GV LÊ TIẾN DŨNG Bộ môn Tự ñộng hóa – Khoa ðiện Trường ðại học Bách khoa – ðại học ðà Nẵng Email: ltdung@udn.vn NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CHƯƠNG 2: TÓM TẮT PHẦN CỨNG CHÍP VI ðIỀU KHIỂN CHƯƠNG 3: TÓM TẮT TẬP LỆNH CHƯƠNG 4: HOẠT ðỘNG ðỊNH THỜI CHƯƠNG 5: HOẠT ðỘNG CỦA CỔNG NỐI TIẾP CHƯƠNG 6: HOẠT ðỘNG NGẮT CHƯƠNG 7: LẬP TRÌNH HỢP NGỮ CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ VÀ GIAO TIẾP GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu 1.2 Thuật ngữ 1.3 ðơn vị xử lý trung tâm 1.4 Bộ nhớ bán dẫn: RAM ROM 1.5 Các bus: ñịa chỉ, số liệu ñiều khiển 1.6 Các thiết bị xuất nhập 1.7 Chương trình: lớn nhỏ 1.8 So sánh vi xử lý vi ñiều khiển 1.9 Hệ thống nhúng 1.10 Ưu khuyết ñiểm GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu Năm 1971, hãng Intel ñã cho ñời vi xử lý (microprocessor) ñầu tiên giới tên gọi Intel-4004, nhằm ñáp ứng nhu cầu cấp thiết công ty kinh doanh hãng truyền thông BUSICOM Intel-4004 kết ý tưởng quan trọng kỹ thuật vi xử lý số ðó kết cấu logic mà thay ñổi ñược chức chương trình không phát triển theo hướng tạo cấu trúc cứng thực số chức ñịnh trước ñây GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu Sau ñó, vi xử lý liên tục ñược ñưa thị trường ngày ñược phát triển, hoàn thiện hệ sau: - Vào năm 1971, hãng Intel ñưa vi xử lý 8-bit ñầu tiên với tên Intel-8008 - Năm 1975, Intel chế tạo vi xử lý 8-bit 8080 8085 - Cũng vào khoảng thời gian 1975, loạt hãng khác giới ñã giới thiệu vi xử lý tương tự: 6800 Motorola với 5000 tranzitor, Signetics 6520, 1801 RCA, kế ñến 6502 hãng MOS Technology Z80 hãng Zilog GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu Vào năm 1976 Intel giới thiệu vi ñiều khiển (microcontroller) 8748, chip tương tự vi xử lý chip ñầu tiên họ vi ñiều khiển MCS-48 8748 vi mạch chứa 17000 transistor, bao gồm CPU, 1K byte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập ñịnh thời 8-bit IC IC khác họ MCS-48 ñã nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp ứng dụng hướng ñiều khiển (control-oriented application) GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu Năm 1978 xuất Intel 8086 loại xi xử lý 16 bit với 29.000 tranzitor, Motorola 68000 tích hợp 70.000 tranzitor, APX 432 chứa 120.000 tranzitor Bộ vi xử lý Hewlet Pakard có khoảng 450.000 tranzitor Từ năm 1974 ñến 1984 số tranzitor tích hợp chip tăng khoảng 100 lần Năm 1983, Intel ñưa vi xử lý 80286 dùng máy vi tính họ AT (Advanced Technology) Năm 1987, Intel ñưa vi xử lý 80386 32-bit Năm 1989 xuất xuất vi xử lý Intel 80486 cải tiến Intel 80386 với nhớ ẩn mạch tính phép toán ñại số dấu phẩy ñộng GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu Năm 1992, xuất Intel 80586 gọi Pentium 64 bit chứa triệu tranzitor GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở ñầu ðộ phức tạp, gọn nhẹ kích thước khả vi ñiều khiển ñược tăng thêm bậc quan trọng vào năm 1980 Intel công bố chip 8051, vi ñiều khiển ñầu tiên họ vi ñiều khiển MCS-51 So với 8048, chip 8051 chứa 60.000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 ñường xuất nhập, port nối tiếp ñịnh thời 16-bit – số lượng mạch ñáng ý IC ñơn GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VI ðIỀU KHIỂN: Một vi ñiều khiển hệ vi xử lý thật ñược tổ chức chip (trong vỏ IC) bao gồm vi xử lý (microprocessor), nhớ chương trình (ROM), nhớ liệu (RAM), chip có xử lý số học-logic (ALU) với ghi chức năng, cổng vào/ra, chế ñiều khiển ngắt, truyền tin nối tiếp, ñịnh thời GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.5 Các BUS: ðỊA CHỈ, DỮ LIỆU VÀ ðIỀU KHIỂN Bus ñiều khiển hỗn hợp tín hiệu, tín hiệu có vai trò riêng việc ñiều khiển có trật tự hoạt ñộng hệ thống Thông thường, tín hiệu ñiều khiển tín hiệu ñịnh thời ñược cung cấp CPU ñể ñồng việc di chuyển thông tin bus ñịa liệu Thông thường: CLOCK, READ WRITE ñối với việc di chuyển liệu CPU bnhớ GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.6 Các thiết bị xuất/nhập Các thiết bị xuất nhập hay thiết bị ngoại vi máy tính cho ta ñường truyền thông máy tính với giới bên Tổng quát có loại thiết bị xuất nhập thiết bị lưu trữ lớn, thiết bị giao tiếp với người thiết bị ñiều khiển, kiểm tra GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.6 Các thiết bị xuất/nhập Các thiết bị lưu trữ lớn Lưu trữ lượng lớn thông tin (chương trình liệu) mà thông tin chứa ñủ RAM tương ñối nhỏ máy tính Ví dụ: CD-ROM Các thiết bị giao tiếp với người Ví dụ: Thiết bị ñầu cuối hiển thị video VDT, máy in GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.6 Các thiết bị xuất/nhập Các thiết bị ñiều khiển/kiểm tra Các thiết bị ñiều khiển thiết bị xuất kích thích, cấu chấp hành Các thiết bị kiểm tra thiết bị nhập cảm biến biến ñổi ñại lượng phi ñiện ánh sáng, áp suất, tốc ñộ… Thành ñại lượng ñiện GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.7 Chương trình: LỚN NHỎ cấp phần mềm có vị trí người sử dụng phần cứng hệ máy tính: Phần mềm ứng dụng (application software), hệ ñiều hành (operating system) chương trình xuất nhập (input/output subroutine) GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ VI ðIỀU KHIỂN Data bus CPU GeneralPurpose Microprocessor CPU RAM ROM I/O Port Timer RAM ROM Timer Serial COM Port Serial COM Port I/O Address bus (a) General-Purpose Microcessor System GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 (b) Microcontroller CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ VI ðIỀU KHIỂN Bộ vi xử lý khác vi ñiều khiển ñiểm chính: Cấu trúc phần cứng, ứng dụng ñặc trưng tập lệnh CẤU TRÚC PHẦN CỨNG (Hệ) Vi xử lý Vi ñiều khiển - CPU ñơn chip, riêng biệt, thành phần thêm vào RAM, ROM, I/O, Timer bên ñể tạo thành hệ vi xử lý - Lượng ROM, RAM, I/O, Ports tùy ý - CPU, RAM, ROM, I/O Timer, nằm chip, tạo nên hệ máy tính ñầy ñủ - Cố ñịnh lượng ROM, RAM, I/O port chip GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ VI ðIỀU KHIỂN CÁC ỨNG DỤNG (Hệ) Vi xử lý - Chủ yếu dùng làm CPU hệ máy vi tính, xử lý thông tin - Giá thành cao - ða năng, ña mục ñích Vi ñiều khiển - Ứng dụng thiết kế nhỏ, cho ứng dụng hướng ñiều khiển (ñơn mục ñích) Trong khứ thiết kế yêu cầu hàng chục chí hàng trăm vi mạch số - Giá thấp - Năng lượng tiêu thụ thấp - Kích thước nhỏ, gọn GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ VI ðIỀU KHIỂN TẬP LỆNH (Hệ) Vi xử lý Vi ñiều khiển - Các lệnh bao quát, mạnh kiểu ñịnh ñịa với lệnh cung cấp hoạt ñộng lượng liệu lớn -Các lệnh hoạt ñộng 1/2byte, byte, từ, từ kép., cung cấp khả truy xuất dãy liệu lớn cách sử dụng trỏ offset - Các lệnh cung cấp ñiều khiển xuất nhập Mạch giao tiếp cho nhiều ngõ nhập ngõ xuất sử dụng bit - Có mạch bên lệnh dành cho thao tác xuất nhập, ñịnh thời kiện, cho phép thiết lập mức ưu tiên cho ngắt ñược tạo kích thích bên - Các lệnh hầu hết ñược thực thi byte Một tiêu chuẩn thiết kế chương trình phải ñặt vừa ROM nội việc thêm ROM làm tăng giá thành sản phẩm GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.9 HỆ THỐNG NHÚNG (embedded system) Hệ thống nhúng (Embedded system) thuật ngữ ñể hệ thống có khả tự trị ñược nhúng vào môi trường hay hệ thống mẹ ðó hệ thống tích hợp phần cứng phần phềm phục vụ toán chuyên dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự ñộng hoá ñiều khiển, quan trắc truyền tin ðặc ñiểm hệ thống nhúng hoạt ñộng ổn ñịnh có tính tự ñộng hoá cao GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.9 HỆ THỐNG NHÚNG (embedded system) Hệ thống nhúng thường ñược thiết kế ñể thực chức chuyên biệt ñó Khác với máy tính ña chức năng, chẳng hạn máy tính cá nhân, hệ thống nhúng thực một vài chức ñịnh, thường ñi kèm với yêu cầu cụ thể bao gồm số thiết bị máy móc phần cứng chuyên dụng mà ta không tìm thấy máy tính ña nói chung Vì hệ thống ñược xây dựng cho số nhiệm vụ ñịnh nên nhà thiết kế tối ưu hóa nhằm giảm thiểu kích thước chi phí sản xuất GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.9 HỆ THỐNG NHÚNG (embedded system) Các hệ thống nhúng thường ñược sản xuất hàng loạt với số lượng lớn Hệ thống nhúng ña dạng, phong phú chủng loại ðó thiết bị cầm tay nhỏ gọn ñồng hồ kĩ thuật số máy chơi nhạc MP3, sản phẩm lớn ñèn giao thông, kiểm soát nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Xét ñộ phức tạp, hệ thống nhúng ñơn giản với vi ñiều khiển phức tạp với nhiều ñơn vị, thiết bị ngoại vi mạng lưới ñược nằm gọn lớp vỏ máy lớn GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.9 HỆ THỐNG NHÚNG (embedded system) Các hệ thống nhúng thường ñược sản xuất hàng loạt với số lượng lớn Hệ thống nhúng ña dạng, phong phú chủng loại ðó thiết bị cầm tay nhỏ gọn ñồng hồ kĩ thuật số máy chơi nhạc MP3, sản phẩm lớn ñèn giao thông, kiểm soát nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Xét ñộ phức tạp, hệ thống nhúng ñơn giản với vi ñiều khiển phức tạp với nhiều ñơn vị, thiết bị ngoại vi mạng lưới ñược nằm gọn lớp vỏ máy lớn GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.10 Ưu khuyết ñiểm Ưu ñiểm: Các thiết kế ñược thực với thành phần so với thiết kế trước ñó Các thiết kế trước ñó yêu cầu vài chục chí vài trăm IC ñể thực có thành phần ñó bao gồm Vi ñiều khiển Số thành phần ñược giảm bớt, hậu trực tiếp tính khả lập trình vi ñiều khiển ñộ tích hợp cao công nghệ chế tạo vi mạch, thường chuyển thành thời gian phát triển ngắn hơn, giá thành sản xuất thấp hơn, công suất tiêu thụ thấp ñộ tin cậy cao Nhược ñiểm: Tốc ñộ Các giải pháp dựa vi ñiều khiển không nhanh giải pháp dựa thành phần rời rạc Những tình ñòi hỏi phải ñáp ứng thật nhanh ñối với kiện ñược quản lý tồi dựa vào vi ñiều khiển GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 THANK YOU ! SEE YOU IN NEXT CHAPTER GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 [...]... 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ và VI ðIỀU KHIỂN 2 CÁC ỨNG DỤNG (Hệ) Vi xử lý - Chủ yếu dùng làm CPU trong các hệ máy vi tính, xử lý thông tin - Giá thành cao - ða năng, ña mục ñích Vi ñiều khiển - Ứng dụng trong các thiết kế nhỏ, cho các ứng dụng hướng ñiều khiển (ñơn mục ñích) Trong quá khứ các thiết kế như vậy yêu cầu hàng chục thậm chí hàng trăm vi mạch số - Giá...CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Kiến trúc máy tính hay kiến trúc vi ñiều khiển cũng tương tự nhau (Vi ñiều khiển còn ñược gọi là MicroComputer) Do ñó, trong phần mở ñầu này chúng ta có thể tìm hiểu về kiến trúc máy tính, ñể làm cơ sở hiểu rõ về kiến trúc vi ñiều khiển Máy tính (computer) ñược ñịnh nghĩa bởi 2 ñiểm chính: - Khả năng... So sánh VI XỬ LÝ và VI ðIỀU KHIỂN Data bus CPU GeneralPurpose Microprocessor CPU RAM ROM I/O Port Timer RAM ROM Timer Serial COM Port Serial COM Port I/O Address bus (a) General-Purpose Microcessor System GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 (b) Microcontroller CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ và VI ðIỀU KHIỂN Bộ vi xử lý... lượng tiêu thụ thấp - Kích thước nhỏ, gọn GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ và VI ðIỀU KHIỂN 3 TẬP LỆNH (Hệ) Vi xử lý Vi ñiều khiển - Các lệnh bao quát, mạnh về các kiểu ñịnh ñịa chỉ với các lệnh cung cấp các hoạt ñộng trên các lượng dữ liệu lớn -Các lệnh có thể hoạt ñộng trên các 1/2byte,... of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.5 Các BUS: ðỊA CHỈ, DỮ LIỆU VÀ ðIỀU KHIỂN Bus ñiều khiển là một hỗn hợp các tín hiệu, mỗi tín hiệu có một vai trò riêng trong vi c ñiều khiển có trật tự hoạt ñộng của hệ thống Thông thường, các tín hiệu ñiều khiển là các tín hiệu ñịnh thời ñược cung cấp bởi CPU ñể ñồng bộ vi c di chuyển thông tin trên các bus ñịa chỉ và... bị lệnh kế tiếp 2 GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 ðơn vị xử lý trung tâm Giai ñoạn thực thi lệnh: Bao gồm vi c giải mã opcode và tạo ra các tín hiệu ñiều khiển Các tín hiệu này ñiều khiển vi c xuất nhập giữa các thanh ghi nội với ALU và thông báo ñể ALU thực hiện các thao tác ñã ñược xác ñịnh Các lệnh... CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.8 So sánh VI XỬ LÝ và VI ðIỀU KHIỂN Bộ vi xử lý khác bộ vi ñiều khiển ở 3 ñiểm chính: Cấu trúc phần cứng, các ứng dụng và ñặc trưng của tập lệnh 1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG (Hệ) Vi xử lý Vi ñiều khiển - CPU ñơn chip, riêng biệt, các thành phần thêm vào là RAM, ROM, I/O, Timer bên ngoài ñể tạo thành một hệ vi xử lý - Lượng ROM, RAM, I/O, Ports tùy ý - CPU, RAM, ROM, I/O và Timer, nằm... liệu Thông thường: CLOCK, READ và WRITE ñối với vi c di chuyển dữ liệu cơ bản giữa CPU và bnhớ GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.6 Các thiết bị xuất/nhập Các thiết bị xuất nhập hay các thiết bị ngoại vi của máy tính cho ta ñường truyền thông giữa máy tính với thế giới bên ngoài Tổng quát có 3 loại thiết bị xuất... Ví dụ: CD-ROM 2 Các thiết bị giao tiếp với con người Ví dụ: Thiết bị ñầu cuối hiển thị video VDT, máy in GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.6 Các thiết bị xuất/nhập 3 Các thiết bị ñiều khiển/ kiểm tra Các thiết bị ñiều khiển là các thiết bị xuất hoặc các bộ kích thích, cơ cấu chấp hành Các thiết bị kiểm tra... (Read Only Memory) - Bus ñịa chỉ (address bus) - Bus dữ liệu (data bus) - Bus ñiều khiển (control bus) - Các mạch giao tiếp (interface circuit) kết nối các bus của hệ thống với các thiết bị ngoại vi (Peripheral devices) GV Lê Tiến Dũng Automation Department, Faculty of Electrical Engineering – DUT / 2007 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 ðơn vị xử lý trung tâm CPU, trái tim của hệ máy tính,