Mp-Cap3

c) Liviu Kreindler / Aurelian Sarca 3 - 1

Sisteme cu microprocesoare Microprocesoare - Concepte generale

Structura de baza a unui sistemmicrocalculator

Structura de baza a unui sistemmicrocalculator

MemorieMemorareprogram

Memoraredate

Interfete periferice externe

Iesire Intrare

De la / la periferice

MICROPROCESOR

(CPU)

controlmagistrala date/adresemagistrala date



Reprezentarea functiilor unui microprocesor, corelat cu memoria si perifericele sistemului

Reprezentarea functiilor unui microprocesor, corelat cu memoria si perifericele sistemului

Programul,in memorie

Date de la memorie,

sau periferice

ReceptioneazaTransmiteMemoreazaAnalizeaza

Informatie

Efectueaza operatii logicearitmetice

Ia decizii

Controleaza

Registrele interneMemoriaComponentele / sistemeleexterne

(b)



Structura functionala si fluxul de informatii intr-un sistem microprocesor

Structura functionala si fluxul de informatii intr-un sistem microprocesor

Intrare

Microprocesor

Control

U.A.L.

Memorie Iesire

controlinformatie



Inlantuirea temporala a operatiilor sistemului microprocesor

Inlantuirea temporala a operatiilor sistemului microprocesor

activare

activare

activare

activare

Memorie

U.A.L.

Iesire

IntrareCitire informatii

Prelucrare Iesire rezultate

T1 T2 T3



Reprezentarea informatiei (instructiuni sau date)

Reprezentarea informatiei (instructiuni sau date)

LSB: bitul cel mai putin semnificativ (last significant bit);

MSB: bitul cel mai semnificativ (most significant bit)

cuvint de instructiune

cuvint de instructiune

cuvint de dateDate , numere , litere

aB7 B0

(MSB) (LSB)

cod operatieindica operatiade adunare

operandindica codul unuiregistru contininddata ce se aduna

b

1 0 0 0 0 010

Cod operatie Operand

0 1 01 0 0 0 0



Memorarea informatiei Memorarea informatiei Organizarea interna a unui circuit de memorie

de m cuvinte de cate n biti

scrie

Bit nAdresa 1

Adresa 2

Adresa i

Adresa m

citeste/

(R/W)Intraredata Iesiredata data data data

Intrare Iesire

Bit n-1 Bit 0

dataIntrare

Iesire



Magistralele unui sistem microprocesor Magistralele unui sistem microprocesor Structura unui sistem microprocesor cu punerea in evidenta a conexiunilor prin intermediul magistralelor

ADRESE

DATE

CONTROL

(unidirectionala) Magistrala de adrese

Magistrala de date

Magistrala de control

(bidirectionala)

(bidirectionala)

U.C.P. Memorie Intrare Iesire

Arhitectura von NeumanArhitectura von Neuman



Arhitectura HarvardArhitectura Harvard

Structura unui sistem microprocesor cu punerea in evidenta a conexiunilor prin intermediul magistralelor

Magistralade adresem.program

Magistralade date

m.program


U.C.P.Memorieprogram

Memoriedate /

porturi

Magistralele unui sistem microprocesor Magistralele unui sistem microprocesor

Magistralade adrese

m.date

Magistralade date m.date



Magistralele unui sistem microprocesor Magistralele unui sistem microprocesor Utilizarea circuitelor tampon (buffere)

Utilizarea circuitelor latch


Magistrala de adrese

Magistrala de date

Circuit tampon(buffer) unidir.

Circuit tampon(buffer) unidir.

Circuit tampon(buffer) bidirectional

Memorie si

periferice

Unitate centralade prelucrare

(CPU)



Magistrala de date

Magistrala de date

Unitate centralade prelucrare

(CPU)

mag.adreseDecodificator

Circuit

memorare

(latch)

abcdefg

Amplif.

activare

selectie

abcdefg

a

b

c

d

e

fg

afisaj cu 7segmente



Structura interna a unui microprocesor Structura interna a unui microprocesor Contine 5 sectiuni:

control

ALU

memorie

intrare

iesire

circuittampon

M A RPC

RI

Decodificaretiming sicontrol

U A L

RegistreleUAL

circuittampon

circuittampon

registre de uz general

R O M

R A M

mag. adrese

mag.date

mag.control



Sectiunea de control a microprocesorului Sectiunea de control a microprocesorului Semnale specifice magistralei de control:

> RESET (initializare)

> READY (sincronizare)

M A R

Registrul de instructiuni

Decodificatorul de instructiune

Generatorul de control

Ceas

Generator temporizare

T1T5

P C

Ceas

sistemP

Magistrala

de date

Magistralade adrese



Ciclul instructiune al microprocesorului Ciclul instructiune al microprocesorului

T1 T2 T3 T4 T5

Subciclu

Subciclul 1 Subciclul n

Ciclul microprocesorului

Exemplu: memorarea unei constante (continuta in octetul al doilea al instructiunii)

ContinutulPC pemagistralade date

PC = PC+1

Se extrageprimul cuvantde instructiunedin memorie

Operatiiinterne

(decodificare,etc.)

