Bài giảng môn học Bài giảng môn học Bộ môn: Kỹ thuật máy tính Kỹ thuật máy tính Khoa: Điện tử Điện tử Trường: ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên Giảng viên:ThS. Nguyễn Tuấn Linh Giảng viên:ThS. Nguyễn Tuấn Linh ĐT: 0982260680 ĐT: 0982260680 Email: Email: ntlinh@tnut.edu.vn ntlinh@tnut.edu.vn Website: tnu.edu.vn/sites/ntlinh Website: tnu.edu.vn/sites/ntlinh 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 2 Mục tiêu của môn học Sau khi học xong học phần sinh viên phải nắm được:  Cấu trúc phần cứng của các bộ vi xử lý – vi điều khiển tiêu biểu: 80x86, 8051;  Tổ chức bộ nhớ, tập lệnh, chế độ địa chỉ và lập trình cho chúng;  Biết cách ghép nối với bộ nhớ và thiết bị ngoại vi;  Biết khai thác khả năng ngắt và định thời.  Có khả năng thiết kế và xây dựng modul (bao gồm cả phần cứng và phần mềm) sử dụng vi điều khiển cho bài toán cụ thể. 2 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 3  Tổng quan về các hệ đếm và biểu diễn thông tin trong các hệ vi xử lý – vi điều khiển.  Vi xử lý: Tổng quan về kiến trúc hệ vi xử lý; tổ chức phần cứng của CPU họ Intel 80x86,  Các chế độ đánh địa chỉ, tập lệnh, lập trình hợp ngữ (assembly) cho 80x86 với những bài toán đơn giản;  Một số vi mạch phụ trợ trong hệ vi xử lý.  Vi điều khiển: Cấu trúc hệ vi điều khiển onchip MCS 8051; chức năng các chân, các cổng; tổ chức bản đồ bộ nhớ;  Chế độ địa chỉ, tập lệnh, lập trình hợp ngữ cho vi điều khiển;  Hoạt động định thời, ngắt và truyền thông nối tiếp;  Giới thiệu một số họ vi xử lý thông dụng khác.  Ghép nối bộ nhớ và thiết bị ngoại vi trong hệ vi xử lý – vi điều khiển; một số bài toán ứng dụng tiêu biểu. Mô tả vắn tắt nội dung học phần Trong quá trình học tập, SV được học các nội dung: 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 4 Tài liệu học tập • Bài giảng Vi xử lý – vi điều khiển”, Nguyễn Tuấn Anh Sách tham khảo: • Văn Thế Minh, Kỹ thuật vi xử lý, NXB KHKT, 1997. • Tống Văn On, Họ vi điều khiển 8051, NXB KH&KT, 2005. • Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051, NXB KH&KT, 2004. • Michael Hordeski, Personal Computer Interfaces, Mc. Graw Hill, 1995. • Michel J Point, Programming Embedded System (8051) • Jan Axelson, The Microcontroller Idea Book • Website: http://picat.dieukhien.net/ Tổng quan về Vi xử lý & Vi điều khiển 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 6 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.1. Giới thiệu chung về vi xử lý – vi điều khiển Tổng quan Lịch sử phát triển của các bộ xử lý Vi xử lý và vi điều khiển Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.1. Giới thiệu chung về vi xử lý – vi điều khiển  Một bộ vi xử lý (MicroProcessor - µP hay uP) là một mạch tích hợp chứa hàng ngàn, thậm chí hàng triệu transistor (LSI, VLSI) được kết nối với nhau  Các transistor ấy cùng nhau làm việc để lưu trữ và xử lý dữ liệu cho phép bộ vi xử lý có thể thực hiện rất nhiều chức năng hữu ích  Chức năng cụ thể của một bộ vi xử lý được xác định bằng phần mềm (có thể lập trình được) Bộ vi xử lý  Bộ vi xử lý đầu tiên của Intel,4004, được giới thiệu vào năm 1971.  4004 chứa 2300 transistor.  Bộ vi xử lý Pentium 4 hiện nay chứa 55 triệu transistor.  Bộ vi xử lý thường được sử dụng trong các máy vi tính (microcomputer) với vai trò là CPU. Ngoài ra, chúng còn có mặt ở nhiều thiết bị khác. 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 9 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển Lịch sử phát triển của các bộ xử lý  VXL đầu tiên của Intel là 4004 ra đời năm 1971, nó gồm có 2300 transistor. Ngày nay VXL Pentium 4 có chứa 55 triệu transistor.  Công nghệ mới nhất hiện nay sử dụng các transistor 32nm  So với 4004, một CPU 32nm chạy nhanh hơn gấp 4.000 lần và mỗi bóng bán dẫn cũng tiêu thụ năng lượng ít hơn khoảng 4.000 lần. Hiệu suất giá trên mỗi bóng bán dẫn đã giảm đi khoảng 100.000 lần. History of Intel Microprocessor [...]... dấu 1101 được tính: V(1101) = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13 Số nhị phân không dấu Tổng quát: Nếu số nhị phân N n-bit: N = b( n-1) b( n-2) … b1 b0 thì giá trị V của nó là: V = b(n -1 ) x 2(n-1)+b (n-2) x2 (n-2)+ … + b1 x 21 + b0 x 20 Các số nhị phân không dấu 4-bit biểu diễn được các giá trị từ ? đến ? 