chương 4: Cấu tạo và nguyên tắt hoạt động các khối mạch 2.4.1_Mạch tạo xung đồng hồ: Mạch tạo xung đồng hồ có vai trò như quả tim đập nhòp cho hoạt động của Hệ Thống. Viêäc tạo thời gian thực sẽ càng chính xác nếu tần số xung clock cấp cho P càng cao. Tuy nhiên, Hệ Thống sẽ hoạt động khó ổn đònh ở tần số cao do nhiễu xuất hiện trên đường mạch in. Do vậy, tần số xung clock được chọn sau cho giảm thiểu sai số trong việc tạo thời gian thực và tránh được nhiễu xuất hiện trên mạch in để Hệ Thống hoạt động ổn đònh. Tần số xung clock được chọn là 500KHz. Căn cứ vào tần số xung clock đã chọn và tính chất ngắt NMI của P là sẽ nhận ngắt khi phải thực hiện xong lệnh còn đang dang dở ta tính được sai số về thời gian cực đại do việc tạo thời gian thực như sau: Thời gian thực hiện lệnh dài nhất t = 23x1/fck = 23/500000 = 0.46 s Sai số trong 1 phút = 60 x t = 60 x 0.46 = 27,6 S Tính tương tự ta có sai số cực đại trong một năm = 365 x 24 x 60 x 60 x t = 365 x 24 x 60x 60 x27,6 = 870s Sai số này là sai số max, thực tế không phải lúc nào tín hiệu gọi ngắt NMI cũng ngay vừa lúc P nhận một lệnh dài nhất nên tần số hoạt động của Hệ Thống = 500KHz là chấp nhận được. Tần số xung clock này cũng được cấp cho IC 8279 để hiển thò. Để tận dụng số lượng cổng logic trên mạch cũng như đơn giản trong thiết kế, mạch dao động được thiết kế như sau: Hình 9: SƠ ĐỒ MẠCH TẠO XUNG ĐỒNG HỒ 2.4.2_Mạch đònh thời. Mạch đònh thời có nhiệm vụ tạo ra xung nhòp tuần hoàn phục vụ cho việc đếm thời gian thực. Việc đếm thời gian thực đòi hỏi phải thực hiện một cách chính xác và ổn đònh. Do đó, mạch đònh thời phải tạo ra tín hiệu đònh thời có tần số thật chính xác và có tính ổn đònh cao. Tín hiệu đònh thời tác động vào ngắt NMI . Khi có ngắt NMI chương trình tạo thời gian thực sẽ tăng lên 1 đơn vò thời gian (1 giây). Để có được tín hiệu đònh thời tần số 1Hz có độ chính xác và tính ổn đònh cao mặc nhiên không thể sử dụng mạch dao động RC vì giá trò R,C không ổn đònh theo thời gian cũng như nhiệt độ. Có thể dùng mạch dao động thạch anh để có được tín hiệu đònh thời ổn đònh và chính xác. Tuy nhiên, giá trò thạch anh bán ngoài thò trường ít nhất cũng vài trăm KHz, cho nên phải tốn thêm mạch chia tần số thì mới có được tín hiệu đònh thời tần số 1Hz. Chính vì vậy người viết chọn mạch dao động trong đồng hồ GIMIKO, đây là mạch chuyên dùng nên đảm bảo được tính ổn đònh và chính xác của tín hiệu đònh thời. Hình 10: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỊNH THỜI. Do mạch dao động sử dụng nguồn 1,5V nên tín hiệu đònh thời ở ngõ ra sẽ được khuyếch đại lên cho phù hợp với mức logic của mạch số. Sau đó, tín hiệu đònh thời sẽ được giới hạn độ rộng xung trước khi đưa đến chân NMI của Z80 bằng một mạch đơn ổn (Mono Multivibrator). Độ rộng xung gọi ngắt NMI được chọn phụ thuộc vào thời gian thực hiện lệnh dài nhất trong chương trình Hệ Thống. Thời gian thực hiện lệnh dài nhất của Z80 là 23x1/f ck (giây) để bảo đảm P nhận được ngắt mỗi khi có tín hiệu ngắt NMI = 0. Độ rộng xung gọi ngắt phải thỏa:  > 23x1/f ck = 0.46s IC 74LS123 có công thức tính độ rộng xung như sau:  = 0,45xRxC Với R = 1K , C = 0.047f Ta có  = 0,45x 1000x0.047x10 -6 = 21,1s  xấp xỉ 45.1 lần thời gian thực hiện lệnh dài nhất của P, giá trò này của  thỏa mãn yêu cầu đặt ra. 2.4.3_Mạch bàn phím (Keyboard): Người sử dụng dùng bàn phím để điều chỉnh thời gian (Settime), đặt các thời điểm báo hiệu đột xuất (Hottime), đặt các thời điểm cấm báo hiệu (Skiptime), xem hoặc xóa nội dung bảng Hotime/Skiptime. Để đáp ứng các yêu cầu trên, bàn phím sẽ có 5 phím với tên gọi như sau : Ins, +, -, Del/Date và Ok chức năng từng phím do phần mềm qui đònh. Cách sử dụng bàn phím được mô tả chi tiết ở phần “ Mô tả Hệ Thống và hướng dẫn sử dụng”. Bàn phím được thiết kế theo nguyên tắc ánh xạ bộ nhớ, P sẽ xem bàn phím như 1 byte nhớ. Bàn phím có đòa chỉ thuộc vùng nhớ từ 4000h đến 4FFFh. P dùng tín hiệu điều khiển để truy xuất bàn phím. Các phím ấn khác nhau sẽ làm cho byte nhớ có nội dung khác nhau tương ứng với chức năng khác nhau của mỗi phím. Chu kì P đọc bàn phím như hình 11. CLOCK A0-A15 MERQ D0-D7 Hình 11: CHU KÌ P ĐỌC BÀN PHÍM. Tín hiệu MERQ từ P sẽ hiệu lực hóa việc giải mã đòa chỉ tạo ra tín hiệu để P đọc bàn phím. Bàn phím có cấu tạo gồm một IC đệm 8 bit 3 trạng thái và 5 Switch như sau: Hình 12: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH BÀN PHÍM . IC 74LS245 được dùng làm mạch đệm 8 bit 3 trạng thái nên bàn phím có tối đa 8 phím. Hiện tại bàn phím gồm 5 phím, P dùng tín hiệu điều khiển KBD tác động vào chân G của IC 74LS245 để đọc bàn phím. Khi không có phím nào được ấn, dữ liệu đọc vào có nội dung là 0FFh. Khi có 1 phím được ấn, bit tương ứng sẽ có mức logic thấp. Ví dụ, khi phím OK được ấn, dữ liệu đọc được sẽ có nội dung là 0F7h. Như vậy, mỗi phím tương ứng với một mã sau: PHÍM ẤN MÃ Ins Ins_+ Ins_- + - Del Ok Del/Date _ + Del/Date_ - 0FEh 0FCh 0FAh 0FDh 0FBh 0EFh 0F7h 0EDh 0EBh Bảng 4: BẢNG MÃ BÀN PHÍM Chương trình xử lí bàn phím sẽ thực hiện các công việc phù hợp với các mã được nhận . Khi không có nhu cầu sử dụng bàn phím, ngõ ra của mạch đệm 8 bit ở trạng thái tổng trở cao, bàn phím được cách ly khỏi bus dữ liệu. Chương trình phần mềm phải đọc phím sau mỗi 200ms nhằm mục đích: Chống hiện tượng nảy của phím và để người sử dụng theo dõi được sự thay đổi của các con số trên đèn hiển thò khi ấn các phím. 2.4.4_Mạch kiểm soát ngắt (interupt controller). Hệ Thống báo giờ tự động có 3 chức năng: Setime, Hotime và Skiptime. Để thực hiện các khả năng này, người sử dụng sẽ dùng tín hiệu ngắt INT để báo cho P biết công việc cần thực hiện để phục vụ người sử dụng. Tại mỗi thời điểm, người sử dụng chỉ có thể làm việc ở 1 chức năng hoặc Setime hoặc Hotime hoặc Skiptime. Ngắt INT của Z80 gồm 8 vectơ ngắt, nhưng chỉ có 3 vectơ ngắt được dùng để tạo nên 3 chức năng trên. Nhiệm vụ của mạch kiểm soát ngắt là tạo ra 3 vectơ ngắt khác nhau P sẽ căn cứ vào vectơ ngắt để gọi chương trình phục vụ tương ứng. Để thuận tiện trong sử dụng, Hệ Thống sẽ có 3 led chỉ thò tương ứng với 3 chức năng: Setime, Hottime và Skiptime mạch kiểm soát ngắt gồm các thành phần như sau: Từ timer NMI Z80 SETTIME HOTTIME DATA BUS SKIPTIME SELECT SW ACCECPT INT IORQ 1 M SW Hình 13: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH KIỂM SOÁT NGẮT. Mạch tạo vectơ ngắt là mạch