Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1_ Tổng quát phần cứng Hệ Thống Phần cứng Hệ Thống xây dựng với yêu cầu đơn giản hiệu quả, phục vụ tốt cho hoạt động Hệ Thống Sơ đồ khối tổng quát Hệ Thống mô tả hình  Trình bày sơ đồ khối Thành phần cốt lõi Hệ Thống vi xử lí (P) Z80, vi mạch nhớ ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) Các phận bổ trợ mạch tạo xung đồng hồ định thời (Clock generator Timer), mạch bàn phím (Keyboard), mạch hiển thị (Display), mạch kiểm soát ngắt INT (Interrupt controller) mạch điều khiển báo hiệu (Bell Driver) Hệ Thống gồm có vi mạch ROM vi mạch RAM Vi mạch ROM lưu trữ phần mềm Hệ Thống thời điểm báo hiệu Restime Vi mạch RAM dùng để làm vùng nhớ làm việc Hệ Thống vùng đệm để lưu trữ Hottime Skiptime Mạch tạo xung đồng hồ định thời phát xung nhịp cho hoạt động Hệ Thống tín hiệu định thời tần số 1Hz tác động vào ngắt NMI P phục vụ việc tạo thời gian thực Bàn phím gồm phím chức (Xây dựng theo nguyên tắc ánh xạ nhớ) cho phép người sử dụng điều chỉnh thời gian thực đặt Hottime Skiptime Mạch hiển thị gồm led đoạn thông báo thời gian (Thứ, giờ, phút giây) cho phép người sử dụng theo dõi thao tác bàn phím Mạch kiểm soát ngắt giúp người sử dụng lựa chọn chế độ hoạt động Settime, Hottime Skiptime tương ứng với ngắt INT mode Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Mạch điều khiển báo hiệu phát tín hiệu theo điều khiển phần mềm Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp POWER SUPPLY EPROM 8KB VXL Z80 RAM BELL 2KB DRIVER KEYBO ARD DISPLAY ADDRESS BUS CONTROL BUS TIMER DATA BUS CLOCK INTERR UPT CONTR OLLER 1Hz Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp 277khZ Hình 1: SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT HỆ THỐNG Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp  Nguyên lí hoạt động tổng quát: Hệ thống báo tự động hệ vi xử lí nên hoạt động hệ thống kết hợp chặt chẽ phần cứng phần mềm Vi xử lí đặt chế độ “auto reset” nên mở điện vi xử lí bắt đầu đọc nhớ địa 0000h Đây địa bắt đầu chương trình hệ thống Ngoài ra, mạch kiểm soát ngắt cấm tín hiệu Timer tác động vào ngắt NMI Z80 nhằm mục đích tránh việc tạo thời gian thực sai dẫn đến hệ thống báo sai Về mặt phần mềm: Khi mở điện chương trình hệ thống khởi động mạch hiển thị (khởi tạo 8279) để mạch hiển thị sẵn sàng hiển thị liệu thời gian thực từ vi xử lí gởi tới Ngoài ra, chương trình hệ thống reset mạch báo chuông … Mạch bàn phím hoạt động chương trình Keypro gọi để phục vụ cho Settime, Hottime hay Skiptime Phần “cấu tạo nguyên tắt hoạt động khối mạch” giúp hiểu rõ hoạt động Hệ Thống Bước việc thiết kế Hệ Thống phân bố nhớ thực giải mã địa cho phận Hệ Thống Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp 2.2_Bộ nhớ Hệ Thống giải mã địa chỉ: 2.2.1_Bộ nhớ Hệ Thống: Hệ Thống báo tự động hệ vi xử lí nên việc phân bố nhớ Hệ Thống cần thiết Ngoài nhớ ROM, RAM Hệ Thống có phận: bàn phím, mạch hiển thị mạch điều khiển báo hiệu Các phận xem nhớ Bộ vi xử lí truy xuất khối mạch giống truy xuất nhớ (phương pháp ánh xạ nhớ) Do yêu cầu hoạt động với vùng nhớ nhỏ Hệ Thống sử dụng 20KB (0000h – 4FFFh) không gian 64KB mà Z80 quản lí Với yêu cầu nhớ phân chia thành vùng nhớ dành cho ROM, RAM, vùng nhớ dành cho mạch hiển