Thiết kế và thi công hệ thống báo giờ tự động ứng dụng CPU Z80, chương 3

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

0
102
lượt xem
24
download

Thiết kế và thi công hệ thống báo giờ tự động ứng dụng CPU Z80, chương 3

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tổng quát phần cứng Hệ Thống. Phần cứng Hệ Thống được xây dựng với yêu cầu đơn giản nhưng hiệu quả, phục vụ tốt cho các hoạt động của Hệ Thống. Sơ đồ khối tổng quát của Hệ Thống được mô tả ở hình 1. Trình bày sơ đồ khối Thành phần cốt lõi của Hệ Thống là bộ vi xử lí (P) Z80, các vi mạch nhớ ROM (Read Only Memory), RAM (Random Acces Memory).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết kế và thi công hệ thống báo giờ tự động ứng dụng CPU Z80, chương 3

  1. Luaän vaên toát nghieäp CHƯƠNG 3: THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG 2.1_ Toång quaùt phaàn cöùng Heä Thoáng. Phaàn cöùng Heä Thoáng ñöôïc xaây döïng vôùi yeâu caàu ñôn giaûn nhöng hieäu quaû, phuïc vuï toát cho caùc hoaït ñoäng cuûa Heä Thoáng. Sô ñoà khoái toång quaùt cuûa Heä Thoáng ñöôïc moâ taû ôû hình 1.  Trình baøy sô ñoà khoái Thaønh phaàn coát loõi cuûa Heä Thoáng laø boä vi xöû lí (P) Z80, caùc vi maïch nhôù ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory). Caùc boä phaän boå trôï nhö maïch taïo xung ñoàng hoà vaø ñònh thôøi (Clock generator vaø Timer), maïch baøn phím (Keyboard), maïch hieån thò (Display), maïch kieåm soaùt ngaét INT (Interrupt controller) vaø maïch ñieàu khieån baùo hieäu (Bell Driver). Heä Thoáng seõ goàm coù 1 vi maïch ROM vaø 1 vi maïch RAM. Vi maïch ROM seõ löu tröõ phaàn meàm Heä Thoáng vaø caùc thôøi ñieåm baùo hieäu Restime. Vi maïch RAM duøng ñeå laøm vuøng nhôù laøm vieäc cuûa Heä Thoáng vaø laø vuøng ñeäm ñeå löu tröõ caùc Hottime vaø Skiptime. Maïch taïo xung ñoàng hoà vaø ñònh thôøi seõ phaùt ra xung nhòp cho hoaït ñoäng cuûa Heä Thoáng vaø tín hieäu ñònh thôøi taàn soá 1Hz taùc ñoäng vaøo ngaét NMI cuûa P phuïc vuï vieäc taïo thôøi gian thöïc. Baøn phím goàm 5 phím chöùc naêng (Xaây döïng theo nguyeân taéc aùnh xaï boä nhôù) cho pheùp ngöôøi söû duïng ñieàu chænh thôøi gian thöïc cuõng nhö ñaët caùc Hottime vaø Skiptime. Maïch hieån thò goàm 7 led 7 ñoaïn seõ thoâng baùo thôøi gian (Thöù, giôø, phuùt vaø giaây) vaø cho pheùp ngöôøi söû duïng theo doõi ñöôïc caùc thao taùc treân baøn phím. Maïch kieåm soaùt ngaét giuùp ngöôøi söû duïng löïa choïn caùc cheá ñoä hoaït ñoäng Settime, Hottime vaø Skiptime töông öùng vôùi caùc ngaét INT mode 0. Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  2. Luaän vaên toát nghieäp Maïch ñieàu khieån baùo hieäu phaùt ra tín hieäu theo söï ñieàu khieån cuûa phaàn meàm. Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  3. Luaän vaên toát nghieäp POWER SUPPLY EPROM RAM BELL 8KB 2KB DRIVER VXL Z80 ADDRESS BUS CONTROL BUS TIMER INTERR UPT KEYBO DISPLAY DATA BUS CONTR ARD CLOCK OLLER 1Hz Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  4. Luaän vaên toát nghieäp 277khZ Hình 1: SÔ ÑOÀ KHOÁI TOÅNG QUAÙT HEÄ THOÁNG Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  5. Luaän vaên toát nghieäp  Nguyeân lí hoaït ñoäng toång quaùt: Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng laø moät heä vi xöû lí neân hoaït ñoäng cuûa heä thoáng laø söï keát hôïp chaët cheõ giöõa phaàn cöùng vaø phaàn meàm. Vi xöû lí ñöôïc ñaët ôû cheá ñoä “auto reset” neân khi môùi môû ñieän vi xöû lí seõ baét ñaàu ñoïc boä nhôù taïi ñòa chæ 0000h. Ñaây cuõng laø ñòa chæ baét ñaàu cuûa chöông trình heä thoáng. Ngoaøi ra, maïch kieåm soaùt ngaét seõ caám tín hieäu Timer taùc ñoäng vaøo ngaét NMI cuûa Z80 nhaèm muïc ñích traùnh vieäc taïo thôøi gian thöïc sai daãn ñeán heä thoáng baùo giôø sai. Veà maët phaàn meàm: Khi môùi môû ñieän chöông trình heä thoáng seõ khôûi ñoäng maïch hieån thò (khôûi taïo 8279) ñeå maïch hieån thò saün saøng hieån thò döõ lieäu thôøi gian thöïc töø vi xöû lí gôûi tôùi. Ngoaøi ra, chöông trình heä thoáng coøn reset maïch baùo chuoâng … Maïch baøn phím hoaït ñoäng khi chöông trình con Keypro ñöôïc goïi ñeå phuïc vuï cho Settime, Hottime hay Skiptime. Phaàn “caáu taïo vaø nguyeân taét hoaït ñoäng cuûa caùc khoái maïch” seõ giuùp chuùng ta hieåu roõ hôn hoaït ñoäng cuûa Heä Thoáng. Böôùc ñaàu tieân trong vieäc thieát keá Heä Thoáng laø phaân boá boä nhôù vaø thöïc hieän giaûi maõ ñòa chæ cho caùc boä phaän cuûa Heä Thoáng. Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  6. Luaän vaên toát nghieäp 2.2_Boä nhôù Heä Thoáng vaø giaûi maõ ñòa chæ: 2.2.1_Boä nhôù Heä Thoáng: Heä Thoáng baùo giôø töï ñoäng laø moät heä vi xöû lí neân vieäc phaân boá boä nhôù Heä Thoáng laø heát söùc caàn thieát. Ngoaøi boä nhôù ROM, RAM Heä Thoáng coøn coù caùc boä phaän: baøn phím, maïch hieån thò vaø maïch ñieàu khieån baùo hieäu. Caùc boä phaän naøy ñöôïc xem nhö boä nhôù. Boä vi xöû lí seõ truy xuaát caùc khoái maïch naøy gioáng nhö truy xuaát boä nhôù (phöông phaùp aùnh xaï boä nhôù). Do yeâu caàu hoaït ñoäng vôùi vuøng nhôù nhoû. Heä Thoáng chæ söû duïng 20KB ñaàu tieân (0000h – 4FFFh) trong khoâng gian 64KB maø Z80 quaûn lí. Vôùi yeâu caàu treân boä nhôù seõ ñöôïc phaân chia thaønh caùc vuøng nhôù daønh