16 giá trị từ 0 đến 15 Nhị phân không dấu Giá trị thập phân 0000 0 0001 1 0010 2 0011... dùng chung, bao gồm: Bus địa chỉ (A-Bus), Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus điều khiển (C-Bus) Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A-Bus theo hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O Số lượng đường truyền dẫn của A-Bus (gọi là Độ rộng của A-Bus) tính bằng bit, phản ánh khả năng quản lý bộ nhớ của chip vi xử lý Hệ thống vi xử lý   Các tín hiệu dữ liệu di chuyển trên D-Bus theo cả 2 hướng từ vi xử lý đến... được Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.2 Cấu trúc chung của hệ vi xử lý  Bộ nhớ (Memory) 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 23 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.2 Cấu trúc chung của hệ vi xử lý  Khối phối ghép vào/ra (I/O) 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 24 Chương I: Tổng quan về vi xử lý –...  Mỗi ký hiệu 0 hoặc 1 được gọi là 1 Bit (Binary Digit- Chữ số nhị phân)  Kích cỡ của một số nhị phân là số bit của nó  MSB (Most Significant Bit): Bit sát trái  LSB (Least Significant Bit): Bit sát phải Ví dụ 1.1: 1010101010101010 MSB LSB là một số nhị phân 16-bit Số nhị phân không dấu Chỉ biểu diễn được các giá trị không âm (>= 0) Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị từ 0 đến 2n – 1 Ví dụ... D-Bus theo cả 2 hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O và ngược lại (mỗi lúc một hướng) Số lượng đường truyền dẫn của D-Bus (gọi là Độ rộng của D-Bus) tính bằng bit, phản ánh một phần tốc độ trao đổi dữ liệu của chip vi xử lý vớI các khối chức năng khác Đa số các tín hiệu trên C-Bus là các tín hiệu điều khiển riêng lẽ, có tín hiệu xuất phát từ vi xử lý, có tín hiệu đi vào vi xử lý Vi xử lý sử dụng... 25/2 12/2 6/2 3/2 1/2 Thương số Dư số 12 6 3 1 0 1 0 0 1 1 = = = = = Kết quả là: 11001 LSB MSB Số nhị phân có dấu Biểu diễn được cả các giá trị âm Còn gọi là Số bù hai Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị từ – 2(n-1) đến 2(n-1) – 1 Ví dụ 1.3: Giá trị V của số nhị phân có dấu 1101 được tính: V(1101) = – 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 =–8 + 4 + 0 +1 =–3 ... tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 26 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.3 Định dạng dữ liệu và biểu diễn thông tin trong hệ vi xử lý – vi điều khiển  Các hệ đếm  Biểu diễn số và ký tự  Các phép toán số học trên hệ đếm nhị phân 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 27 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.3 Định dạng dữ liệu và biểu... đường địa chỉ có thể địa chỉ hoá được 216 hay 65,536 (64K) ô nhớ 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 25 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.2 Cấu trúc chung của hệ vi xử lý  Hệ thống bus  Bus dữ liệu - Data bus • Độ rộng Bus: 4, 8, 16, 32 hay 64 bits • Là các đường tín hiệu song song 2 chiều, nhiều thiết bị khác nhau có thể được nối với bus dữ liệu;... một vi mạch tích hợp đơn  Người ta gọi các vi xử lý đã được tích hợp thêm các ngoại vi là các “vi điều khiển” 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 11 Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.2 Cấu trúc chung của hệ vi xử lý Khối xử lý trung tâm (CPU) Bộ nhớ (Memory) Khối phối ghép vào/ra (I/O) Hệ thống bus 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử,... ngôn ngữ máy vào bộ nhớ của hệ thống vi xử lý Kiểm tra hoạt động của hệ thống và thực hiện các hiệu chỉnh nếu cần thiết Có thể nhờ sự trợ giúp của các chương trình mô phỏng trên máy tính Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển 1.2 Cấu trúc chung của hệ vi xử lý  Khối xử lý trung tâm (CPU) 08/17/14 Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp 19 Các thành phần của bộ vi xử . (A-Bus), dẫn dùng chung, bao gồm: Bus địa chỉ (A-Bus), Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus điều khiển (C-Bus) Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus điều khiển (C-Bus)  Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A-Bus. hướng). Số lượng đường truyền dẫn của D-Bus (gọi là Độ rộng của đường truyền dẫn của D-Bus (gọi là Độ rộng của D-Bus) tính bằng bit, phản ánh một phần tốc độ D-Bus) tính bằng bit, phản ánh một. trên A-Bus theo hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O. hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O. Số lượng đường truyền dẫn của A-Bus (gọi là Độ Số lượng đường truyền dẫn của A-Bus