thị, mạch báo hiệu bàn phím Để đơn giản, nhớ Hệ Thống chia thành vùng với dung lượng 4KB/vùng phân bố sau: 4FFFh MẠCH BÀN PHÍM 4KB MẠCH BÁO HIỆU 4KB MẠCH HIỂN THỊ 4KB CHƯA DÙNG 2KB 4000h 3FFFh 3000h 2FFFh 2000h 1FFFh 1800h 17FFh Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp RAM 2KB ROM 4KB 1000h 0FFFh 0000h Hình 2: BẢN ĐỒ BỘ NHỚ HỆ THỐNG Vùng nhớ từ địa 0000h đến 0FFFh dành cho IC ROM chứa phần mềm Hệ Thống lưu trữõ Restime IC ROM dùng 2732 (4KBx8) Bảng mô tả hoạt động sơ đồ chân chức sau: CHẾ ĐỘ CE OE \Vp Vcc OUTP UT p Read VIL VIL Vcc Dout Stand by Program Program verify VIH VIL VIL VIH X Vpp VIL Vpp Vcc Vcc Vcc Vcc High Z Din Dout High Z Program Inhibit Heä thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Bảng : BẢNG MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA IC – ROM 2732 Hình 3: SƠ ĐỒ CHÂN CHỨC NĂNG CỦA IC-ROM 2732 Vùng nhớ từ 1000h đến 1FFFh vùng nhớ RAM dùng để làm ngăn xếp (Stack), vùng đệm, bảng Hottime bảng Skiptime Với yêu cầu tại, Hệ Thống sử dụng 2KB từ 1000h đến 17FFh có yêu cầu mở rộng 2KB lại dùng đến IC- RAM chọn loại RAM tónh (Static Ram) 6116 (2KBx8) IC 6116 có bảng mô tả hoạt động sơ đồ chân chức sau: Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp CHẾ ĐỘ CE OE WE DATA Không chọn H X X High Z Cấm xuất Đọc (Read) Ghi (Write) L L L H L H H H L High Z Dout Din Bảng : BẢNG MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA IC – RAM 6116 Hình 4: SƠ ĐỒ CHÂN CHỨC NĂNG CỦA RAM 6116 Vùng nhớ lại dành cho phận: bàn phím, hiển thị, điều khiển báo hiệu 2.2.2_ Mạch giải mã địa chỉ: Nhiệm vụ mạch giải mã địa thực hoạt động giải mã để tạo tín hiệu : chọn IC nhớ ROM , RAM ( CS chip select) tín hiệu điều khiển chọn phận bàn phím, hiển thị, điều khiển báo hiệu Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Mạch giải mã địa mạch giải mã từ đường sử dụng đường địa A12, A13, A14 để giải mã tạo đường tín hiệu điều khiển chọn chip Bảng giải mã địa chi tiết tín hiệu điều khiển sau: A15 A14 A13 A12 0 0 0 0 1 0 1 A 11 A10 ……A0 VÙNG NHỚ x …… x 0 …… x x …… x x … x x x x … x x …… x x x x 0000h – 0FFFh 1000h 17FFh 1800h – 1FFFh 2000h – 2FFFh 3000h 3FFFh 4000h 4FFFh TÍN HIỆ U CS1 CS DPL BDR KBD CHỨC NĂNG Chọn IC ROM Chọn IC RAM Chưa dùng Hiển thị Báo hiệu Đọc bàn phím Bảng : BẢNG GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ BỘ NHỚ Mạch giải mã địa dùng IC 74LS138 có ngõ tác động mức thấp Tín hiệu MERQ từ P tác động vào ngõ vào điều kiện G2A G2B để điều khiển việc giải mã chọn chip Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Hình 5: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ 2.2.3_Tóm tắt: Mạch điện nhớ Hệ Thống có cấu tạo sau: Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Hình 6: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH BỘ NHỚ Các tín hiệu CS1, CS thực chọn IC ROM IC RAM Tín hiệu RD từ P điều khiển việc đọc liệu ROM RAM, tín hiệu WR cho phép P ghi liệu vào RAM Giản đồ thời gian chu kì P đọc ghi nhớ hình 7: Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp CLOCK A0-A15 VALID ADDRESS MERQ RD D0-D7 DATA IN WR D0-D7 DATA OUT Hình 7: CHU KÌ  P ĐỌC VÀ GHI BỘ NHỚ Hoạt động đọc, ghi nhớ P sau: HOẠT ĐỘNG CỦA P MERQ CS RD WR Đọc nhớ L L L H Ghi nhớ L L H L Các phận bàn