SISTEMA DI CONTROLLO

SISTEMA DI CONTROLLO
trasduttori
attuatori
Circuito di
controllo
SEGNALE DIGITALE E
ANALOGICO
• SEGNALE DI TIPO ANALOGICO
l'informazione è contenuta nei valori istantanei del
segnale
• SEGNALE DI TIPO DIGITALE
l'informazione è di tipo binario e quindi
caratterizzata da una banda discreta di valori
DISPOSITIVI IN LOGICA
CABLATA
UN PROBLEMA DI TIPO LOGICO PUO' ESSERE RISOLTO :
• UTILIZZANDO COMPONENTI DIGITALI DI TIPO
COMBINATORIO O SEQUENZIALE TRA LORO
OPPORTUNAMENTE
COLLEGATI
(LOGICA
CABLATA)
DISPOSITIVI IN LOGICA
PROGRAMMATA
UN PROBLEMA DI TIPO LOGICO PUO' ESSERE RISOLTO :
• RICORRENDO A DISPOSITIVI CHE VENGONO
OPPORTUNAMENTE
PROGRAMMATI
PER
SVOLGERE QUELLA DETERMINATA FUNZIONE
(LOGICA PROGRAMMATA)
SISTEMA IN LOGICA PROGRAMMATA
CONSIDERAZIONI
IL SISTEMA COMPRENDE:
• UN GENERATORE DI CLOCK
• UN CONTATORE
• UNA EPROM PROGRAMMATA
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
• NELLA EPROM VENGONO MEMORIZZATI I BIT
CORRISPONDENTI ALLO STATO DEI LED CHE SI VUOLE
ACCENDERE
• IL CONTATORE PUNTA ALLE PRIME 16 LOCAZIONI DI
MEMORIA CIASCUNA DI 8 BIT
• VENGONO INDIRIZZATE CELLE CONSEGUENTI GRAZIE
AL SEGNALE DI CLOCK APPLICATO AL CONTATORE
• MODIFICANDO IL CONTENUTO DELLA EPROM (IL
SOFTWARE) CAMBIERA’ LA SEQUENZA DI ACCENSIONE
DEI LED E QUESTO SENZA MODIFICARE L’HARDWARE
MICROPROCESSORE :
campi di appicazione
• ELETTRONICA DI CONSUMO
–
CALCOLATRICI, OROLOGI, VIDEOGIOCHI, APP.
FOTOGRAFICHE
• INDUSTRIA
–
COMPUTER, ROBOTICA , TELEFONIA, CONTROLLO
PROCESSI, MACCHINE A CONTROLLO NUMERICO
• STRUMENTAZIONE
–
STRUM. LABORATORIO, ELETTROMEDICALI, SISTEMI
PUNTAMENTO D'ARMA E SICUREZZA
• COMMERCIO
–
FOTOCOPIATRICI, FAX, TERMINALI RETI, APP.
BANCARIE,DISTRIBUTORI AUTOMATICI
SCHEDA A MICROPROCESSORE
BUS INDIRIZZI
DISPOSITIVI
IN/OUT
CPU
BUS DATI
BUS CONTROLLI
MEMORIA
IL MODELLO DI VON NEUMANN
LA STRUTTURA A BUS
IL COMPUTER E’ CARATTERIZZATO DALLA PRESENZA DI TRE TIPI DI
BUS:
• IL
BUS DATI
• IL BUS INDIRIZZI
• IL BUS CONTROLLI
MICROPROCESSORE:
IL BUS DATI
• attraverso il bus dati scorrono le informazioni
che possono essere dati da processare o
istruzioni di programma.
IL BUS DATI
IL BUS DATI
MICROPROCESSORE:
IL BUS INDIRIZZI
•
è
un
collegamento
unidirezionale
dal
microprocessore alle altre unità del sistema che
permette la comunicazione dal o verso il micro.
IL BUS INDIRIZZI
IL BUS INDIRIZZI
IL BUS INDIRIZZI
MICROPROCESSORE:
IL BUS CONTROLLI
• è l'insieme di conduttori che collegano i vari
blocchi che compongono il microprocessore e
permettono di controllare la funzionalità di
ciascun blocco
LE LINEE DI CONTROLLO: IL CLOCK
L’ARCHITETTURA DEI MICROPROCESSORI
TABELLA RIASSUNTIVA CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEI MICRO-P.
IL MICROPROCESSORE Z80
A11
A10
A12
A9
A13
A8A9
A7
A14
A15
CLK
D4
D3
D5
D6
Vcc
A6
A5
A4
MICRO
Z80
A3
A2
A1
A0
GND
D2
D7
RFSH
D0
M1
D1
INT
RESET
BUSREQ
NMI
WAIT
HALT
BUSACK
MREQ
WR
IORQ
RD
MICROPROCESSORE Z80:
blocchi fondamentali
buffer
dati
flag
bus dati
bus dati interno
reg.
istruz.
A.L.U.
accum.
reg.interni
cont.prog.
decod.
istruz.
CLOCK
stack poin.
reg.ind.mem.
logica di controllo
e temporizzazione
buffer
bus indirizzi
bus controlli
A.L.U.
A.L.U. è l'acronimo di Unita' Aritmetico Logica
• questa unità esegue operazioni aritmetiche e
logiche su uno o due operandi contenuti
temporaneamente nei registri
• l' ALU è collegata direttamente sia al registro
accumulatore che a quello di stato (flag).
REGISTRI
• Un registro è costituito da un insieme di flipflop
dove
è
possibile
memorizzare
temporaneamente un dato.
• i registri più importanti sono:
l'accumulatore,quello di stato,il contatore
programma, il registro istruzioni,quello di
indirizzi di memoria , lo stack pointer e i
registri di uso generale.
