LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỰC TẬP
VI XỬ LÝ 8085


LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử nó chung và vi xử lý nói
riêng đã đem lại nhiều ứng dụng trong mọi mặt. Cùng với sự phát triển đó thì nhu
cầu tìm hiểu, học tập vi xử lý được đòi hỏi ngày càng cao. Các bộ thí nghiệm vi
xử lý đã được chế tạo để phục vụ cho mục đích học tập và thí nghiệm. Dựa trên
các kết quả thí nghiệm để cho ra những ứng dụng thực tế là ưu điểm mạnh của
phương pháp học này.
Các bộ thí nghiệm vi xử lý đã được chế tạo nhiều tuy nhiên khó có thể đáp
ứng đủ nhu cầu tìm hiểu, ứng dụng, và học tập ngày càng cao của giới sinh viên
và kỹ sư. Do vậy đi thực hiện đề tài “ Thiết kế thiết bị thực tập vi xử lý 8085”
ngồi mục đích bổ sung thêm những vấn đề mà các thiết bị thực tập trước chưa
đáp ứng được thì thực hiện đề tài này như là một cách để người thực hiện có dịp
tiếp thu thêm một lượng liến thức mới bổ ích cũng như tự khẳng định giá trị một
phần trong những kiến thức tiếp thu được sau 5 năm học tập.
Những thiếu sót trong khi thực hiện đề tài là điều khó có thể tránh khỏi,
rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các q thầy cơ, các anh chị và các bạn.
TP. Hồ Chí Minh ngày 20/ 2/2000
Sinh viên thực hiện : Lê Hồng Việt


Chương I

DẪN NHẬP

1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ:

Từ những mạch IC quy mô nhỏ xuất hiện vào những năm 50 trong lịch sử
của kỹ thuật điện tử cho đến những mạch tích hợp siêu lớn ở những năm gần đây
thực sự khẳng định rằng vi điện tử đã tạo ra một cuộc cách mạng lớn của thế kỷ
này. Đặc biệt sự ra đời của các bộ vi xử lý đã đưa lại những ứng dụng quan trọng
trong công tác nghiên cứu khoa học và trong cuộc sống.
Từ khi hãng Intel® cho ra đời bộ vi xử lý đầu tiên là 4004 thì vi xử lý đã
không ngừng cải tiến và phát triển vượt bậc. Cùng với các hãng khác như
Motorala, ZiLog… việc cải tiến vi xử lý chắc chắn sẽ không ngừng và sẽ phát
triển mạnh hơn nữa ở thế kỷ tới.
Song song với sự phát triển như vũ bão của vi xử lý thì việc học tập và
tiếp cận với công nghệ kỷ thuật cao này là điều không thể thiếu. Ở các nước công
nghiệp việc học tập và tiếp thu những công nghệ mới hầu như là bắt buộc đối với
mỗi sinh viên chuyên ngành. Với sự trang bị phương tiện học tập cũng như tài
liệu đầy đủ về cơng nghệ mới nói chung và vi xử lý nói riêng đã giúp họ dễ dàng
hơn trong việc tiếp cận những tri thức mới của nhân loại.
Ở nước ta do điều kiện chưa cho phép nên đối với sinh viên và một số
kỹsư chuyên ngành điện – điện tử thì vi xử lý cịn là một đề tài chưa được nghiên
cứu chuyên sâu thậm chí cịn có người cịn cho đó là vấn đề mới lạ.
Qua thực tế tìm hiểu chính từ những người yêu thích vi xử lý và ngoại vi
cũng như bộc phát từ chính bản thân biết được rằng rằng : việc học tập và tìm
hiểu ứng dụng của vi xử lý và ngoại vi rất được các bạn sinh viên chuyên ngành
về lãnh vực điện nói chung quan tâm và có nhu cầu tìm hiểu rất cao. Tuy nhiên
vấn đề được đặt ra là : ngoài tài liệu, linh kiện chưa thể đáp ứng nhu cầu thì vấn
đề chính là thiếu thiết bị học tập vi xử lý và ngoại vi. Việc học vi xử lý và IC
ngoại vi thuộc loại thực nghiệm. Ngoài việc học lý thuyết sinh viên cần phải thực
tế kiểm nghiệm mới có thể hiểu rõ hơn từ đó mới cho ra những sáng tạo, tư duy

của mình tốt hơn.
Bức xúc về vấn đề trên và thông qua gợi ý của những người chuyên sâu về
lãnh vực vi xử lý và ngoại vi cũng như nhận biết được là : Các bộ vi xử lý tuy
của nhiều hãng khác nhau và nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
nhưng đều có nhiều đặc điểm chung và đặc biệt nó mang tính kế thừa. Về góc độ
sư phạm thì với bộ vi xử lý đơn giản thì việc hiểu nó là tương đối dễ đối với
những người bắt đầu thâm nhập vào lãnh vực này cho nên người thực hiện đề tài
đã bắt tay vào thực hiện đề tài nghiên cứu : “Thiết kế thiết bị thực tập VXL
8085”.

1.2

TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ.