đếm modulo 4 đồng bộ, sẽ tạo ra 4 vectơ ngắt (vectơ ngắt gồm 8 bit có dạng 11ttt111). Mỗi vectơ ngắt tạo ra tương ứng với 1 chức năng của Hệ Thống. Hiện tại Hệ Thống chỉ sử dụng 3 vectơ ngắt, các vectơ ngắt còn CHỐT 8 BIT 3 TRẠNG THÁI TẠO VECTƠ NGẮT MẠCH GỌI NGẮT GIẢI MÃ VÀ CHỈ THỊ lại dành cho các yêu cầu mở rộng chức năng khi cần. Bảng 5 trình bày các vectơ ngắt và chức năng của chúng: VECTƠ NGẮT ĐỊA CHỈ NGẮT CHỨC NĂNG 11001111 11011111 11101111 11111111 0008h 0018h 0028h 0038h Setime Phục vụ hotime Phục vụ Skiptime Chưa sử dụng Bảng 5: CHỨC NĂNG VÀ ĐỊA CHỈ CÁC VECTƠ NGẮT. Khi có tín hiệu gọi ngắt, P sẽ phát ra 2 tín hiệu IORQ và 1 M để đọc vectơ ngắt đang hiện diện trên đệm 8 bit và thực hiện chương trình phục vụ ngắt tương ứng với vectơ ngắt đó. Mạch giải mã và chỉ thò sẽ làm sáng led tương ứng với vectơ ngắt được chọn. Người sử dụng sẽ dùng switch “select” để lựa chọn vectơ ngắt và ấn switch “accept” để gọi ngắt INT . Khi ở chức năng Setime, mạch kiểm soát ngắt sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển dừng việc đếm thời gian thực. Tín hiệu này sẽ điều khiển việc cho hoặc cấm tín hiệu Timer tác động vào ngắt NMI . Khi khởi động hoặc trước đó bò mất điện, Hệ Thống sẽ tự động đặt ở chế độ Setime và ngừng việc đếm thời gian thực, lúc đó mạch tạo vectơ ngắt tự động tạo ra vectơ ngắt 11001111 và tín hiệu ngừng đếm thời gian. Công việc trên nhằm tránh cho Hệ Thống báo giờ sai, đồng thời người sử dụng sẽ biết được cần phải đặt lại thời gian khi nhìn thấy đèn chỉ thò chức năng Setime sáng lên. Mạch kiểm soát ngắt có cấu tạo như sau: Hình 14: SƠ ĐỒ CHI TIẾT MẠCH KIỂM SOÁT NGẮT. IC 74LS245 được dùng làm đệm 8 bit 3 trạng thái, IC 74LS112 làm mạch đếm modulo 4, được đặt ở chế độ tự động reset khi mới cấp điện. IC 4093 làm nhiệm vụ giải mã và thúc các led chỉ thò. IC 74LS123 làm nhiệm vụ giới hạn xung gọi ngắt INT . Các switch ấn đều được chống dội. Các chân Q1, Q2 của IC 74LS112 kết hợp với các chân A1, A2, A3, A4, A5, A6,A7, A8 được nối lên mức cao của IC 74LS245 để tạo thành các vectơ ngắt. P dùng tín hiệu IORQ và 1 M tác động vào chân G của 74LS245 để đọc nội dung vectơ ngắt. 2.4.5_Mạch hiển thò (Display). Mạch hiển thò có nhiệm vụ thông báo thời gian thực và cho phép người sử dụng theo dõi được công việc đang thực hiện khi dùng bàn phím. Nội dung hiển thò là các con số chỉ thời gian (thứ, giờ, phút, giây). Đèn hiển thò gồm 7 led 7 đoạn, một led hiển thò thứ, hai led hiển thò giờ, hai led hiển thò phút và 2 led hiển thò giây. Do đặc điểm của Hệ Thống là phần quét hiển thò cần phải được thực hiện độc lập với vi xử lí nên người viết sử dụng IC chuyên quét phím và hiển thò. Đó là IC 8279 để hiển thò. Cấu trúc phần cứng 8279 Hình 15: SƠ ĐỒ CHÂN CHỨC NĂNG IC 8279 Tên các chân : TÊN DB7 – DB0 CLK RESET I/O I/O I I I CHỨC NĂNG Data bus Clock input Reset input Chip Select . thò khi ấn các phím. 2 .4. 4_Mạch kiểm soát ngắt (interupt controller). Hệ Thống báo giờ tự động có 3 chức năng: Setime, Hotime và Skiptime. Để thực hiện. ngắt tự động tạo ra vectơ ngắt 11001111 và tín hiệu ngừng đếm thời gian. Công việc trên nhằm tránh cho Hệ Thống báo giờ sai, đồng thời người sử dụng