Se citeste al doilea cuvant al instructiunii(data) si se memoreazatemporar intr-un registru

Se configureazaadresa celuleide memorie la care se memoreazadata

Se transferadata in memorie

ContinutulPC pemagistralade date

PC = PC+1

FETCH (extragere)

Subciclul 1 Subciclul 2

Urmatoareainstructiune



Test READY

Logica de READY / WAITLogica de READY / WAIT

T1

Microprocesor Memorie

Magistrala Adrese

Magistrala Date

READY

T2 Tw Tw T3Tw

Clk

READY



Diagramele de timp asociate operatiilor de lucrucu memoria

Diagramele de timp asociate operatiilor de lucrucu memoria

_________________CITIRE_____________________ ________________SCRIERE____________________

Nr*Tp > Tad+Tacc+Tds+Tab+Tdb; Nw*Tp > Tas+Tw+Tdh+Tab+Tdb +Tad;

semnalul deCEAS de SISTEM

adresa peMAGISTRALA de ADRESE

activare semnalCITIRE (READ)datele peMAGISTRALA de DATE

tp

tad

tacc

tds (a)1 ciclu masina

adrese valide

activarecitire

date valide


MAGISTRALA de ADRESE

semnal CITIRE (READ)

MAGISTRALA de DATE(b)

timp accescitire


adresa peMAGISTRALA de ADRESE

datele peMAGISTRALA de DATE

tp

tad

(a)1 ciclu masina

adrese valide

date valide


MAGISTRALA de ADRESE

semnal SCRIERE(WRITE)

MAGISTRALA de DATE

(b)

t dstas tw

tdhsemnalul deSCRIERE (WRITE)

timp selectieadrese

timp accesdate

timp retineredate

durata pulsscriere



Sectiunea de memorie a microprocesoruluiSectiunea de memorie a microprocesorului

Registre de uz general

Memorie ROM

Memorie RAM

Selectie registre

R0R1

Registre uz general

Adresa 0

Adresa 1

ROM

Adresa n

Adresa n+1

RAM

Adresa m

Magistralade date

Magistralade adrese

Magistralade control



Golire stiva(RET, POP)

Umplere stiva(CALL, PUSH)

Operatii cu stivaOperatii cu stiva

CALL SUB1

CALL SUB2

SUB1 SUB2

RET

PC1

PC2

RET

Memorie ProgramMemorie Program

Memorie Date

Memorie Program

PC1PC2

Stack Pointer



Sectiunea aritmetico-logica a microprocesoruluiSectiunea aritmetico-logica a microprocesorului

Structura generala

(indicatori de conditie:carry, sign, zero, parity)

Exemplu ALU

Registru de starecarry

Acumulator Registru de date

A L U

Magistralade date

Rezultat

Stare ALU

UNITATEARITMETICO-LOGICA

(ALU)

Mag. date

Mag. date

intrareCARRYSelectie

FUNCTIE

Intrari

de date

(operatie)

(operand 1)

(operand 2)



Sectiunile de I/E ale microprocesoruluiSectiunile de I/E ale microprocesorului

Circuite tri-state pentru conectarea la magistrale

en 2en 1

Bit al magistralei

i i1 2

en n

i n



Memoria interna a sistemului microprocesorMemoria interna a sistemului microprocesorRAM - Random Access MemoryROM - Read Only Memory

MEMORIA DE TIP RAM

Selectie celulamemorie

Intraredata

Iesiredata

Data

Selectiecelulamemorie

Data

Data Data

Selectiecelulamemorie

Vcc Vdd

a b

+ V

c

RAM dinamic RAM statica) - tehnologie bipolarab) MOSc) CMOS

Reimprospatare informatie - REFRESH



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMStructura unei celule de memoriecu capacitate de un bit

Structura unui cuvant de memorieRAM

DATADE

INTRARE

DATADE

IESIRE

______

"1" pt. CITIRE

CITIRE / SCRIERE

1 pt. CITIRE 0 pt.SCRIERE

"0"pt.SCRIERE

______

bit7bit1bit0

bit7bit1bit0

Intrare Iesire

CITIRE / SCRIERE



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAM

Configuratia unui circuit de memorie cu o capacitate de 1024 celule (biti)

992

celulamemoriede un bit

0 1 2 3 31Decodificator pentru adresa coloana

selectie

coloana

993 994 995

96 97 98 99 127

64 65 66 67 95

32 33 34 35 63

0 1 2 3 31

selectie rind

Decodi-ficatorpentru

adresarind

31

3

2

1

0

MAGISTRALA ADRESE MEMORIE

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0




Multiplexarea liniilor si coloanelor unui circuit de memorie RAM dinamic

LATCH ADRESA RIND

LATCH

ADRESA

COLOANA

SelectieAdresaColoana

SelectieAdresaRind ( RAS )

( CAS )

CONTROLRIND/COLOANA

COLOANARIND

MAGISTRALA ADRESE MEMORIE




Utilizarea tipica a a semnalelor de control (citire/scriere, selectie de cip), la o memorie RAM

Circuite scriere

Circuite

citire

4

CS WE OPERATIA

CS

WE

3

2

1

CITIRE

SCRIERE

0 0 SCRIERE INTRARE0 1 CITIRE IESIRE1 01 1

} }INACTIV INALTA IMPEDANTA

SENS TRANSFERDATE



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMStructura unui circuit RAM static de 64 octeti

A5 A4 A3 A2 A1 A0 CS Selectie

0 0 0 0 0 0 0 SEL00 0 0 0 0 1 0 SEL10 0 0 0 1 0 0 SEL2

...