Nền công nghiệp điện tử của nước ta nói chung cịn thua kém các nước
phát triển và đang phát triển trên thế giới cũng như trong khu vực. Hiện tại do
điều kiện cơ sở vật chất và kỹ thuật chưa cho phép nên các sản phẩm như linh
kiện điện tử vẫn chũ yếu nhập ở nước ngoài. Việc nhập những sản phẩm mới hay
phổ biến ở các nước có nền cơng nghiệp điện tử phát triển nay có thể đã thực
hiện được nhưng rất khó khăn và rất tốn nhiều thời gian và tiền bạc. Do vậy, việc
tận dụng các linh kiện, thiết bị điện, điện tử có sẵn trên thị trường Việt Nam để


thiết kế thành những sản phẩm cụ thể phục vụ cho cuộc sống, cho học tập, cho xã
hội đã, đang và sẽ là một giải pháp hữu hiệu cho các sinh viên và kỹ sư chúng ta.
Đề tài “Thiết kế thiết bị thực tập vi xử lý 8085” sẽ được thực hiện trong
bối cảnh trên. Vấn đề quan trọng là việc khảo sát lý thuyết và thực tế cụ thể từ
những IC ngoại vi, vi xử lý đã và sẽ được ứng dụng vào các yêu cầu cụ thể trong
xã hội.


1.3

GIỚI HẠN VẤN ĐỀ:

Nói đến vi xử lý là chúng ta biết ngay đến những hãng nổi tiếng chuyên
sản xuất chúng như Intel, Motorola, Zilog… cũng như tuy mới được chế tạo từ
vài thập niên trở lại đây, song nó đã không ngừng được cải tiến và phát triển
vượt bậc. Do đó có thể nói vi xử lý rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại.
Bắt tay vào thực hiện đề tài này trong những điều kiện không thuận lợi
như :
 Ngồi các mơn học có kiến thức liên hệ như: kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung
số, vi mạch…thì thời gian học vi xử lý ở trường là quá ít. Với 15 tiết chuyên
đề về vi xử lý nên dù rất cố gắng người học chỉ có thể nắm bắt được các khái
niệm cơ bản về cấu tạo và bộ lệnh của một vi xử lý cụ thể nào đó, cịn về IC
ngoại vi hầu như là tự tìm hiểu qua tài liệu. Trong khi ở trường khác vi xử lý
và ngoại vi là một môn học chuyên sâu hay một chuyên ngành cụ thể.
 Thời gian thực hiện đề tài chỉ gói gọn trong gần hai tháng
 Kinh nghiệm và kiến thức thực tế chưa nhiều.
 Tài liệu về VXL và ngoại vi về tiếng Việt thật sự khan hiếm và rất khó khăn
để tìm được những tài liệu liên quan VXL và ngoại vi có trên thị trường Việt
Nam.
 Việc thực hiện đề tài bắt buộc phải gói gọn trong điều kiện là những linh kiện
khảo sát phải có trên thị trường Việt Nam và có ứng dụng cụ thể vào học tập
và đời sống.
Qua thực tế khảo sát cũng như qua tham khảo ý kiến của các thầy, cơ và các
người có liên quan đến chuyên ngành vi xử lý và ngoại vi đề tài “Thiết kế thiết
bị thực tập VXL 8085” chỉ thực hiện những đặc điểm chính sau:
- Dùng vi xử lý 8 bit 8085A cho khối xử lý trung tâm.
- Ma trận phím gồm 31 phím và 3 phím cứng, có thể mở rộng tối đa
là 64 phím ở ngồi nhờ đầu nối.

- Vùng nhớ EPROM sử dụng 16K byte, RAM 16K byte và 1 socket
dùng để mở rộng bộ nhớ 8K byte thể là RAM hay ROM hệ thống
ngoài.
- 16 Led 7 đoạn dùng để hiển thị dữ liệu và địa chỉ bộ nhớ hay ngoại
vi, 10 led đơn dùng cho hiển dữ liệu số nhị phân. 16 led đơn báo
trạng thái logic của công tắc mảng.
- Tần số xung clock của hệ thống 6MHZ.
Cho phép khảo sát và ứng dụng các ngoại vi trên testboard và trên thiết bị
thực tập:
- 8225A : Mạch phối ghép vào/ra song song lập trình được.
- Bộ định thời gian có thể lập trình được 8253
- Lập trình qt phím và hiển thị 8279
- Điều khiển ngắt ưu tiên lập trình được 8259


- Truyền dữ liệu nối tiếp 8251
- Chuyển đổi tương tự sang số 8 bit ADC 0809
- Chuyển đổi số 8 bit sang tương tự DAC 0808
Dùng IC chốt 74LS573, IC giải mã 3 đường sang 8 đường 74LS138. IC
đệm hai chiều 74LS245, một chiều 74LS244 cho thiết kế hệ thống.
- Cho phép thâm nhập vào phần cứng của vi xử và ngoại vi để có thể
hiểu rõ chức năng và nguyên lý hoạt động của từng ngoại vi và vi
xử lý.
- Có thiết kế sẵn phần cứng giao tiếp với máy tính qua cổng máy in
LPT và qua cổng COM theo chuẩn RS232 cũng như phần cứng này
cũng cho phép giao tiếp giữa hai thiết bị thực tập với nhau.
- Có thiết kế các mạch tạo tín hiệu thử như mạch đơn ổn, công tắc
gạt tạo mức logic phục vụ cho phần thí nghiệm mạch trên
testboard.
- Do thời gian có hạn nên phần mềm điều khiển hệ thống sẽ do bạn

khác thực hiện dựa trên phần cứng mà đề tài này thiết kế.

