kết hợp máy tính với kit và vi xử lý, chương 2 pot

Chương 2: CẤU TRÚC VI XỬ LÝ 8085
I. CẤU TẠO BÊN TRONG VI XỬ LÝ 8085
1. Cấu trúc của một vi xử lý cơ bản :
Một vi xử lý về cơ bản gồm có 3 khối chức năng: đơn vò
thực thi (Execution), bộ điều khiển tuần tự (Sequencer) và bus
giao tiếp.
-
Đơn vò thực thi : Xử lý các lệnh số học và logic. Các
toán hạng liên quan có mặt ở các thanh ghi dữ liệu hoặc đòa chỉ
hoặc từ bus nội.
-
Bộ điều khiển tuần tự : Bao gồm bộ giải mã lệnh
(Intrustruction Decoder) và bộ đếm chương trình (Program
Counter).
+ Bộ đếm chương trình gọi các lệnh chương trình tuần
tự.
+ Bộ giải mã lệnh thì khởi động các bước cần thiết để
thực hiện lệnh.
Bộ điều khiển tuần tự tạo thành một hệ thống logic tuần tự
mà cách thức hoạt động của nó được chứa trong ROM. Nội dung
chứa trong ROM được gọi là vi chương trình. Các lệnh bên
ngoài trong trường hợp này xác đònh các đòa chỉ vào vi chương
trình.
Khi chương trình bắt đầu thực hiện thì bộ đếm chương trình
PC được đặt ở đòa chỉ bắt đầu, thường là đòa chỉ 0000
H
(với xi xử
lý 8 bit). Đòa chỉ này được chuyển đến bộ nhớ thông qua bus đòa
chỉ (Address Bus). Khi tín hiệu Read được đưa vào ở bus đòa chỉ
nội dung của bộ nhớ liên quan xuất hiện trên bus dữ liệu (data
bus) và sẽ được chứa ở bộ giải mã lệnh (Instruction Decoder).

C
ontrol
Logic
Instruction
Register
Instruction
Decoder
TEMP
-
1
TEMP
-
2
ALU
Out
SP
PC
High
Low
Memory Address
Register
Accumulator (A)
Status Register
Register B
Register D
Register H
Register C
Register E
Register L
16 bit

Address
8 bit
Data Bus
IN
IN
8 bit Internal data bus Bus
Sau khi khởi động một số bước cần thiết để thực thi lệnh nhờ
một số chu kỳ máy và khi lệnh đã thực thi, thì bộ giải mã lệnh
làm cho bộ đếm chương trình chỉ đến ô đòa chỉ của lệnh kế.
Trong đề tài này, sử dụng vi xử lý 8085 là một vi xử lý 8
bit nên dưới đây xin trình bày cấu trúc của vi xử lý 8085.
Hình 1.1 : Sơ đồ khối của một vi xử lý 8 bit.
Address Register
Data Register
ALU
Instruction Decoder
Program Counter
Logic Control
Hình 1.2 : Sơ đồ cấu trúc của một vi xử lý.
Qua sơ đồ trên, ta thấy vi xử lý bao gồm các khối chính
sau: khối đơn vò số học/logic ALU (Arithmatic Logic Unit), các
thanh ghi và khối Control Logic. Các khối này liên hệ với nhau
qua các đường dây truyền tín hiệu.
2. Chức năng và nhiệm vụ của các khối trong vi xử lý:
a. Khối ALU (Arithmatic Logic Unit).
Khối đơn vò số học/ logic là khối quan trọng nhất bên trong
vi xử lý, khối ALU chứa các mạch điện logic có chức năng chính
là thực hiện các phép toán, các phép thay đổi số liệu. Cơ sở
chính của khối ALU là mạch cộng, nên nó có khả năng thực hiện
các phép xử lý số nhò phân.

Khối ALU có hai ngõ vào và một ngõ ra, các ngõ vào có
chức năng chuyển tín hiệu ngõ vào vào khối ALU để tính toán,
sau đó dữ liệu được chuyển đến ngõ ra để chuyển ra ngoài.
Dữ liệu trước khi vào khối ALU được chứa ở thanh ghi
TEMP 1 và TEMP 2 là các thanh ghi đệm. Trong vi xử lý có một
thanh ghi đặc biệt có tên là thanh ghi A, hầu hết mọi hoạt động
của ALU đều thông qua thanh ghi này. Thông thường khối ALU
nhận dữ liệu từ thanh ghi A rồi xử lý dữ liệu, sau khi xử lý xong
thì lại gởi dữ liệu ra thanh ghi A.
b. Các thanh ghi bên trong vi xử lý.
Các thanh ghi bên trong của vi xử lý có chức năng lưu trữ tạm
thời các dữ liệu khi xử lý. Trong số đó có một vài thanh ghi đặc
biệt khi thực hiện lệnh, còn các thanh ghi còn lại là các thanh
ghi thông dụng. Các thanh ghi này giúp cho người lập trình thực
hiện chương trình dễ dàng hơn, số lượng thanh ghi phụ thuộc
vào từng loại vi xử lý.
Các thanh ghi trong một vi xử lý gồm có: thanh ghi tích lũy
(Accumulator Register), thanh ghi PC (Program Counter
Register), thanh ghi con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer Register),
thanh ghi trạng thái (Status Register), các thanh ghi thông dụng,
thanh ghi đòa chỉ và thanh ghi lệnh (Instruction Register).
* Thanh ghi tích lũy (thanh ghi A – Accumulator Register)
:
Thanh ghi A là một thanh ghi quan trọng của vi xử lý có chức
năng lưu trữ dữ liệu khi tính toán. Hầu hết các phép toán số học
và phép toán logic đều xảy ra giữa ALU và thanh ghi A, nhưng
cần lưu ý rằng hầt hết sau khi thực hiện phép tính, ALU thường
gởi dữ liệu vào thanh ghi A làm dữ liệu trong thanh ghi A trước
đó bò mất.
Thanh ghi A thường làm trung gian để trao dữ liệu của vi xử

lý với các thiết bò ngoại vi.
Với vi xử lý 8085A, thanh ghi A có độ dài 8 bit.
* Thanh ghi PC (Program Counter Register) :
Thanh ghi PC là thanh ghi quan trọng nhất của vi xử lý. Khi
thực hiện một chương trình, các lệnh của chương trình sẽ được
quản lý bằng thanh ghi PC.
Thanh ghi PC sẽ chứa đòa chỉ của các lệnh đang thực hiện của
một chương trình. Chính vì vậy, trước khi vi xử lý thực hiện một
chương trình thì thanh ghi PC phải được nạp một dữ liệu, đó
chính là đòa chỉ đầu tiên của chương trình. Trong quá trình thực
hiện chương trình, vi xử lý tự động tăng nội dung thanh ghi PC
để chuẩn bò đón các lệnh tiếp theo, tuy nhiên trong chương trình
có lệnh có khả năng làm thay đổi nội dung thanh ghi PC.
Với vi xử lý 8085, thanh ghi PC có độ dài 16 bit và khi vi xử
lý được reset lại, thanh ghi PC sẽ tự động nạp cho mình giá trò
0000
H
.
* Thanh ghi trạng thái (Status Register):
Thanh ghi trạng thái còn gọi là thanh ghi cờ (Flag Register –
thanh ghi F) dùng để lưu trữ kết quả của một số lệnh kiểm tra.
Việc lưu trữ kết quả của các lệnh kiểm tra giúp cho người lập
trình có khả năng điều khiển chương trình theo các nhánh khác
nhau.
Với vi xử lý 8085 cấu trúc của thanh ghi trạng thái như sau:
7 6 5 4 3 2 1 0
S Z x AC
x P x CY
Trong đó:
S (signal): bit dấu : S = 1 khi kết quả âm, S = 0 khi

kết quả dương.
Z (Zero): bit Zero: Z = 1 khi kết quả bằng 0, Z = 0
khi kết quả khác 0.
AC (Auxiliary carry): bit tràn: AC = 1 : phép tính bò
tràn trên bit 4.
AC = 0 : phép tính không bò
tràn trên bit 4.
P (Parity): bit chẵn, lẻ: P = 1 khi kết quả là số
chẵn.
P = 0 khi kết quả là số lẻ.
CY (Carry): bit nhớ: CY = 1 khi kết quả có số
nhớ.
CY = 0 khi kết quả không có số
nhớ.
Các bit x là các bit không được sử dụng thông dụng nên
không giới thiệu trong đề tài này.
* Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (Stack Pointer Register –
thanh ghi SP):
Thanh ghi con trỏ ngăn xếp là thanh ghi quan trọng của vi
xử lý, độ dài dữ liệu của thanh ghi SP bằng với độ dài dữ liệu
của thanh ghi PC. Chức năng của thanh ghi SP là dùng để quản
lý bộ nhớ ngăn xếp khi muốn lưu trữ tạm thời dữ liệu vào ngăn
xếp, cũng giống như thanh ghi PC, thanh ghi SP cũng tự động chỉ
tới ô nhớ kế.
Trong các vi xử lý, vò trí con trỏ ngăn xếp luôn tự động
giảm để chỉ tới ô nhớ kế tiếp, vì vậy khi thiết lập giá trò cho
thanh ghi con trỏ ngăn xếp phải là đòa chỉ cuối cùng của chương
trình và nó phải nằm trong vùng nhớ RAM. Nếu không khởi tạo
đòa chỉ con trỏ ngăn xếp, nó sẽ chỉ đến một đòa chỉ ngẫu nhiên,
do đó dữ liệu cất vào ngăn xếp có thể ghi chồng lên phần

chương trình làm chương trình chạy sai hoặc SP không nằm
trong vùng nhớ RAM làm nó không thực hiện đúng chức năng
của mình.
* Thanh ghi đòa chỉ bộ nhớ:
Thanh ghi đòa chỉ ô nhớ có chức năng tạo đúng đòa chỉ ô
nhớ mà vi xử lý muốn truy xuất dữ liệu. Thanh ghi đòa chỉ luôn
bằng với thanh ghi PC.
* Thanh ghi lệnh :
Thanh ghi này có chức năng chứa lệnh mà vi xử lý đang
thực hiện. Đầu tiên, lệnh được đón từ bộ nhớ đến chứa trong
thanh ghi lệnh, tiếp theo lệnh sẽ được thực hiện, trong khi thực
hiện lệnh, bộ giải mã lệnh sẽ đọc dữ liệu trong thanh ghi lệnh
để xử lý và báo chính xác cho vi xử lý biết yêu cầu của lệnh.
Trong suốt quá trình này thanh ghi lệnh không đổi, nó chỉ thay
đổi khi thực hiện lệnh kế tiếp.
Với vi xử lý 8085 thanh ghi lệnh có độ dài dữ liệu là 8 bit.
Người lập trình không có khả năng tác động vào thanh ghi
này.
* Thanh ghi chứa dữ liệu tạm thời (Temporary Data
Register):
Thanh ghi chứa dữ liệu tạm thời dùng để trợ giúp khối
ALU trong quá trình thực hiện các phép toán. Trong mỗi loại vi
xử lý, số lượng các thanh ghi tạm thời khác nhau.
c. Khối điều khiển logic (Logic Control):
Khối điều khiển logic thực chất là các mạch điều khiển logic,
có chức năng nhận lệnh hay tín hiệu điều khiển từ bộ giải mã
lệnh và thực hiện việc điều khiển theo đúng yêu cầu của lệnh.
Khối điều khiển logic được xem như là bộ xử lý của vi xử lý.
Các tín hiệu điều khiển của khối điều khiển logic là các tín
hiệu điều khiển các thiết bò bên ngoài giao tiếp với vi xử lý và

các đường điều khiển vi xử lý từ các thiết bò bên ngoài.
Ngõ vào tín hiệu quan trọng nhất trong khối điều khiển logic là
ngõ vào xung clock, phải có tín hiệu này thì khối điều khiển mới
hoạt động được. Đồng thời giúp hệ thống hoạt động được đồng
bộ.