉn 2.1 Ph©n lo¹i bé nhí 7 2.1.1 Bé nhí cè ®Þnh (ROM, PROM) 7 2.1.2 Bé nhí b¸n cè ®Þnh (EPROM, EEPROM, FLASH) 8 2.1.3 Bé nhí ®äc ghi (SRAM, DRAM) 10 2.1.4 Bé nhí ngoµi 10 2.2 Ph©n cÊp bé nhí 10 2.3 CÊu tróc cña m¹ch nhí tÜnh SRAM 2.3.1 Giíi thiÖu c«ng nghÖ 12 2.3.2 CÊu tróc m¹ch nhí SRAM 12 2.3.2.1 Bit nhí 12 2.3.2.2 Thanh ghi 14 2.3.2.3 Bé gi¶i m· 15 2.3.2.4 M¹ch nhí SRAM (C¸c thµnh phÇn, quy tr×nh ®äc ghi, biÓu ®å thêi gian) 18 2.3.3 ThiÕt kÕ thÎ nhí SRAM 18 2.4 CÊu tróc cña m¹ch nhí DRAM 18 Ch−¬ng 3. C¸c bé vi xö lý và vi điều khiển 3.1 Giíi thiÖu bé vi xö lý 8 bit tæng qu¸t 22 3.2 Bé vi xö lý 8 bit (8086/8088) 3.2.1 S¬ ®å khèi bé vi xö lý 8 bit 22 3.2.2 C¸c thanh ghi của 8086/88 23 3.2.3 BiÓu ®å thêi gian cña chu kú ®äc ghi sè liÖu 26 3.2.5 GhÐp nèi c¸c ch©n tÝn hiÖu 8088 28 3.2.6 HÖ lÖnh cña bé vi xö lý 8 bit 30 3.3 Giíi thiÖu c¸c bé vi xö lý tiªn tiÕn dòng 80x86 77 3.4 Vi ®iÒu khiÓn 8x51/52 77 3.5 Vi ®iÒu khiÓn thÕ hÖ míi AVR Thái Nguyên 7-2013 1 Phạm Đức Long BM Công nghệ &Thiết bị Tự động Khoa CN Tự động hóa – ĐHCNTT&TT Thái Nguyên 3.5.1. Giíi thiÖu chung vÒ AVR 3.5.2. Bus I2C vµ SPI 3.5.3. AVR 90S8535 BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 92 98 101 3.6 C¸c hÖ thèng trªn mét chip cã kh¶ n¨ng t¸i cÊu h×nh (SoC) 3.6.1. SoC lµ g×? 101 3.6.2. Giíi thiÖu PSoC 103 3.6.3. PSoC CY8C29446 103 Ch−¬ng 4. C¸c bé ®iÒu khiÓn vµ ghÐp nèi d÷ liÖu 4.1. Vµo/ ra sè liÖu ®iÒu khiÓn b»ng ng¾t 4.1.1 Nguyªn lý vµo/ra ®iÒu khiÓn b»ng ng¾t 111 4.1.2 Bé ®iÒu khiÓn ng¾t PIC (8259) 113 4.1.3 Ng¾t trong m¸y tÝnh IBM/PC 119 4.2. Vµo/ra sè liÖu ®iÒu khiÓn b»ng th©m nhËp bé nhí trùc tiÕp DMA 4.2.1 Nguyªn lý vµo/ ra b»ng DMA 121 4.2.2 Bé th©m nhËp bé nhí trùc tiÕp DMAC (8237) 123 4.2.3 Sö dông bé ®iÒu khiÓn DMAC trong hÖ vi xö lý 126 4.3. Bé ®Õm lËp tr×nh ®−îc 4.3.1 S¬ ®å khèi bé ®Õm lËp tr×nh ®−îc (8254) 127 4.3.2 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña bé ®Õm lËp tr×nh 128 4.3.3 Sö dông bé ®Õm trong hÖ vi xö lý 130 4.4. Phèi ghÐp vµo ra nèi tiÕp 4.4.1 Nguyªn lý vµo/ ra nèi tiÕp 130 4.4.2 M¹ch thu ph¸t th«ng tin nèi tiÕp UART 133 4.5. Phèi ghÐp víi thiÕt bÞ vµo/ra qua cæng song song 4.5.1 GhÐp nèi song song ®¬n gi¶n 142 4.5.2 M¹ch phèi ghÐp vµo/ra song song lËp tr×nh ®−îc PPI 8255A 142 4.5.2.1 C¸c khèi cña PPI 4.5.2.2 C¸c tÝn hiÖu cña PPI 4.5.2.3 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña PPI 4.5.2.5 GhÐp nèi PPI trong hÖ vi xö lý Ch−¬ng 5 ThiÕt kÕ hÖ thèng vi xö lý 5.1 