cho ROM, RAM, vuøng nhôù daønh cho maïch hieån thò, maïch baùo hieäu vaø baøn phím. Ñeå ñôn giaûn, boä nhôù Heä Thoáng seõ chia thaønh 5 vuøng vôùi dung löôïng 4KB/vuøng ñöôïc phaân boá nhö sau: 4FFFh MAÏCH BAØN PHÍM 4KB 4000h 3FFFh MAÏCH BAÙO HIEÄU 4KB 3000h 2FFFh MAÏCH HIEÅN THÒ 4KB 2000h 1FFFh CHÖA DUØNG 2KB 1800h 17FFh Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  7. Luaän vaên toát nghieäp RAM 2KB 1000h 0FFFh ROM 4KB 0000h Hình 2: BAÛN ÑOÀ BOÄ NHÔÙ HEÄ THOÁNG Vuøng nhôù töø ñòa chæ 0000h ñeán 0FFFh daønh cho IC ROM chöùa phaàn meàm Heä Thoáng vaø löu tröõõ caùc Restime. IC ROM ñöôïc duøng laø 2732 (4KBx8). Baûng moâ taû hoaït ñoäng vaø sô ñoà chaân chöùc naêng nhö sau: CHEÁ ÑOÄ CE OE \Vp Vcc OUTP p UT Read VIL VIL Vcc Dout Stand by VIH X Vcc High Z Program VIL Vpp Vcc Din Program VIL VIL Vcc Dout verify VIH Vpp Vcc High Z Program Inhibit Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  8. Luaän vaên toát nghieäp Baûng 1 : BAÛNG MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA IC – ROM 2732 Hình 3: SÔ ÑOÀ CHAÂN CHÖÙC NAÊNG CUÛA IC-ROM 2732 Vuøng nhôù töø 1000h ñeán 1FFFh laø vuøng nhôù RAM duøng ñeå laøm ngaên xeáp (Stack), vuøng ñeäm, baûng Hottime vaø baûng Skiptime. Vôùi yeâu caàu hieän taïi, Heä Thoáng chæ söû duïng 2KB töø 1000h ñeán 17FFh khi coù yeâu caàu môû roäng 2KB coøn laïi seõ ñöôïc duøng ñeán. IC- RAM ñöôïc choïn laø loaïi RAM tónh (Static Ram) 6116 (2KBx8). IC 6116 coù baûng moâ taû hoaït ñoäng vaø sô ñoà chaân chöùc naêng nhö sau: Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  9. Luaän vaên toát nghieäp CHEÁ ÑOÄ CE OE WE DATA Khoâng choïn H X X High Z Caám xuaát L H H High Z Ñoïc (Read) L L H Dout Ghi (Write) L H L Din Baûng 2 : BAÛNG MOÂ TAÛ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA IC – RAM 6116 Hình 4: SÔ ÑOÀ CHAÂN CHÖÙC NAÊNG CUÛA RAM 6116 Vuøng nhôù coøn laïi ñöôïc daønh cho caùc boä phaän: baøn phím, hieån thò, ñieàu khieån baùo hieäu. 2.2.2_ Maïch giaûi maõ ñòa chæ: Nhieäm vuï maïch giaûi maõ ñòa chæ laø thöïc hieän hoaït ñoäng giaûi maõ ñeå taïo ra caùc tín hieäu : choïn IC nhôù ROM , RAM ( CS chip select) vaø caùc tín hieäu ñieàu khieån choïn caùc boä phaän baøn phím, hieån thò, ñieàu khieån baùo hieäu. Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  10. Luaän vaên toát nghieäp Maïch giaûi maõ ñòa chæ laø moät maïch giaûi maõ töø 3 ra 8 ñöôøng söû duïng 3 ñöôøng ñòa chæ A12, A13, A14 ñeå giaûi maõ taïo 8 ñöôøng tín hieäu ñieàu khieån vaø choïn chip. Baûng giaûi maõ ñòa chæ chi tieát cuøng caùc tín hieäu ñieàu khieån nhö sau: A15 A14 A13 A 11 A10 VUØNG TÍN CHÖÙC A12 ……A0 NHÔÙ HIEÄ NAÊNG U 0 0 0 x x 0000h – CS1 Choïn IC 0 0 …… x 0FFFh CS 2 ROM 0 0 0 0 x 1000h - Choïn IC 0 1 …… x 17FFh DPL RAM 0 0 0 1 x 1800h – BDR Chöa duøng 1 …… x 1FFFh Hieån thò 0 KBD 0 1 x x 2000h – Baùo hieäu 0 ….. x 2FFFh Ñoïc baøn 0 1 x x 3000h - phím 1 ….. x 3FFFh 1 0 x x 4000h - 0 …… x 4FFFh Baûng 3 : BAÛNG GIAÛI MAÕ ÑÒA CHÆ BOÄ NHÔÙ. Maïch giaûi maõ ñòa chæ duøng IC 74LS138 coù 8 ngoõ ra taùc ñoäng möùc thaáp. Tín hieäu MERQ töø P taùc ñoäng vaøo 2 ngoõ vaøo ñieàu kieän G2A vaø G2B ñeå ñieàu khieån vieäc giaûi maõ choïn chip. Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  11. Luaän vaên toát nghieäp Hình 5: SÔ ÑOÀ CHI TIEÁT MAÏCH GIAÛI MAÕ ÑÒA CHÆ. 2.2.3_Toùm taét: Maïch ñieän boä nhôù Heä Thoáng coù caáu taïo nhö sau: Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  12. Luaän vaên toát nghieäp Hình 6: SÔ ÑOÀ CHI TIEÁT MAÏCH BOÄ NHÔÙ Caùc tín hieäu CS1, CS 2 thöïc hieän choïn IC ROM vaø IC RAM. Tín hieäu RD töø P ñieàu khieån vieäc ñoïc döõ lieäu trong ROM vaø RAM, tín hieäu WR cho pheùp P ghi döõ lieäu vaøo RAM. Giaûn ñoà thôøi gian caùc chu kì P ñoïc vaø ghi boä nhôù nhö hình 7: Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  13. Luaän vaên toát nghieäp CLOCK A0-A15 VALID ADDRESS MERQ RD D0-D7 DATA IN WR D0-D7 DATA OUT Hình 7: CHU KÌ  P ÑOÏC VAØ GHI BOÄ NHÔÙ. Hoaït ñoäng ñoïc, ghi boä nhôù cuûa P nhö sau: HOAÏT ÑOÄNG MERQ CS RD WR CUÛA P Ñoïc boä nhôù L L L H Ghi boä nhôù L L H L Caùc boä phaän baøn phím, hieån thò vaø ñieàu khieån baùo hieäu thieát keá theo nguyeân taét aùnh xaï boä nhôù. Hoaït ñoäng cuûa P truy xuaát caùc boä phaän naøy nhö sau: HOAÏT ÑOÄNG ÑÒA CHÆ MERQ TÍN HIEÄU CUÛA P ÑIEÀU Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  14. Luaän vaên toát nghieäp KHIEÅN Hieån thò 2000h – L DPL = L 2FFFh Ñieàu khieån baùo 3000h – L BDR =L hieäu 3FFFh Ñoïc baøn phím 4000h – L KBD =L 4FFFh 2.3_ Khaûo saùt tính chaát ngaét NMI : (NON_ MASKABLE INTERRUPT) Ngaét NMI (ngaét khoâng theå che baèng phaàn meàm) cuûa Z80 laø ngaét coù ñoä öu tieân tuyeät ñoái. Khi coù ngaét NMI taùc ñoäng, chöông trình Heä Thoáng seõ taïm döøng coâng vieäc hieän taïi ñeå thöïc hieän chöông trình phuïc vuï ngaét NMI baét ñaàu taïi ñòa chæ 0066h. Vôùi yeâu caàu ñaët ra laø Heä Thoáng laøm vieäc vôùi thôøi gian thöïc, neân ñoøi hoûi vieäc ñeám thôøi gian phaûi thöïc hieän chính xaùc vaø ñöôïc öu tieân haøng ñaàu. Do ñoù, ngaét NMI daønh cho vieäc ñeám thôøi gian thöïc. Tuy nhieân, ngoaøi hoaït ñoäng ñeám thôøi gian thöïc chöông trình Heä Thoáng coøn phaûi thöïc hieän caùc coâng vieäc khaùc nhö: phuïc vuï baøn phím, phuïc vuï vieäc baùo hieäu cuõng nhö hieån thò. Ngaét NMI khoâng ñöôïc laøm aûnh höôûng ñeán caùc hoaït ñoäng treân . Coâng vieäc thaêm doø ngaét INT vaø NMI ñöôïc Z80 thöïc hieän taïi chu kì ñoàng hoà cuoái cuøng ôû chu kì maùy cuoái cuøng cuûa moät chu kì leänh (goïi laø caùc thôøi ñieåm to). Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  15. Luaän vaên toát nghieäp Chu kì maùy cuoái Chu kì maùy leänh keá to  Hình 8: GIAÛN ÑOÀ NHAÄN NGAÉT NMI Theo hình 8, neáu coù tín hieäu goïi ngaét NMI (hoaëc ngaét INT ) xuaát hieän taïi caùc thôøi ñieåm khaùc vôùi caùc thôøi ñieåm to thì chöông trình Heä Thoáng seõ khoâng nhaän ñöôïc ngaét NMI vaø chöông trình phuïc vuï ngaét ñeå taïo thôøi gian thöïc seõ khoâng ñöôïc thöïc hieän. Phaàn meàm Heä Thoáng bao goàm nhieàu loaïi leänh vaø caùc leänh naøy ñöôïc thöïc hieän vôùi soá chu kì ñoàng hoà khaùc nhau. Do vaäy, xung goïi ngaét NMI phaûi ñuû roäng ñeå vieäc thaêm doø ngaét NMI ñöôïc thöïc hieän moät caùch hoaøn haûo. Neáu xung goïi ngaét NMI coù ñoä roäng lôùn hôn möùc caàn thieát thì ñieàu gì xaûy ra ? Qua thöû nghieäm ngöôøi vieát nhaän thaáy, khi coù ngaét NMI chöông trình Heä Thoáng taïm döøng coâng vieäc hieän taïi vaø thöïc hieän chöông trình phuïc vuï ngaét NMI , neáu tín hieäu ngaét NMI tieáp tuïc ñöôïc giöõ ôû möùc logic thaáp thì sau khi chöông trình phuïc vuï ngaét NMI thöïc hieän xong, P seõ trôû veà thöïc hieän coâng vieäc dôû dang tröôùc khi phuïc vuï ngaét maø khoâng baän taâm ñeán tín hieäu ngaét NMI duø luùc naøy vaãn ñang ôû möùc tích cöïc thaáp. Ñeå nhaän ngaét trôû laïi, chaân NMI cuûa Z80 phaûi ñöôïc keùo leân möùc logic cao tröôùc khi coù tín hieäu ngaét keá tieáp. Nhö vaäy coù theå noùi raèng, khi tín hieäu NMI ôû möùc thaáp vaø P nhaän ngaét thì vieäc thaêm doø ngaét seõ khoâng ñöôïc thöïc hieän cho ñeán khi tín hieäu NMI leân möùc cao. Vieäc cho tín hieäu NMI leân möùc cao tröôùc khi coù tín hieäu ngaét keá tieáp töông ñöông vôùi vieäc khoâi phuïc hoaït ñoäng thaêm doø ngaét cuûa P . Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng
  16. Luaän vaên toát nghieäp Toùm laïi, ñeå hoaït ñoäng ñeám thôøi gian thöïc khoâng aûnh höôûng ñeán caùc hoaït ñoäng khaùc cuûa Heä Thoáng (trong ñoù coù vieäc P nhaän ngaét INT ) thì ñoä roäng xung goïi ngaét goïi ngaét NMI (ñeám thôøi gian) phaûi ñöôïc choïn thích hôïp vaø chöông trình phuïc vuï ngaét NMI phaûi khoâng ñöôïc quaù daøi. Ñaây laø yeâu caàu quan troïng ñoái vôùi hoaït ñoäng cuûa Heä Thoáng . Heä thoáng baùo giôø töï ñoäng

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản