CHƯƠNG i TỔNG QUAN (kỹ thuật vi xử lý)

Tài liệu tham khảo Kỹ thuật Vi xử lý

GVHD: Trần Hoài Tâm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1. Lịch sử xuất hiện bộ vi điều khiển 8051:
Năm 1980 tập đoàn Intel giới thiệu chip 8051 bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều
khiển MSC-51.
Chip 8051 chứa trên 60000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32
đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. 8051 là bộ vi điều khiển 8 bit tức là
CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia thành các dữ liệu 8
bit để xử lý.
8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác (Siemens, Atmel,
Philips …) sản xuất và bán bất kỳ dạng biến thể nào của 8051 mà họ muốn với điều kiện họ
phải để mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời của nhiều phiên bản
của 8051 với các tốc độ và dung lượng ROM trên chip khác nhau.
Tuy nhiên, điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051, như khác nhau về tốc
độ, dung lượng ROM nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có
nghĩa là nếu chương trình được viết cho một phiên bản 8051 nào đó thì cũng sẽ chạy được với
mọi phiên bản khác không phụ thuộc vào hãng sản xuất .
2. Sơ đồ khối một hệ máy tính và các khái niệm cơ bản :

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ máy tính
2.1. Bộ nhớ bán dẫn RAM và ROM:
Các bộ nhớ được truy xuất trực tiếp bởi CPU bao gồm các IC (integrated circuit) bán
dẫn gọi là ROM và RAM, có hai đặc trưng dùng để phân biệt ROM và RAM:
 RAM (Random access memory): bộ nhớ có thể đọc/ghi, không tiếp tục lưu trữ
nội dung khi mất nguồn cấp điện .
 ROM (Read only memory): bộ nhớ chỉ đọc, vẫn tiếp tục lưu trữ nội dung khi
mất nguồn cấp điện.
2.2. Bus (Bus dữ liệu, Bus địa chỉ, Bus điều khiển):

1


Tài liệu tham khảo Kỹ thuật Vi xử lý
GVHD: Trần Hoài Tâm
Bus là một tập các dây mang thông tin có cùng một mục đích. Việc truy xuất tới một
mạch xung quanh CPU sử dụng ba loại bus: bus địa chỉ (Address bus), bus dữ liệu (Data bus)
và bus điều khiển (Control bus). Với mỗi thao tác đọc hoặc ghi, CPU xác định rõ vị trí của dữ
liệu (hoặc lệnh) bằng cách đặt một địa chỉ lên bus địa chỉ, sau đó tích cực một tín hiệu trên bus
điều khiển để chỉ ra thao tác đó là đọc hay ghi.
- Bus dữ liệu mang thông tin giữa CPU và bộ nhớ cũng như giữa CPU và các thiết bị
xuất nhập. Bus dữ liệu là bus hai chiều.
- Bus địa chỉ mang thông tin địa chỉ, luôn được cấp bởi CPU và là bus một chiều.
- Bus điều khiển là một tập hợp các tín hiệu, mỗi tín hiệu mang một vai trò riêng trong
việc điều khiển có trật tự hoạt động của hệ thống. Các tín hiệu điều khiển là các tín hiệu định
thời được cung cấp bởi CPU để đồng bộ hoá việc di chuyển thông tin trên các bus dữ liệu và
địa chỉ. Thông thường có ba tín hiệu như CLOCK, READ và WRITE đối với việc di chuyển
dữ liệu cơ bản giữa CPU và bộ nhớ.
2.3. Đơn vị xử lý trung tâm (CPU):
 Đơn vị xử lý trung tâm CPU
 Instruction register (IR) : thanh ghi lệnh IR.
 Instruction decode and control unit : đơn vị giải mã lệnh và điều khiển.
 Program counter (PC) : bộ đếm chương trình.
 Registers : các thanh ghi.
 Arithmetic and logic unit : đơn vị số học logic.

Hình 1.2 Sơ đồ khối bộ xử lý trung tâm
CPU quản lý tất cả các hoạt động và thực hiện các thao tác trên dữ liệu. Hầu hết các
CPU chỉ bao gồm một tập các mạch logic thực hiện liên tục hai thao tác: tìm nạp lệnh và
2

Tài liệu tham khảo Kỹ thuật Vi xử lý
thực thi lệnh.

GVHD: Trần Hoài Tâm

CPU có khả năng hiểu và thực thi các lệnh dựa trên một tập các mã nhị phân, mỗi một
mã nhị phân biểu thi một thao tác cơ bản.
Các lệnh này thường là các lệnh số học (như cộng, trừ, nhân, chia), các lệnh logic (như
AND, OR, NOT, …) các lệnh di chuyển dữ liệu, các lệnh rẽ nhánh được biểu thị bởi một tập
các mã nhị phân và được gọi là tập lệnh (instruction set).
Bên trong CPU bao gồm một tập các thanh ghi (Registers) có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời
các thông tin, một đơn vị số học logic ALU (Arithmetic logic unit ) có nhiệm vụ thực hiện các
thao tác trên các thông tin này, một đơn vị giải mã lệnh và điều khiển (instruction decode and
control unit) có nhiệm vụ xác định thao tác cần thực hiện và thiết lập các hoạt động cần thiết để
thực hiện thao tác. Thanh ghi IR (instruction register) lưu trữ mã nhị phân của lệnh . Bộ đếm
chương trình PC (Program counter) lưu trữ địa chỉ của lệnh kế tiếp trong bộ nhớ cần được thực
thi.
Thao tác tìm nạp lệnh của CPU được thực hiện theo các bước sau :
 Nội dung của PC được đặt lên bus địa chỉ.
 Tín hiệu điều khiển READ được xác lập (chuyển sang trạng thái tích cực).
 Dữ liệu (hoặc mã lệnh) được đọc từ RAM và đưa lên bus dữ liệu.
 Mã lệnh (opcode) được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong CPU.
 PC được tăng lên để chuẩn bị tìm nạp lệnh kế từ bộ nhớ.
Giai đoạn thực thi lệnh bao gồm việc giải mã lệnh và tạo ra các tín hiệu điều khiển, các
tín hiệu này điều khiển việc xuất nhập giữa các thanh ghi nội với ALU và thông báo để ALU
thực hiện thao tác đã được xác định.

Hình 1.3 Minh họa luồng thông tin cho việc tìm nạp lệnh

3. Sự khác nhau giữa bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển:
3


Tài liệu tham khảo Kỹ thuật Vi xử lý
3.1. Cấu trúc phần cứng:
Bộ vi xử lý
Là một CPU đơn chip

GVHD: Trần Hoài Tâm
Bộ vi điều khiển
Là một vi mạch đơn chứa bên trong một CPU,
ROM, RAM, bộ định thời, mạch giao tiếp …để tạo
nên một hệ máy tính đầy đủ.

3.2. Ứng dụng:
Bộ vi xử lý
Làm các CPU trong các hệ

Bộ vi điều khiển
Thích hợp cho các thiết kế nhỏ với các thành phần

máy tính, thích hợp với các

thêm vào tối thiểu nhằm thực hiện các hoạt động

ứng dụng xử lý thông tin.

hướng điều khiển.

3.3. Đặc trưng của tập lệnh:
Bộ vi xử lý
Các lệnh của bộ vi xử lý hoạt

Bộ vi điều khiển
Tập lệnh chủ yếu cung cấp các điều khiển xuất

động trên các lượng dữ liệu

nhập chỉ sử dụng 1 bit.

lớn ½ byte, 1 byte, 2 byte, 4

4