1 1 1 1 1 1 0 SEL63X X X X X X 1 -

62 X 8 biti

Decodificatorintern

de adrese

Bloc decontrol

R/W

CS__

6

Matrice

memorie

Circuit

tampon 8

Magistrala

de adrese Magistrala

de date



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria RAMRealizarea unei memorii 2k x 8 biti, cu doua circuite de 2k x 4 biti

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

Bitii superiori de adresa utilizati laobtinerea selectiei de chip (CS)

Bitii inferiori de adresa,conectatidirect la pinii memoriei

Utilizarea tipica a bitilor de adresapentru paginarea memorieisistemului microprocesor

Decodificareadrese sup.

2k x 4


CS

R / W

----

---

A0 A10

CS

R / W---2k x 4

16 11

5---

Magistrala de date

8 4 4

A11 A15 A0 A10

D0 D3 D4 D7

P




(a) Organizarea unei memorii de 64k x 8, pagini de cate 2k x 8 biti

(b) Configurarea adreselor

P

Magistralade adrese

Magistralade date

Decodificare

A0

A10 CS2k x 8

R/W

A0 A10 CS2k x 8

R/W

A0 A10 CS2k x 8

R/W

R/W

0 1 315 32

CS0 CS1 CS31

(a)

CS0

Configuratie adresa

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 ... A0

CS1CS2

CS31

0 0 0 0 0 x x ... x0 0 0 0 1 x x ... x0 0 0 1 0 x x ... x

1 1 1 1 1 x x ... x

CS

x-adresa variabila0-0 logic1-1 logic

(b)

A11 A15

16 5

11 11 11

.

.

....



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria ROMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria ROM

Schema de principiu a unui circuit de memorie PROM (nx4 biti)

Bitii de adresa

Iesire de date

Circuit tamponC S__

DECODIFICATOR

+V

1111

1001

1011

1001

n

Memorii ROM (Read Only Memory)PROM (Programable ROM)EPROM (Erasable PROM)EEPROM (Electrically EPROM)



Memoria interna a sistemului microprocesor - Memoria ROMMemoria interna a sistemului microprocesor - Memoria ROM

Structura unui circuit de memorare PROM/EPROM de 1kx8 biti

CS - Chip Select : Doar daca READ activ

C S

Magistralade adrese Magistralade dateMatrice

memorieCircuittampon

10

Decodifi-cator

intern deadrese



Memoria interna a sistemului microprocesor - ExempluMemoria interna a sistemului microprocesor - Exemplu

Avand un microprocesor cu 8 linii de date si 16 linii de adresa , sa se proiecteze memoria sistemului asigurand 60 ko ROM cu circuite PROM 4kx8 si 4 ko RAM cu circuite RAM 512x8

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W Select Spatiu adrese

B0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 CSP0 0H0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1H0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 2H0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 3H

. . . 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 0FFFH

B1 0 0 0 1 X X X X X X X X X X X X 1 CSP1 1000H - 1FFFHB2 0 0 1 0 X X X X X X X X X X X X 1 CSP2 2000H - 2FFFHB3 0 0 1 1 X X X X X X X X X X X X 1 CSP3 3000H - 3FFFH...B14 1 1 1 0 X X X X X X X X X X X X 1 CSP14 E000H - EFFFHB15 1 1 1 1 0 0 0 X X X X X X X X X 0 CSR0 F000H - F1FFH

1 1 1 1 0 0 1 X X X X X X X X X 0 CSR1 F200H - F3FFH1 1 1 1 0 1 0 X X X X X X X X X 0 CSR2 F400H - F5FFH

. . .1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X X X 0 CSR7 FE00H - FFFFH



Memoria interna a sistemului

microprocesor -Exemplu

Memoria interna a sistemului

microprocesor -Exemplu

Decodificare4:16

Magistralade adrese

4K x 8 CSPROM

4K x 8 CSPROM

4K x 8 CSPROM

. . . . . .

164

A15 A12R / W

BO B15

CSP0

CSP1

CSP14

8

8

8

8

12

12

123

Decodificare 3:89

9

9

CSR0

CSR7

8

8512 x 8 CSRAM

512 x 8 CS

RAM

Magistralade date

P

12BO

R / W



Software-ul sistemului microprocesor-aspecte generaleSoftware-ul sistemului microprocesor-aspecte generale

LSBMSB

cuvint de date

instructiunepe 1 cuvint

instructiune

instructiune

pe 2 cuvinte

pe 3 cuvinte

cod operatie

cod operatie

cod operatie

adresasau data

data sauadresa

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

B4 B3 B2 B1 B0B7 B6 B5

Structura principiala a instructiunilor unuimicroprocesor



Software-ul sistemului microprocesor - moduri de

adresare

Software-ul sistemului microprocesor - moduri de

adresare

Reg. index selectat in octetul de instr.