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :
Đề tài vi xử lý 8085 không là một đề tài mới lạ mà thực tế nó đã được khảo
sát từ lâu ở nước ngoài cũng như trong nước. Ngoài ra các ứng dụng của vi xử lý
8085 và các IC phổ dụng vào các lãnh vực như điều khiển, thông tin… đã được
đề cập nhiều, thiết bị thực tập vi xử lý 8085 cũng đã được chế tạo. Vì vậy câu hỏi
được đặt ra là: đề tài này sẽ đi nghiên cứu nhằm mục đích gì khi mà các thơng tin
và ứng dụng của vi xử lý 8085 đã được khảo sát từ trước?
Đồng ý là một trong những đặc điểm chính của một đề tài có giá trị là nó
phải mang tính chất mới mẻ. Tuy nhiên tính mới mẻ ở đây được hiểu theo nghĩa
tương đối nghĩa là đề tài mới không phải từ trước đến giờ chưa ai nghiên cứu.
Quan điểm kế thừa và phát triển là một quan điểm chủ yếu trong tình hình khoa
học phát triển hiện nay. Với quan điểm này sẽ là kim chỉ nam cho việc thực hiện
đề tài.
Qua khảo sát một vài thiết bị thực tập vi xử lý 8085 của các khóa trước hay
qua các tài liệu nhận thấy rằng : Mặc dù đã khá hồn thiện tuy nhiên vẫn cịn
nhiều vấn đề nảy sinh mà trước đó chưa được đề cập hay chưa đề cập tới (Ở đây
mục đích của đề tài là thực hiện về phần cứng nên những giới hạn của phần mềm
sẽ không được đề cập).
Một điều khó có thể phủ nhận là để lập trình điều khiển một thiết bị được
tốt thì phải hiểu rõ phần cứng thiết bị đó. Tuy nhiên các thiết bị đã thực hiện rất ít
khi cho phép người sử dụng thâm nhập vào phần cứng và nếu có cũng rất khó
khăn.
Ngoại vi là một thiết bị được chế tạo gắn liền với vi xử lý mỗi ngoại vi điều
mang các chức năng chuyên sâu và được ứng dụng rất mạnh mẽ trong nhiều công
việc. Thực tế nhận thấy rằng các thiết bị đã khảo sát thì các IC ngoại vi hầu như
chỉ phục vụ cho phần cứng của hệ thống người sữ dụng hầu như khó có thể thâm
nhập ứng dụng chúng với mục đích khác. Ngồi ra rất nhiều đề tài còn thực hiện
ở nhiều lãnh vực khác nhau với nhiều nhu cầu như : giao tiếp với thế giới tương

tự, giao tiếp với máy tính nhưng khi thực hiện gặp rất nhiều khó hăn trong vấn đề


thử nghiệm do các thiết bị thí nghiệm khơng đáp ứng đủ nhu cầu nên phải tốn
nhiều thời gian để bổ sung những mạch thử nhưng cũng rất không thuận tiện.
Vì vậy thực hiện đề tài này ngồi mục đích giúp cho người thực hiện đề tài
tìm hiểu kỹ cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động cũng như tập lệnh của vi xử
lý8085 và các ngoại vi đang được sử dụng phổ biến thì sản phẩm của đề tài có
thể được ứng dụng trước mắt là phục vụ cho những thí nghiệm ứng dụng thực tế
của vi xử lý và ngoại vi đang được sử dụng khá phổ biến trên thị trường Việt
Nam. Nếu tiếp tục phát triển hơn nữa hy vọng nó sẽ đáp ứng đủ nhu cầu thí
nghiệm và ứng dụng của giới yêu thích vi xử lý và ngoại vi và có khả năng thay
thế các thiết bị thực tập 8085 nhập ở nước ngồi vì nó phù hợp với thị trường
điện tử ở nước ta và đặc biệt hơn nữa đề tài sẽ cung cấp một cái nhìn cụ thể về
cấu tạo, các nguyên tắc hoạt động xảy ra đối với vi xử lý 8085 và ngoại vi.


CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ LUẬN

2.1 DÀN Ý NGHIÊN CỨU :
-

Giới thiệu tổng quát về vi xử lý.
Thết kế cấu trúc sơ đồ khối của thiết bị.
Thiết kế phần bàn phím và hiển thị.


-


Thíêt kế khối xử lý trung tâm CPU và ngoại vi.
Thi công phần cứng thiết bị.
Hướng dẫn sử dụng phần cứng của thiết bị.

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU :
Đối tượng nghiên cứu chủ yếu là thiết bị thực tập vi xử lý 8085
Profi – 5E của Đức.

2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU :
2.3.1 Phương pháp :
- Tham khảo tài liệu: Chủ yếu là các tài liệu có kiến thức liên hệ đến
kỹ thuật số, kỹ thuật điện tử, ngoại vi và vi xử lý.
- Thực nghiệm : Kết nối phần cứng của các ngoại vi trên testboard và
kết nối với kit VXL 8085. Viết chương trình để thử nghiệm cách
hoạt động của từng ngoại vi.
2.3.2 Phương tiện :
Ngoài thiết bị thực tập VXL 8085 của trường ĐHSP Kỹ Thuật TP.Hồ Chí
Minh, các dụng cụ đo đạc như dao động ký, mày phát sóng, đồng hồ VOM… để
thực hiện đề tài này còn phải thiết kế một số mạch phụ hay dùng testboard để thử
nghiệm các ngoại vi khảo sát như 8279, 8251, 8253, 8255, 8259, ADC 0809,
DAC 0808.