ThiÕt kÕ phÇn cøng 145 5.2 ThiÕt kÕ phÇn mÒm 146 Thái Nguyên 7-2013 2 Phạm Đức Long BM Công nghệ &Thiết bị Tự động Khoa CN Tự động hóa – ĐHCNTT&TT Thái Nguyên BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 5.2.1 ROM Mapping 146 5.2.2 RAM Mapping 149 5.2.3 ThiÕt kÕ c¸c ch−¬ng tr×nh hÖ thèng 151 5.2.4 ThiÕt kÕ c¸c ch−¬ng tr×nh øng dông 154 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 159 Phụ lục CÁC HỆ SỐ ĐẾM 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO 164 Thái Nguyên 7-2013 3 Phạm Đức Long BM Công nghệ &Thiết bị Tự động Khoa CN Tự động hóa – ĐHCNTT&TT Thái Nguyên BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Ch−¬ng 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña c¸c bé vi xö lý • Bé vi xö lý lµ 1 thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong c¸c hÖ thèng tÝnh to¸n và m¸y vi tÝnh. • Sù ph¸t triÓn: − ThÕ hÖ 1 (1971 - 1973): Bé vi xö lý ®Çu tiªn ra ®êi 1971 lµ 4004 s¶n phÈm cña h·ng Intel 4 bit sè liÖu, 12 bit ®Þa chØ. TiÕp theo lµ 4040, 8008... §Æc ®iÓm chung: + Sö dông c«ng nghÖ PMOS (lç trèng) + Tèc ®é thùc hiÖn lÖnh 10-60µs. Tèc ®é xung nhịp ®ång hå 0.1 ®Õn 0.8 MHz + Có tËp lÖnh ®¬n gi¶n − ThÕ hÖ 2 (1974-1977): ThÕ hÖ c¸c vi xö lý 8 bit nh− 6800, 8080, 8085...cã thÓ qu¶n lý 64KB bé nhí. §Æc ®iÓm: + Sö dông c«ng nghÖ NMOS (Cã mËt ®é phÇn tö trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch lín h¬n PMOS) + Tèc ®é thùc hiÖn lÖnh 1-8µs. Tèc ®é xung nhịp ®ång hå 1-5MHz − ThÕ hÖ 3 (1978-1982): Thêi kú c¸c vi xö lý 16 bit 8086/80186/80286 hoÆc 68000. + Cã tËp lÖnh ®a d¹ng h¬n + Kh¶ n¨ng ph©n biÖt bé nhí cao h¬n: 1-16MB bé nhí chính và 64KB thiÕt bÞ ngo¹i vi + Được s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ HMOS (HMOS, XMOS, VMOS: c¶i tiÕn cña NMOS) + Tèc ®é thực hiện lệnh đơn 0.1 - 1µs. Xung nhịp ®ång hå 5-10MHz − ThÕ hÖ 4 (1983 - nay): Thêi kú c¸c bé vi xö lý 32 bit nh− 80386/486/Pentium 1, Pentium 2, Pentium 3, Pentium 4 víi c¸c kü thuËt tiªn tiÕn như pipeline, cache, vitual memory, Hyper Threading (HT)...TÊt c¶ các vi xử lý thế hệ này ®Òu cã bé ®ång xö lý to¸n häc, bé qu¶n lý bé nhí MMU. 1.2 S¬ ®å khèi cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña hÖ vi xö lý − Bé vi xö lý lµ 1 thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc ®Ó x©y dùng lên c¸c hÖ thèng tÝnh to¸n, m¸y vi tÝnh. Nh−ng các bé vi xö lý cßn ph¶i kÕt hîp víi c¸c thµnh phÇn kh¸c ®Ó t¹o nªn hÖ vi xö lý. Thái Nguyên 7-2013 4 ... - tailieumienphi.vn