phím, hiển thị điều khiển báo hiệu thiết kế theo nguyên tắt ánh xạ nhớ Hoạt động P truy xuất phận sau: HOẠT ĐỘNG CỦA P ĐỊA CHỈ MERQ TÍN HIỆU ĐIỀU Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp KHIỂN Hiển thị 2000h – 2FFFh L DPL = Điều khiển báo hiệu 3000h – 3FFFh L BDR =L Đọc bàn phím 4000h – 4FFFh L KBD =L 2.3_ Khảo sát tính chất ngắt L NMI : (NON_ MASKABLE INTERRUPT) Ngắt NMI (ngắt che phần mềm) Z80 ngắt có độ ưu tiên tuyệt đối Khi có ngắt NMI tác động, chương trình Hệ Thống tạm dừng công việc để thực chương trình phục vụ ngắt NMI bắt đầu địa 0066h Với yêu cầu đặt Hệ Thống làm việc với thời gian thực, nên đòi hỏi việc đếm thời gian phải thực xác ưu tiên hàng đầu Do đó, ngắt NMI dành cho việc đếm thời gian thực Tuy nhiên, hoạt động đếm thời gian thực chương trình Hệ Thống phải thực công việc khác như: phục vụ bàn phím, phục vụ việc báo hiệu hiển thị Ngắt NMI không làm ảnh hưởng đến hoạt động Công việc thăm dò ngắt INT NMI Z80 thực chu kì đồng hồ cuối chu kì máy cuối chu kì lệnh (gọi thời điểm to) Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Chu kì máy cuối Chu kì máy lệnh kế to  Hình 8: GIẢN ĐỒ NHẬN NGẮT NMI Theo hình 8, có tín hiệu gọi ngắt NMI (hoặc ngắt INT ) xuất thời điểm khác với thời điểm to chương trình Hệ Thống không nhận ngắt NMI chương trình phục vụ ngắt để tạo thời gian thực không thực Phần mềm Hệ Thống bao gồm nhiều loại lệnh lệnh thực với số chu kì đồng hồ khác Do vậy, xung gọi ngắt NMI phải đủ rộng để việc thăm dò ngắt NMI thực cách hoàn hảo Nếu xung gọi ngắt NMI có độ rộng lớn mức cần thiết điều xảy ? Qua thử nghiệm người viết nhận thấy, có ngắt NMI chương trình Hệ Thống tạm dừng công việc thực chương trình phục vụ ngắt NMI , tín hiệu ngắt NMI tiếp tục giữ mức logic thấp sau chương trình phục vụ ngắt NMI thực xong, P trở thực công việc dở dang trước phục vụ ngắt mà không bận tâm đến tín hiệu ngắt NMI dù lúc mức tích cực thấp Để nhận ngắt trở lại, chân NMI Z80 phải kéo lên mức logic cao trước có tín hiệu ngắt Như nói rằng, tín hiệu NMI mức thấp P nhận ngắt việc thăm dò ngắt không thực tín hiệu NMI lên mức cao Việc cho tín hiệu NMI lên mức cao trước có tín hiệu ngắt tương đương với việc khôi phục hoạt động thăm dò ngắt P Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp Tóm lại, để hoạt động đếm thời gian thực không ảnh hưởng đến hoạt động khác Hệ Thống (trong có việc P nhận ngắt INT ) độ rộng xung gọi ngắt gọi ngắt NMI (đếm thời gian) phải chọn thích hợp chương trình phục vụ ngắt NMI phải không dài Đây yêu cầu quan trọng hoạt động Hệ Thống Hệ thống báo tự động ... OLLER 1Hz Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp 277khZ Hình 1: SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT HỆ THỐNG Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp  Nguyên lí hoạt động tổng quát: Hệ thống báo tự động hệ vi... tắt hoạt động khối mạch” giúp hiểu rõ hoạt động Hệ Thống Bước việc thi? ??t kế Hệ Thống phân bố nhớ thực giải mã địa cho phận Hệ Thống Hệ thống báo tự động Luận văn tốt nghiệp 2.2_Bộ nhớ Hệ Thống giải... chỉ: 2.2.1_Bộ nhớ Hệ Thống: Hệ Thống báo tự động hệ vi xử lí nên việc phân bố nhớ Hệ Thống cần thi? ??t Ngoài nhớ ROM, RAM Hệ Thống có phận: bàn phím, mạch hiển thị mạch điều khiển báo hiệu Các phận