2.4 THỜI GIAN NGHIÊN CỨU :
Từ ngày 18/12/1999 đến ngày 28/2/2000.


CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT

VỀ VI XỬ LÝ & NGOẠI VI

3.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN & CẤU TRÚC CỦA VI
XỬ LÝ.
3.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý :


Trong quá trình hình thành và phát triển của VXL có thể chia thành các gia
đoạn sau:
o Giai đoạn 1 (1971 - 1973) đây là giai đoạn khởi đầu của vi xử lý.
Các vi xử lý này đều có độ dài từ dữ liệu ngắn, tốc độ làm việc
thấp, tập lệnh đơn giản như 4004, 8008.
o Giai đoạn 2 (1974 - 1977) các bộ vi xử lý giai đoạn này có tập lệnh
phong phú hơn và thường có khả năng phân biệt địa chỉ bộ nhớ và
đung lượng đến 64 K byte, tốc độ xử lý cũng đã được tăng lên vài
Mhz. Các vi xử lý đại diện cho giai đoạn này như 6800, 6809 của
Motorola; 8085, 8080 của Intel và Z80 của Zilog.
o Giai đoạn 3 (1978 - 1982) đại diện các bộ vi xử lý giai đoạn này là
các vi xử lý 16 Bit tốc ộ làm việc có thể lên đến 10 Mhz.
o Giai đoạn 4 (1984 đến nay)
Các bộ VXL đại diện cho gia đoạn này là các VXL 32 bit 80386/80486 và
64 bit Pentium/ Pentium II / Pentium III của Intel, các VXL 32 bit 68020/ 68030/
68040/ 68060 của Motorola. Đặc điểm của VXL trong giai đoạn này là bus địa
chỉ đều là 32 bit (có khả năng phân biệt được 4 GB bộ nhớ) và có khả năng làm
việc với bộ nhớ ảo.
Người ta còn áp dụng các cơ chế hoặc các cấu trúc đã được áp dụng trong
mày tính lớn vào các VXL như : Cơ chế xử lý xen kẽ liên tục dòng mã lệnh
(Pipeline), bộ nhớ cache (bộ nhớ ẩn), bộ nhớ ảo. Các bộ VXL này đều có bộ
quản lý bộ nhớ (MMV) và nhiều khi cả bộ đồng xử lý toán học ở bên trong.
Tốc độ VXL cũng đã được cải tiến liên tục như hiện nay là 600M HZ đối với

CPU Intel Pentium III, chính nhờ các cải tiến đó mà các bộ VXL ngày nay được
dùng rất rộng rãi trong rất nhiều lãnh vực. Phần lớn các bộ VXL thế hệ này đều
được sản xuất bằng công nghệ HCMOS.

3.1.2 Cấu trúc Vi Xử Lý:
Vi xử lý là một vi mạch có mật độ tích hợp cao, trong đó gồm có khả năng
nhận, xử lý và xuất dữ liệu: Đặc biệt là quá trình xử lý được điều khiển theo một
chương trình gồm tập các lệnh mà người sử dụng có thể thay đổi một cách để
dàng. Một vi xử lý có thể hiểu được từ một vài trăm cho đến hàng ngàn lệnh. Vì
vậy, nó có khả năng thực hiện được rất nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau.
Cấu tạo của vi xử lý thường được biểu diễn dưới dạng đồ khối. Qua đó, người
sử dụng có thể thấy được các đặc điểm cần thiết để phục vụ cho việc lập trình,
cấu tạo cơ bản của vi xử lý về cơ bản có thể chia làm 3 khối chính:
- Đơn vị số học – Logic.
Cơ sở của đơn vị số học – logic là một mạch cộng n.bit, mạch cộng này còn
được mở rộng thêm để thực hiện các phép xử lý khác như : Tính số bù bậc 2,
phép trừ, các hàm logic…
- Các thanh ghi.
Thanh ghi giống như ô nhớ bên trong vi xử lý, điểm khác biệt ở chổ là
thanh ghi được phân biệt bằng tên thay vì bằng địa chỉ như ơ nhớ. Thanh ghi
dùng để chứa dữ liệu, các kết quả trung gian của phép tính, tính số lượng thanh
ghi ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ xử lý vì tần số truy xuất bộ nhớ sẽ ít đi.Vì vậy,
các vi xử lý hiện đại thường có nhiều thanh ghi (ơ nhớ dựa trên vị trí của bộ nhớ).
- Đơn vị điều khiển .


Là phần quan trọng nhất trong vi xử lý, mọi hoạt động của máy tính được
phối hợp một cách chặc chẻ bởi các tín hiệu tạo ra từ các đơn vị điều khiển.
Máy tính thi hành tuần tự từng chỉ thị của chương trình cho đến khi có
lệnh dừng hoặc thao tác vịng lặp. Chương trình điều khiển được chứa trong bộ

nhớ dưới dạng tổ hợp các bit gọi là mã đối tượng. Nhưng để viết chương trình
một chỉ thị thường được viết dưới dạng gợi nhớ .

3.2 PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA VI XỬ LÝ VÀ NGOẠI VI :
Đối với vi xử lý ngoài việc phân loại dựa vào nhãn hiệu chế tạo của các
hãng người ta còn căn cứ vào khả năng xử lý dữ liệu của vi xử lý. Ba thông số
cho phép đáng giá khả năng xử lý của vi xử lý đó là:
 Độ dài từ dữ liệu của vi xử lý : Đây là đặc điểm quan trọng của vi xử lý nói
lên khả năng trao đổi dữ liệu giữa vi xử lý và các thiết bị khác. Hiện nay có
nhiều vi xử lý với độ dài từ dữ liệu: 8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit. Với bộ vi xử
lý nhiều bit thì có ưu điểm là:
- Cùng thời gian truy xuất bộ nhớ thì lượng thơng tin truyền đi
nhiều hơn.
- Độ chính xác cũng tăng mà khơng làm tăng làm thời gian tính
tốn.
 Độ dài từ dữ liệu tăng thì cũng làm tăng số lượng dây dẫn trong bus dữ liệu.
Do đó số chân của vi xử lý cũng phải nhiều. Điều này được giải quyết bằng
phương pháp đa lộ thời gian tuy nhiên phương pháp này sẽ làm giảm vận tốc
truyền dữ liệu.
 Độ dài từ địa chỉ: Cho biết số lượng ô nhớ mà vi xử lý có thể liên hệ trực tiếp.
Vi xử lý có dung lượng bộ nhớ càng lớn thì khả năng càng cao.
 Tốc độ mà vi xử lý có thể thực hiện một lệnh.
Thông số này được đánh giá thông qua tần số xung clock cấp cho vi xử lý
làm việc vi xử lý có tần số càng lớn thì tốc độ xử lý càng nhanh.
Ngày nay vi xử lý được ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lãnh vực như: Máy
tính, viễn thông, điều khiển tự động, trong các thiết bị phục vụ nghiên cứu, khoa
học, quân sự, y tế… Sự phát triển mạnh mẽ của vi xử lý với tốc độ chóng mặt,
tuy nhiên các vi xử lý 8 bit vẫn có chổ đứng thực sự trong lãnh vực điều khiển tự
động với hệ thống vừa và nhỏ. Người ta cũng có thể sử dụng vi xử lý 8 bit vào
cơng việc khác do những ưu điểm của nó như giá thành, đơn giản dể sử dụng.

Vớiù IC ngoại vi sự ra đời của nó chẳng qua để trợ giúp với vi xử lý thực
hiện một chức năng nào đó tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể. Tùy vào các hãng chế
tạo, tùy vào chức năng cụ thể của từng ngoại vi mà ta phân biệt chúng. Các IC
ngoại vi là công cụ đắc lực giúp vi xử lý giao tiếp với thế giới tương tự, điều
khiển thiết bị…

3.3 XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP CHO VIỆC THIẾT KẾ PHẦN CỨNG:
Mỗi thiết bị thực tập vi xử lý tùy theo yêu cầu khác nhau mà sẽ đưa ra
những giải pháp thiết kế khác nhau. Tuy nhiên cấu trúc phần cứng của một thiết
bị thực tập vi xử lý nói chung là khơng có sự thay đổi nhiều và khơng nằm ngồi
hai phần chính khối xử lý trung tâm và các Mudul vào/ra.
Dựa trên phương châm là việc học tập đều bắt đầu từ những điều cơ bản, dể
hiểu nhất nhằm giúp người học để dàng lĩnh hội được những kiến thức cơ bản và
từ đó có thể tự xây dựng cho mình một kiến thức vững chắc. Do vậy đề tài này sẽ


đi thực hiện phần cứng dựa trên quan điểm trên. Theo quan điểm đó thì các vi xử
lý và các ngoại vi sẽ được chọn và phục vụ cho học tập và ứng dụng sẽ mang
những nét như cơ bản, dễ tìm hiểu và ứng dụng và quan trọng hơn hết là nó phổ
biến trên thị trường Việt Nam. Ngồi ra việc thiết kế sẽ tìm ra một phương pháp
hợp lý nhất cho phép người sử dụng có thể làm chủ được thiết bị thực tập.


CHƯƠNG IV

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI
CHO THIẾT BỊ THỰC TẬP
VXL 8085

4.1 KIẾN THỨC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI:

Ngoài các kiến thức cơ sở và chuyên ngành đã học ở trường như : Kỹ
thuật xung số, kỹ thuật mạch điện tử, vi mạch… đề tài này còn đòi hỏi các kiến
thức chuyên sâu về vi xử lý nói chung và vi xử lý 8085 nói riêng cũng như cấu


tạo, nguyên tắc hoạt động, cách thức khởi tạo và lập trình điều khiển các ngoại
vi.
Để thực hiện đề tài này ngồi việc khảo sát các linh kiện cịn phải nắm
vững một số kiến thức chính như :
- Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của VXL 8085.
- Vấn đề giao tiếp giữa VXL với bộ nhớ, giữa VXL và các IC
ngoại vi.
- Nguyên tắc thực hiện quét phím, quét hiển thị led 7 đoạn.
- Phương pháp giải mã địa chỉ.
- Ngắt trong VXL là gì? Sự cần thiết của ngắt và vấn đề ngắt ưu
tiên.
- Các bộ định thời và ứng dụng.
- Vấn đề truyền dữ liệu đồng bộ và bất đồng bộ nối tiếp theo
chuẩn RS 232 dùng vi mạch chuyên dùng 8251.
- Vấn đề truyền dữ liệu song song dùng vi mạch điều khiển vào
ra song song 8255.
- Phương pháp chuyển đổi tương tự sang số và số xung tương tự
và khảo sát ứng dụng cụ thể đối với vi mạch ADC 0809, DAC
0808.
Các kiến thức trên sẽ được ứng dụng để trình bày ở phần thiết kế cụ thể và
được giới thiệu chi tiết ở phần phụ lục.