>

>

Adr. (reg.) inclusa in cadrul instr.

Octet 1

Octet 2 Octet 3 Octet 1Low High

Octet 1 Octet 2 Octet 3 Low High

Octet 1 Octet 2 Octet 3 Low High

>

>

Octet 2 Octet 3Octet 1Low High

>

>

Adr. de baza> Adunare

>Adr.efectiva

Data ; nu este necesar acces la memImediata

Registru

Indexata

Directa

Indirecta

>

>

>

>

Adr.efectiva

Data

Data

Data

Data

Data

Data

Octet 2 Octet 3 Octet 1Low High

Relativa

> Adunare

> >

Adr. efectivaP C

Valoareacontorului deprogram, laurmatoareainstructiune

Observatie : Octet 1 reprezinta octetul deinstructiune in toate cazurile

Registre



Software-ul sistemului microprocesor - moduri de adresareSoftware-ul sistemului microprocesor - moduri de adresare

Adresarea imediata

Adresarea directa

Mnemonica Reprezentare in memorie Executie instructiune

MOV BX, 3 BXcod operatie

operandinitial: BX = xxxxfinal: BX = 0003

PC

PC+1PC+2

0003BB0300

memorie programregistre


MOV ALFA,AX

AXcod operatie

operand

initial: AX =0523H

final: AX = 0532H

PC

PC+1PC+2

ALFA=07F8

ALFA=XXXX

ALFA = 0532H

0532

0532H

A3F807

0532

memorie programregistre

memorie de date



A3


Compararea implementrii programelor utilizand adresarea imediata (a), sau directa (b)

Instructiuni(mnemonici)

Reprezentare in memorie

MOV AX, 123H

AXPCPC+1

PC+2

ADD AX, 345HMOV REZ, AX

PC+8

12

3

REZ:100H

+

1

23

...

(a) utilizind adresarea imediata

Instructiuni(mnemonici)

Reprezentare in memorie

MOV AX, OP1

PC

PC+1

PC+2

ADD AX, OP2MOV REZ, AX

PC+8

12

3

REZ:100H

+

1

2 3

...

(b) utilizind adresarea directa

0468H

123H

345H

123H468H

468HOP1:80H

OP2:90H

0123H

0345H

0468H

memorie program

memorie de date

memorie de date

memorie program

AX

AX

123H

345H 468H

468H

B32301054503A30001

B38000059000

0001

registre

registre



Adresarea registru



MOV AX,CS AX

initial: AX =XXXX

final: AX = A3C2H

PC

PC+1

CS = A3C2H

CS = A3C2H

memorie program CS A3C2

A3C2

A3C2

A3F8

registre




Implementarea unei bucle de program, ce utilizeaza adresarea indexata

(a) Schema logica a secventei de program; (b) secventa de program

Adresarea indexata

SI = 0AX = 0CX = 10

AX = AX + TAB[SI]

CX = CX - 1

CX = 0

MOV AX, 0MOV SI, AXMOV CX, 10

ADD AX, TAB[SI]ADD SI, 1LOOP BUCLA

...(a) (b)

BUCLA

; initializari

; calcul suma elemente


ADD AX, TAB[SI] AXPC

PC+1

memorie program

SI 00050304

registre

00

01... memorie de date

TAB=100H

TAB+5 0422

AX = 0123HSI = 0005HTAB[5]=0422H

dupa executie:AX = 0545HSI = 5TAB[5] = 0422H

inainte de executie:

100H

100H

5H

105H

422H

123H

545H123H / 545H




Adresarea indirecta


XCHG BX, [SI] BXPC

PC+1

memorie program

SI 0100H871C

registre

... memorie de date

BX = 1234SI = 100Hmem(100H) =6789

dupa executie:BX =6789SI = 100Hmem(100H) = 1234

inainte de executie:

100H

5678 1234

1234/6789

6789/1234

100H




Adresarea relativa

8BDB8320007E050F1000EBF68BC3

MOV BX, AX

CMP BX, 20H

JLE ERR

ADD BX, 10H

JMP TST

MOV AX, BX

Coduri instructiuni Memorie program Comentariiadresa

012345678910111213

salt pozitiv cu +5salt negativ cu -10=F6h

TST

ERR

; incarcare BX cu continut AX

; comparare BX cu 20H

; daca BX < 20H, sau BX=20H, salt la ERR

; BX = BX + 10H

; reluare program de la adresa TST

; memorare BX in AX

cod



Software-ul sistemului microprocesor - setul de instructiuniSoftware-ul sistemului microprocesor - setul de instructiuniClasificarea instructiunilor:

Instructiuni de transfer si actualizare a informatieiGrupul 0 -operatii generale: INR R3Grupul 1 - operatii de transfer al informatiei:

MOV R6,R3

Instructiuni de modificare a informatieiGrupul 2 - operatiile aritmetico-logice: ADD R4

Instructiuni de controlGrupul 3a - operatii de control al programului: JUMP, CALL, RETURN (salt cond / necond; indicatori de conditie: Z,C,P,S..)