4.2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI & XÁC ĐỊNH YÊU CẦU CỤ THỂ
CỦA CÁC KHỐI
4.2.1 Xây dựng sơ đồ khối:

Dựa trên yêu cầu cụ thể của đề tài ta có thể chia thiết bị thực tập thành các
khối chính sau:
- Khối vi xử lý trung tâm 8085.
- Khối đệm.
- Khối bộ nhớ ROM & RAM.
- Khối quét phím và hiển thị.
- Khối truyền dữ liệu nối tiếp.
- Khối truyền dữ liệu song song.
- Khối định thời và tạo xung.
- Khối chuyển đổi tương tự sang số.
- Khối chuyển đổi số sang tương tự.
- Khối giải mã địa chỉ.
- Khối chốt.
- Khối điều khiển ngắt ưu tiên.
Ở đây khối xử lý trung tâm sẽ nhận dữ liệu điều khiển từ khối bàn phím hay
các thiết bị điều khiển bên ngồi để xử lý và cho ra tín hiệu để điều khiển hoạt
động của các khối khác như hiển thị, điều khiển ghi/đọc từ khối bộ nhớ hay điều
khiển truyền dữ liệu… Như vậy khối này sẽ cấp bus địa chỉ để xác định vị trí mà
VXL sẽ liên hệ đến, bus dữ liệu để đọc hay xuất dữ liệu ra hệ thống, bus điều


khiển để cho các tín hiệu điều khiển hệ thống. Nói chung nhiệm vụ của khối này
là xử lý dữ liệu hệ thống.
Muốn nâng cao khả năng tải của các bus để đảm bảo việc ni các mạch
bên ngồi, các tín hiệu vào ra của khối xử lý trung tâm CPU cần phải được
khuếch đại thông qua khối đệm một chiều hay hai chiều. Ngõ ra của các khối
đệm thường là ngõ 3 ba trạng thái.
Vi xử lý là IC chuyên xử lý về dữ liệu, điều khiển theo một chương trình.
Muốn vi xử lý làm một cơng việc gì thì người sử dụng phải lập trình cho nó.
Chương trình là tập hợp các lệnh được cấu tạo từ những số nhị phân. Chương

trình phải được lưu trữ ở đâu để vi xử lý nhận lệnh và thi hành, đôi khi trong lúc
xử lý chương trình vi xử lý cần nơi để lưu trữ tạm thời các dữ liệu sau đó lấy ra
để tiếp tục xử lý. Nơi lưu trữ cho chương trình vi xử lý thực hiện và nơi lưu trữ
dữ liệu tạm thời dữ liệu chính là bộ nhớ. Có thể nói bộ nhớ đối với vi xử lý rất
quan trọng, vi xử lý sẽ không thực hiện được chức năng của mình nếu thiếu bộ
nhớ. Khối bộ nhớ của vi xử lý là các IC có thể đọc dữ liệu ra, ghi dữ liệu vào hay
chỉ đọc dữ liệu ra. Khối bộ nhớ sẽ nhận địa chỉ được chỉ định từ vi xử lý để chọn
ô nhớ cần truy xuất , nhận lệnh điều khiển từ vi xử lý để đưa dữ liệu ra bus dữ
liệu hay ghi dữ liệu từ bus dữ liệu vào. Tuỳ theo khả năng quản lý bộ nhớ của vi
xử lý mà khối bộ nhớ sẽ có dung lượng khác nhau.
Đưa dữ liệu vào hiển thị là một phần không thể thiếu trong việc thiết kế một
hệ thống vi xử lý. Bàn phím là một thiết bị vào rất thơng dụng trong các hệ vi xử
lý. Trong trường hợp đơn giản nhất đó có thể chỉ là một cơng tắc gắn phím (mà ta
thường chỉ quan tâm đến ký hiệu trên mặt phím) nối vào hai chân nào đó của vi
xử lý. Ở mức độ phức tạp hơn khối này có thể bao gồm hàng chục cơng tắc có
gắn phím được tổ chức theo một ma trận; phức tạp hơn nữa khối sẽ chứa một vi
xử lý chuyên dùng quản lý cả trăm cơng tắc có gắn phím với nhiệm vụ nhận ra
phím được gõ và tạo mã đưa đến cho hệ vi xử lý. Dù đơn lẻ hay là tập hợp các
phím, khi ghép nối chúng với bộ vi xử lý ta cũng phải thỏa mãn một số yêu cầu
đặc biệt để đảm bảo cả hệ thống hoạt động đúng.
Hiển thị là thiết bị đưa tin tức ra thông báo cho người sử dụng. Trong
trường hợp đơn giản đó có thể chỉ là một vài Led đơn lẻ để báo hiệu một vài
trạng thái nào đó. Phức tạp hơn, đó là các đèn Led được tổ chức thành đèn chỉ thị
bảy đoạn hoặc nhiều hơn để hiển thị các thông tin dưới dạng số hoặc chữ. Ngồi
ra CPU có thể phối ghép với khối hiển thị bằng tinh thể lỏng, màn hình bằng ống
tia điện tử hay đèn hình.
Khối hiển thị có thể hiển thị ở chế độ hiển thị tĩnh với đặc điểm khá đơn
giản về kết cấu nhưng rất tốn năng lượng: để thắp sáng các nét của đèn thì địi hỏi
phải có dịng điện liên tục đi qua. Để khắc phục nhược đểm này ta thường sử
dụng mạch phối ghép hiển thị động làm theo nguyên tắc dồn kênh: Các Led sẽ

thay nhau sáng theo một chu kỳ nhất định với cùng dữ liệu điều khiển. Công xuất
tiêu thụ nhờ thế mà giảm đi rất nhiều mà vẫn đạt được hiệu quả hiển thị. Trong
thực tế có nhiều mạch tích hợp đã được chế tạo để phối hợp với vi xử lý đảm
nhận nhiệm vụ quét phím và hiển thị ở khối bàn phím và hiển thị. Có những
mạch kết hợp các phối ghép bàn phím – hiển thị đèn Led trong một vi mạch để
tạo thuận lợi cho người sử dụng khi xây dựng các kit vi xử lý.
Trong một hệ thống vi xử lý, ngoài các phần tử nhớ (ROM,RAM) vi xử lý
cịn phải thơng tin với các ngoại vi (8253, 8255, 8251… ). Các phần tử nhớ và


các phần tử vào ra do vi xử lý quản lý đều dùng chung bus địa chỉ, bus dữ liệu và
một vài tín hiệu điều khiển từ vi xử lý. Do vậy để vi xử lý xác định nó đang cần
giao tiếp với phần tử nào tại những thời điểm khác nhau thì địi hỏi phải có một
thiết bị chỉ ra cho vi xử lý biết điều đó. Thiết bị thực hiện điều này nằm trong
khối giải mã địa chỉ. Mạch giãi mã là một trong những khâu gây ra việc trễ thời
gian của tín hiệu từ CPU tới bộ nhớ hoặc ngoại vi do đó trong khi chọn mạch nhớ
và ngoại vi ta phải tính đến. Có nhiều mạch tích hợp cũng đã được chế tạo để
thực hiện chức năng giải mã. Tùy theo quy mô của khối giải mã mà ta có thể có ở
đầu ra một hay nhiều tín hiệu chọn vỏ.
Trong thực tế mạch định thời (Timer) hay mạch trễ và mạch tạo xung rất
được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, và là mạch phụ rất quan trọng trong
các hệ vi xử lý. Trong một hệ thống vi xử lý khối định thời và tạo xung có thể
được thực hiện bằng phầm mềm nhưng khá phức tạp. Để giảm nhẹ công việc này
người ta đã tích hợp những ngoại vi có thể thực hiện chức năng trên.
Để giảm bớt khó khăn về mặt cơng nghệ do việc phải chế tạo nhiều chân
cho các tín hiệu của vi mạch xử lý trung tâm CPU, người ta đã tìm cách hạn chế
số chân của các vi mạch này bằng cách dồn kênh nhiều tín hiệu trên cùng một
chân. Do đó yêu cầu được đặt ra là phải tách các tín hiệu này như thế nào? Việc
này được thực hiện bằng cách sử dụng một khối có chứa các vi mạch có chức
năng thích hợp bên ngồi( thơng thường thì đó là các mạch chốt). Ngồi ra khối

chốt cịn có nhiệm vụ giữ lại dữ liệu để điều khiển một thiết bị hay một linh kiện
nào đó. Để hỗ trợ cho việc tách thông tin đa hợp hay điều khiển các vi mạch
trong khối chốt vi xử lý sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển phù hợp.
Việc phối ghép hệ vi xử lý và các thiết bị làm việc với các đại lượng tương
tự là một nhu cầu rất hay gặt trong thực tế đời sống cũng như trong công nghiệp.
Các phần tử mà hệ vi xử lý cần phải phối ghép thường là các đầu đo ( bộ cảm
biến hoặc bộ biến đổi ) ở đầu vào và các cơ cấu chấp hành ở đầu ra. Cơ cấu chấp
hành thường là loại số hay tương tự . Cơ cấu chấp hành số thường là các khóa
điện tử dùng để đóng ngắt các mạch cấp điện cho phần tử cần điều khiển, vì vậy
cơ cấu này chỉ cầ cấp tín hiệu logic thích hợp là được. Cịn các cơ cấu chấp hành
tương tự thì cần phải được nối với vi xử lý thông qua các bộ chuyển đổi số sanh
tương tự DAC và mạch khuếch đại công suất để thực hiên các thao tác do vi xử
lý đưa đến. Để ghép nối với các thiết bị như vậy vi xử lý cần phải thông qua các
khối chuyển đổi số sang tương tự và tương tự sang số.
Người ta rất muốn tận dụng khả năng của vi xử lý để thực hiện nhiều cơng
việc. Do đó dã chế tạo các đường tín hiệu điều khiển yêu cầu vi xử lý tạm dừng
công việc đang thực hiện để thực hiện một công việc khác.khi công việc này thực
hiện xong thì mới quay về thực hiện tiếp cơng việc đang gián đoạn, cách làm việc
theo kiểu này gọi là ngắt vi xử lý để trao đổ dữ liệu. Thông thường các tín hiệu
để xác định vi xử lý làm việc theo kiểu này đã được thiết kế tích hợp bên trong vi
xử lý. Tùy theo khả năng của từng bộ xử lý trung tâm mà cho các yêu cầu ngắt
nhiều hay ít. Đơi khi để mở rộng thêm các yêu cầu ngắt khối xử lý trung tâm còn
phải ghép nối với khối mở rộng ưu tiên ngắt bên ngoài thơng qua các tín hiệu
điều khiển.
Vấn đề truyền dữ liệu cũng được đề cập nhiều trong hệ vi xử lý. Hai phương
pháp truyền dữ liệu rất thường gặp trong thực tế là phương pháp truyền dữ liệu
nối tiếp và phương pháp truyền dữ liệu song song. Ưu điểm của việc truyền song


song là tốc độ truyền nhanh do truyền tất cả các bit của một ký tự cùng một lúc.