Grupul 3b - operatii de control al procesorului: EI, DI

00011100 - programare in cod masina

INR R3 - mnemonica

limbaj de asamblare (1:1) - asamblor

limbaj de nivel inalt - FORTRAN, PASCAL, C, etc (1 : n) - compilator

codGrupa 0 destinatie operatie

destinatiecod sursaGrupa 1

cod

cod

Grupa 2

Grupa 3

operatie sursa

operatiedetransfer

conditietransfer

(a)

(b)

(c)

(d)

0 0

0 1

1 0

1 1

D D D

D D D

N N N

X X X

Y Y Y

S S S

S S S

C C C



Software-ul sistemului microprocesor - stivaSoftware-ul sistemului microprocesor - stiva

SP (stack pointer) - varful stivei;LIFO - last in, first out - ultimul intrat, primul iesit)

adresa instructiunememorie program

0A50 CALL SUBA

011A CALL SUBB

0100...

...

...

0200...

RETURNRETURN...

...

1

2

3

4

- salvare continut PC in stiva-executie subrutina SUBA (100H)

- salvare continut PC in stiva- executie subrutina SUBB (200H)

- refacere continut PC din stiva-continuare executie subrutina SUBA

- salvare continut PC in stiva-continuare executie program principal

SPSP

SPSP

SP

inainte de 1 1 2 3 4

0A51 0A51 0A51011B

Stiva(memorie date)

0A51

011B



Software-ul sistemului microprocesor - stivaSoftware-ul sistemului microprocesor - stiva

Salvarea continutului registrelor si a adreselor de revenire in stivaprogram principal

PUSH AXPUSH BXPUSH CX

CALL SUB1urmat. instr.PC1 CALL SUB2

urmat. instr.

subrutina 1

...

...

...

...

RETURN

SUB1

PC2

adresa

adresa

subrutina 2

RETURN

SUB2adresa

cresterea continutuluistivei

adresa de inceput a stivei

AXBXCXPC1PC2

Transmiterea parametrilor la apelarea unei subrutine:

a) fiecarei subrutine i se asociaza un set de locatii de memorie

b) se utilizeaza registrele de uz general

c) se utilizeaza stiva pentru memorarea temporara a datelor ce trebuiesc transferate subrutinei:PUSH - introduce (scrie) in stiva POP - restaureaza (citeste) din stiva



Software-ul sistemului microprocesor - Execuia instruciunii ADD RSoftware-ul sistemului microprocesor - Execuia instruciunii ADD R

Registrul contor de program are valoarea 9F52H

Subciclul 1, T1

Se selecteaza celula de memorie program la adresa 9F52H(valoarea curenta a PC)

U A L R I

Registru deinstructiuniunitate decomanda

Registrude adrese

Acc

R TR

Registrutemporar

Registrul R

Magistrala internaMagistrala de date

9 F 52

Magistralade adrese

Memorie program

P C>

1

ceas




Subciclul 1, T2

Codul instructiunii (din celula de memorie selectata) pe magistrala de date; se incrementeaz PC

U A L

R IRegistru deinstructiuniunitate decomanda

Registrude adrese9 F 52

Acc

R TR

Registrutemporar

Registrul R

Magistralade adrese

+1>

ceas

1000 0010Magistrala de dateMagistrala interna

P C

Memorie program

1 2




Subciclul 1, T3

Codul instructiunii citit pe magistrala de date, in registrul de instructiuni

U A L


Registrude adrese9 F 52

Acc

R TR

Registrutemporar

Registrul R

Magistralade adrese

9 F 53>ceas

Magistrala de dateMagistrala interna

P C

Memorie program

1 2 3




Subciclul 1, T4

Se decodifica si executa instructiunea; se aduna continutulregistrului R la acumulator; rezultatul n acumulator

ADD,R : 1000 0010


9 F 52

Registrutemporar

Registrul R

Magistralade adrese

9 F 53>ceas

Magistrala de dateMagistrala interna

P C

Memorie program

1000 00101 2 3

Registru de adrese

cod operatie

4



Software-ul sistemului microprocesor programareaSoftware-ul sistemului microprocesor programarea

Limbajul de asamblare: avantaje / dezavantaje

Reguli de baza:

programatorul raspunde de completa gestionare a tuturor resurselor sistemului

in program trebuiesc specificate adresele pentru fiecare variabila, locatie de memorie sau port accesate la un moment dat

trebuiesc anticipate si evitate situatiile de aparitie a operatiilor cu rezultate imposibile (depasiri -overflow sau underflow)

manipularea datelor la nivel intern se va face in cod binar, ceea ce va implica necesitatea unor conversii de la/la nivelul utilizator (valori zecimale, hexazecimale, caractere), la nivelul maina (binar)

Metodologia elaborarii programelor

Analiza: algoritmOrganizare: scheme logice

Codificare: programareTestare: verificare (revenire si modificare)

Elaborarea documentatiei

Decizie

Operatieiesire

Operatieintrare

calculeoperatii

Start sau Stop

conector



User Requirements Specification

Software Requirements Specification

Software Architectural Design

Software Detailed Design

Implementation

Unit Tests Specifications

Module Tests Specifications

Acceptance Tests Specifications



Elemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesorElemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesor

Moduri de interfatare:

(a) sub controlul microprocesorului

(b) prin acces direct la memorie

Moduri de lucru cu elementele de intrare/iesire:

A. Operatii de intrare/iesire efectuate sub controlul programului B. Operatii de intrare/iesire prin intreruperi C. Operatii de intrare/iesire prin acces direct la memorie - DMA

Port de intrare/iesire

Fluxul de informatie intre microprocesor si o interfata de I/E

A. Operatii de intrare/iesire efectuate sub controlul programului

Memorie

Microprocesor

Interfata I/E Periferic

Memorie

Microprocesor

Interfata DMA Periferic

a

b

cuvinte de datedate de intrare

date de iesire

cuvinte de controlcuvinte de comanda

cuvinte de stare

Echipament

intrare / iesireMicroprocesor



Elemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesorA. Operatii de intrare/iesire efectuate sub controlul programuluiElemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesor


(a) Utilizarea operatiilor specifice de I/E, distincte de cele cu memoria

Mag.adrese

Decodificare Memorie Interfata I/E

Periferic

Mag. date

selectiememorie

selectie port

operatie cu porturioperatie cu memoria

Micro-

procesor

Mag.control

Decodificare





(a1) Utilizarea unei singureadrese de port, si a patrusemnale de control I/E

(a2) Utilizarea a doua adreseI/E si a doua semnale de control

adrese

Periferic

Mag. date

selectie port

scriere port

Micro-

procesor

Mag.control

Decodificare

Mag.

citire port

control

selectie port date

adrese

Periferic

Mag. date

selectie port

scriere comanda port

Micro-

procesor

Mag.control

Decodificare

Mag.

citire stare port

citire date portscriere date port





(b) Nu se folosesc instructiuni separate de I/E: se va adresa portul ca o celula de memorie

Utilizarea operatiilor de I/E, de tipul "memory mapped I/O"

Mag.adrese

Decodificare

Memorie Interfata I/E

Periferic

Mag. date

selectie

memorie

selectie port

citire/scriere

Micro-

procesor

Mag.control





Operatii I/E controlate prin program:

a - program simplu

b - subrutina de I/E

c - subrutina de I/E pentru mai multe porturi de I/E

(a)

programprincipal

transferposibil

da

transfer date

prin I/E

continuareprogramprincipal

nu

verificare

stare

transferposibil

da

transfer date

prin I/E

nu

verificare

stare

subrutinaI/E

return

programprincipal

(b)

programprincipal

existadatedisp.

nu

da

existadatedisp.

transferposibilechip.1

transferposibilechip.2

nuetc.

transferdate

(echip.2)

transferdate(echip.1)

nu

da

return

subrutinaI/E

(c)

DAR, pot apare intarzieri considerabile intre disponibilitatea portului si preluarea/transmiterea datelor de la/la acesta. Totodata, programul principal trebuie s apeleze, in puncte stabilite de catre programator, si deci doar cand este disponibil (neavand alte sarcini mai importante), aceste subrutine.



Elemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesorB. Operatii de intrare/iesire efectuate prin intreruperi


Operarea prin intreruperi este bazata pe utilizarea unor semnale de control specifice, lansate de la periferice, catre microprocesor, anuntand un eveniment semnificativ la nivelul acestora.Lucrul n intreruperi permite operarea aparent simultana a mai multor programe distincte ale microprocesorului. Aceasta tehnica este aplicata pentru controlul si lucrul cu echipamentele periferice si pentru implementarea sistemelor ce opereaza in timp real (la intervale predeterminate de timp se efectueaza aceasi succesiune de operatii -masuratori, calcule, comenzi).

Inhibarea intreruperilor.

vector deintrerupere

recunoasterecerere deintrerupere memorare

adresaintrerupereadresa de

revenire

transferposibil

nu

da

transferdate I/E

refacere staremicroprocesor

salt la adresade revenire

salt fortat laprogramprincipal

verificarestare

subrutinatratare

intrerupere

Recunoasterea sursei de intrerupere:- mai multi pini de intrerupere ai microprocesorului- un singur pin de intrerupere:

-- recunoastere software (scanarea echipamentelor - polling)-- recunoastere hardware (vectori de intrerupere)

Rezolvarea prioritatilor:- nu exista prioritati (intreruperile sunt inhibate)- prioritati software (ordinea de scanare)- prioritati hardware (pozitia fizica in lantul de generare a intreruperilor)





prioritati software prioritati hardware

intrare laintrerupere

verificare starebit intrerupereal echipam.I/E 1verificare starebit intrerupereal echipam.I/E 2verificare starebit intrerupereal echipam.I/E 3

iesire la eroare

param. pt.echipam.3

param. pt.echipam.2

param. pt.echipam.1

return

da

da

da

nu

nu

nu

Echipam.I/E3

logica controlintreruperi

Echipam.I/E2


Echipam.I/E1



Microprocesor

Rezolvarea prioritatilor:





Rezolvarea intreruperilor multiple cu prioritati software mascabile

Subrutinatratareintreruperenivel 1programprincipal

cerere deintreruperenivel 3 cerere deintrerupere

nivel 1cerere deintreruperenivel 2

Subrutinatratareintreruperenivel 2

Subrutinatratareintreruperenivel 3

return return return



Elemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesorC. Operatii de intrare/iesire efectuate prin acces direct la memorie - DMA

Elemente de intrare/iesire ale sistemelor microprocesorC. Operatii de intrare/iesire efectuate prin acces direct la memorie - DMA

(c1) Oprirea activitatii procesorului (HALT) la sfarsitul instructiunii curente(c2) Oprirea microprocesorului n cadrul instructiunii curente, la terminarea subciclului de instructiune curent(c3) Operatiile microprocesorului si ale DMA sunt multiplexate

(c1) Oprirea activitatii procesorului (HALT) la sfarsitul instructiunii curente

Microprocesor

Circuittampon

Circuittampon

Magistralade adrese

Magistralade date

< Memoriasi I / E

LED corespunzatoraprins / releu anclansat; daca se scrie 1 => OFF

Limbaj de asamblareMOV DX, port_K ; DX=adresa port kMOV AL, 10111101b; Releu 6, LED 1

; ON, restul OFFMOV (DX), AL ; AL=data scrisa

; la port K

Limbaj Cint OUT_k;OUT_k = 0xBD; // Releu 6, LED 1 ON

// restul OFFOUTPORT(port_K, OUT_k); // out la port

Registru

(latch)

8 biti

Selectie

+

LED 0

+

LED 1

+

LED 2

+

LED 3

+Releu 4

+Releu 7

+Releu 5

+Releu 6

Di0

Di1

Di2

Di3

Di4

Di5

Di6

Di7 Out7

Out6

Out5

Out4

Out3

Out2

Out0

Out1



Scheme porturi intrare-iesire digitaleScheme porturi intrare-iesire digitale

Schema de baza semnal INPUT / OUTPUT Schema echivalenta semnal INPUT / OUTPUT




Schema de baza semnal OUTPUTSchema de baza semnal INPUT




Schema de semnal OUTPUT (varianta) Schema de semnal OUTPUT (varianta)



Scheme porturi intrare optoizolateScheme porturi intrare optoizolate

Schema de principiuIntrareDC

IntrareAC



Scheme porturi iesire optoizolateScheme porturi iesire optoizolate

Iesire DC

Iesire AC



Utilizare porturi digitale de I/EUtilizare porturi digitale de I/E

Porturi de intrare (INPUT) Citire informatie stare port / interfata Citire contacte:

Butoane de comanda Limitatoare de cursa Termocuple Senzori inchis/ deschis etc.

Porturi de iesire (OUTPUT) Scriere comanda catre port / interfata Comanda elemente iesire:

Bec Releu Motor (ON / OFF) Contactor etc.



Porturi digitale de I/E specializatePorturi digitale de I/E specializate

Porturi de intrare (INPUT) specializate Tastaturi (citire linii)

Comutatoare decadice

Timere - capturi

Porturi de iesire (OUTPUT) specializate Tastaturi (selectie)

Afisaje (cu segmente)

Timere - PWM



Tastaturi- port de iesire pentru selectie linie de taste se selecteza cate o linie la un moment-dat- port de intrare pentru citire stare taste de pe linia selectata

Porturi de I/E digitale - tastaturiPorturi de I/E digitale - tastaturi

Buton neapasat: se citeste 1Buton apasat: se citeste 0

Ex. Fie port selectie linii: P1OUT (Output): bit 0 Row 1, bit 1 Row 2, bit 2 Row 3, bit 4 Row 4 . Pentru selectie linie, bitul corespunzator se seteaza0.Port citire coloane: Port P2IN, bit 0 - 3

...// testare daca e apasata tasta F7 (but.3 din linia 2)P1OUT &= 0xFD; // selectie linia 2: 0 pe bit P1.1int pos = P2IN & 0x04; // izolez bitul 2 (coresp. F7)if(pos){ // pos0, F7 nu e apasat

}else{ // pos = 0, F7 e apasat

}

P1.0P1.1P1.2P1.3

P2.0P2.1P2.2P2.3

F7



Tastaturi (3)Apasare multipla mai multe taste simultanDe-bouncing eliminare efect citiri multiple datorate vibratiilor contactului

Stabil 1

Apasare tasta

Oscilatii 0->1Oscilatii 1->0

Eliberare tasta

Stabil 0

// eliminare citiri false la apasarecitire buton;if(apasat){

asteapta dt;citire buton;if(apasat) // actiune apasareelse // a fost perturbatie

}

// eliminare citiri false la eliberarecitire buton;if(eliberat){

asteapta dt;citire buton;if(eliberat) // actiune eliberareelse // a fost perturbatie

}




Tastaturi (4)

De-bouncing eliminareefect citiri multiple

Auto-repetare citire dacatasta ramane apasata maimult timp




Comutatoare decadice citire pe 4 biti, cod 0000 cifra 0, pana la 1001 cifra 9


Grup de 4 cifre, citite pe un port de 16 biti Mai multe grupuri de cate 4 cifre. Se selecteza cate un grup (cu un port de iesire), si se citeste pe un port de 16 biti