Tuy nhiên đòi hỏi nhiều đường truyền và khoảng cách truyền gần. Để khắc phục
vấn đề này phương thức truyền nối tiếp ra đời. Phương pháp này địi hỏi đường
truyền ít hơn và truyển đi được xa hơn; tuy nhiên tốc độ chậm hơn do phải truyền
tuần tự từng bit của một ký tự. Để phục vụ cho khối truyền dữ liệu người ta đã
chế tạo nhiều mạch tích hợp chuyên dùng. Các mạch tích hợp này sẽ kết hợp với
vi xử lý giải quyết các vấn đề phối ghép truyền thông tin rất hiệu quả.
4.2.2 Yêu cầu cụ thể của các khối:
Nhiệm vụ của khối xử lý dữ liệu hệ thống sẽ do vi xử lý 8 bit 8085 đảm
nhận. Vi xử lý 8085 sẽ được kết nối sao cho có thể cho phép người sử dụng thực
hiện được các chức năng xử lý dữ liệu của mình đối với hệ thống .
Khối đệm dữ liệu phải đảm bảo đủ năng lượng để cung cấp cho các tải logic
của hệ thống. Yêu cầu của hệ thống đối với khối này là phải đảm bảo khả năng
lái của tuyến dữ liệu, tuyến địa chỉ và các tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung
tâm cũng như các tín hiệu điều khiển khác liên quan. Tuyến dữ liệu phải đệm hai
chiều còn các tín hiệu khác chỉ cần đệm một chiều.
Khối bộ nhớ được yêu cầu dung lượng nhớ là: 16 K Byte cho ROM hệ
thống và chưa các chương trình tiện ích, 16K byte cho RAM để lưu trữ tạm dữ
liệu xử lý, một socket mở rộng bộ nhớ 8 K có thể là RAM hay ROM hệ thống.
Khối bàn phím và hiển thị phải cung cấp đủ một ma trận gồm 31 phím và 16
led hiển thị 7 đoạn Anode chung. Ngồi ra có thể mở rộng số lượng phím lên 64
phím ở bên ngồi. Việc qt bàn phím có thể thực hiện theo kiểu ngắt hay hỏi
vòng (polling), việc hiển thị có thể thực hiện nhiều kiểu hiển thị như vào trái hay
vào phải có hay khơng tăng tự động hiển thị. IC ngoại vi thực hiện các chức năng
trên cho khối này là 8279.
Khối truyền dữ liệu nối tiếp thì phải cho phép người sử dụng truyền được
dữ liệu đồng bộ hay bất đồng bộ, có thể khống chế được tốc độ truyền bằng cách
lập trình xung nhịp truyền dữ liệu, có khả năng giao tiếp với máy tính qua cổng
COM theo tiêu chuẩn RS 232. Ngoại vi thực hiện khối năng sẽ là 8251A của
Intel và IC kích phát thu theo chuẩn RS 232 là MC 1488 và MC 1489. Khối
truyền dữ liệu song song cũng theo tiêu chuẩn RS 232 có thể giao tiếp với máy

tính qua cổng máy in hay giao tiếp với thiết bị thực tập khác. Ngoại vi sử dụng là
8255 ngoài chức năng giao tiếp còn cho phép sử dụng các chức năng khác như:
chuyển đổi tương tự sang số, quét phím, quét hiển thị…
Khối định thời và tạo xung cho phép lập trình điều khiển được phầm mềm
để cho xung nhịp chuẩn cho khối truyền dữ liệu nối tiếp, cũng như xung clock sử
dụng cho mục đích thí nghiệm khác. Khối này sử dụng hai ngoại vi 8253. Một sử
dụng để thực hiện cho phần cứng hệ thống và một cho phép người sử dụng can
thiệp vào tìm hiểu.
Khối chuyển đổi tương tự sang số với yêu cầu là chuyển đổi được tín hiệu
tương tự thành số 8 bit, có 8 ngõ vào tương tự có thể lựa chọn được. Khối này sử
dụng vi mạch chuyển đổi 8 bit ADC 0809 được kết nối trực tiếp với khối xử lý
trung tâm.
Khối chuyển đổi số sang tương tự dùng vi mạch chuyển đổi 8 bit DAC 0808
sao cho có thể chuyển đổi tín hiệu số 8 bit thành tín hiệu tương tự ở ngõ ra với
điện áp nhỏ hơn 5v.


Khối giải mã địa chỉ cần thiết phải đủ đầu ra để chọn bộ nhớ và các IC
ngoại vi. Ở đây nó phải đáp ứng được 8 ngõ ra cho IC ngoại vi và 6 đầu ra theo
kiểu bộ nhớ.
Khối chốt phải tách được địa chỉ và dữ liệu đa hợp thành địa chỉ thấp và dữ
liệu, cũng như chốt dữ liệu để điều khiển khối chuyển đổi số sang tương tự. Từ
các yêu cầu trên ta có thể đưa ra sơ đồ kết nối các khối chi tiết như hình 4.1.