Afisaje cu segmente Porturi de I/E digitale - afisajePorturi de I/E digitale - afisaje

- Port de iesire (OUTPUT) pentrucomanda. - Cate un bit pentru fiecare LED segment.- Se configureaza bitii pentruaprindere. De exemplu, pentru

aprindere cifra 2 (sch. catod comun):

P1OUT = 0 1 0 1 1 0 1 1 bdp g f e d c b a - segment

Schema cu anod comun aprindere pe 0

Schema cu catod comun aprindere pe 1



Afisaje cu segmente multiplexare cifre Porturi de I/E digitale - afisajePorturi de I/E digitale - afisaje

- Pe portul Digits se selecteaza pe rand cate o cifra (1 pe bitul respectiv) - OUTPUT- Pe portul Segments se selecteaza segmentele de aprins pe cifra selectata - OUTPUT



Afisaje cu segmente codificare cifre Porturi de I/E digitale - afisajePorturi de I/E digitale - afisaje

Pentru fiecare caracter afisabil

trebuie definita combinatia care

aprinde segmentele

corespunzatoare

Similar, pentru acele caractere si

litere care se pot afisa pe 8

segmente



Convertoare A/D caracteristici generaleConvertoare A/D caracteristici generale

Convertoare A/D: componente externe sau incluse pe cipulmicroprocesor (microcontroler), permitand masurarea de marimianalogice (uzual tensiuni in gama 0-V alimentare).

Structura: Circuit integrat sau bloc distinct in CPU. Contine blocurispecifice pentru lansare conversie, pentru citirea starii conversiei sia datelor convertite. Combinat uneori si cu multiplexor si circuit esantionare si retinere (Sample & Hold)

Cifre de merit: Rezolutia - numar de biti Precizia valoarea analogica corespunzatoare unui bit Viteza de conversie durata conversiei

Utilizare: Lansare conversie prin program, sau automat (alt periferic timer, etc.) Testare stare conversie prin polling sau Generare de intrerupere la terminarea conversiei Conversie unica sau multiple Conversie de pe un singur canal, sau de pe mai multe



Schema de baza utilizare convertor A/D in sistem microprocesorSchema de baza utilizare convertor A/D in sistem microprocesor

Schema de decodificare

Bitii superioride adresa, IO

Sel Port k

RDIOREADY

Sel Port IN k

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

p

Magistrala date

D1

Utilizare in program: - OUTPUT la port k start conversie- INPUT de la port k citeste dateleconversie (bitii 0 6), si stare conversie bit 7: daca bit 7 = 0, conversia gata, altfel, nu

Limbaj de asamblareMOV DX, port_K ; DX=adresa port kMOV (DX), AL; start conversieLP1: MOV AL, (DX) ; AL=data citita

; de la port KMOV BL, AL ; memorare data cititaAND AL, 10000000b ; izolare bit 7JNZ LP1; salt daca nu e gata (EOC=1); BL contine data convertita

Limbaj Cint IN_k;DO { IN_k = INPORT(port_K);}While (IN_k & 0x80) == 0) // astept EOC // IN_k contine data conversie

Convertor A/D de7 biti

EOC

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit0

Bit1

Start ConversieWR

Intrareanalogica



Convertoare D/A caracteristici generaleConvertoare D/A caracteristici generale

Convertoare D/A: componente uzual incluse pe cipul microprocesor(microcontroler), permitand generarea de marimi analogice (uzual tensiuniin gama 0-V alimentare).

Structura: Bloc distinct in CPU. Contine registre specifice pentruprogramare si pentru setarea datelor de convertit.

Cifre de merit: Rezolutia - numar de biti Precizia valoarea analogica corespunzatoare unui bit Viteza de conversie durata conversiei

Utilizare: Inscriere data de convertit in registrul de date lanseaza conversia Nu necesita asteptare terminare conversie



Schema de decodificare

Bitii superioride adresa, IO

Sel Port k

WRIOREADY

Sel Port OUT k

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

p

Magistrala date

D1

Registru

(latch)

8 biti

SelectieDi0

Di1

Di2

Di3

Di4

Di5

Di6

Di7 Out7

Out6

Out5

Out4

Out3

Out2

Out0

Out1

Schema de baza utilizare convertor D/A in sistem microprocesorSchema de baza utilizare convertor D/A in sistem microprocesor

Convertor

D/A de

8 biti

Iesireanalogica

Utilizare in program: - OUTPUT la port k data de convertit

Limbaj de asamblareMOV DX, port_K ; DX=adresa port kMOV AL, val_convMOV (DX), AL; val_conv la D/A

Limbaj Cint OUT_k;OUT_k = val_conv; // valoarea de

// convertitOUTPORT(port_K, OUT_k); // scriere la

// convertor D/A



Utilizare convertoare A/D, D/AUtilizare convertoare A/D, D/A

Convertoare A/D Citire senzori

curent tensiune temperatura pozitie viteza (tahogenerator) presiune etc.

Convertoare D/A Comanda iesire

Element executie Amplificator Aparat indicator etc.

Mp-Cap3

Documents

Transcript of Mp-Cap3