• Ciascun registro ha una capacità di 8 o 16 bit.
LOGICA DI CONTROLLO
• Tale blocco permette a tutte le parti del micro di
lavorare nella corretta sequenza temporale.
• La funzione principale è quella di decodificare
ciascuna istruzione di programma ed emettere i
segnali di controllo per eseguire tale istruzione.
• Da essa dipartono tutti i segnali del bus di
controllo interno ed esterno.
IL MICRO Z80
LINEE CONTROLLO SISTEMA
•
•
•
•
•
•
M1
MREQ
IOREQ
RD
WR
RFSH
LINEE CONTROLLO CPU
•
•
•
•
•
HALT
WAIT
NMI
INT
RESET
LINEE CONTROLLO BUS
• BUSREQ
• BUSACK
TEMPORIZZAZIONI
microprocessore
C1
XTAL
C2
TEMPORIZZAZIONI
• L' ESECUZIONE DI UNA ISTRUZIONE
PREVEDE DUE FASI:
– FASE DI FETCH
– FASE DI EXECUTE
• IL CICLO DI ISTRUZIONE E' COSTITUITO DA
UNA SEQUENZA DI PASSI DETTA CICLO
MACCHINA
CICLI DI LETTURA CODICE OP.
CICLI DI LETTURA E SCRITTURA
MICROPROCESSORE :
set di istruzioni
• UNA ISTRUZIONE E' COSTITUITA DA UN
GRUPPO DI CARATTERI CHE DETERMINANO
UNA SPECIFICA OPERAZIONE.
• CIASCUNA
ISTRUZIONE
PUO'
ESPRESSA IN VARIE FORME :
ESSERE
– IN CODICE MACCHINA
(codice oggetto)
– IN CODICE ASSEMBLER
(codice sorgente)
STRUTTURA DI UNA
ISTRUZIONE
COD .OP
COD .OP
DATO/COD.DISP
COD .OP
DATO/IND
DATO/IND
ESEMPIO DI ISTRUZIONI
• 3C
INC A
incrementa di 1 il
contenuto
dell'accumulatore
• 3E(B2)
LD A,dato
carica
nell'accumulatore
il dato b2
• C3(B2)(B3)
JP addr
salto all'indirizzo
di memoria b3b2
MICROPROCESSORE :
istruzioni fondamentali
• TRASFERIMENTO DATI
• ARITMETICO- LOGICHE
• SALTO CHIAMATA E RITORNO
• MANIPOLAZIONE DEI BIT
• ROTAZIONE E SCORRIMENTO
• DI I/O E CONTROLLO MACCHINA
UN SISTEMA MINIMO A MICROPROCESSORE
ESSO COMPRENDE:
•
•
•
•
•
UN ALIMENTATORE
UN CLOCK
UNA MEMORIA EPROM
UNA PORTA D’INGRESSO
UNA PORTA DI USCITA
COMPONENTI HARDWARE
•
•
•
•
NELLA EPROM ( 27C256 A 8 BIT DI 32K) SI SUPPONE
MEMORIZZATO IL PROGRAMMA DA SVOLGERE. ESSA
E’ COLLEGATA AL BUS DATI, INDIRIZZI NONCHE’ AI
PIEDINI DI CONTROLLO MEMRQ E RD
LA PORTA DI USCITA (74HC374 COSTITUITO DA 8 FF TIPO
D PET) E’ COLLEGATA AL BUS DATI ED AI PIEDINI DI
CONTROLLO IORQ E WR
LA PORTA DI INGRESSO (74HC244 COSTITUITO DA 8
BUFFER DRIVER CON ENABLE) E’ COLLEGATA AL BUS
DATI ED AI PIEDINI DI CONTROLLO IORQ E RD
IL CIRCUITO RC COLLEGATO AL RESET HA LA
FUNZIONE DI RESETTARE IL MICROPROCESSORE
ALL’ATTO DELL’ACCENSIONE
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
SUPPONIAMO CHE DEBBA ESSERE ESEGUITO IL
SEGUENTE PROGRAMMA:
CODICE ASSEMBLER CODICE ESADECIMALE
• LD A,0F HEX
3E 0F
• OUT (00HEX), A
D3 00
•
•
LA PRIMA ISTRUZIONE CARICA NELL’ACCUMULATORE
IL DATO ESADECIMALE 0F
LA SECONDA ISTRUZIONE TRASFERISCE IL CONTENUTO
DELL’ACCUMULATORE SULLA PORTA DI USCITA
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
•
•
•
•
•
ALL’ATTO DELL’ACCENSIONE IL RESET AUTOMATICO INDIRIZZA
IL PC SULLA LOCAZIONE 0000HEX DELLA EPROM
SUCCESSIVAMENTE I PIEDINI MEMRQ E RD VANNO BASSI E IL
CONTENUTO DELLA MEMORIA VIENE TRASFERITO AL MICRO
IL MICRO INTERPRETA IL CODICE OPERATIVO E CARICA IL BYTE
DELLA LOCAZIONE DI MEMORIA 0001HEX NELL’ACCUMULATORE
IL PC PUNTA ORA ALLA LOCAZIONE 0002HEX; IL CONTENUTO DI
QUESTA (D3) VIENE TRASFERITO NEL MICRO E INTERPRETATO
COME UN TRASFERIMENTO DEL CONTENUTO DELL’ ACCUMU-LATORE NELLA PORTA DI USCITA DI INDIRIZZO 00
A TALE SCOPO VENGONO ATTIVATI I PIEDINI IORQ E WR; IL
CONTENUTO DELL’ACCUMULATORE VIENE POSTO SUL BUS DATI
E TRASFERITO IN USCITA
PROGRAMMA DI I/O
NOTE:
• QUANDO SI ESEGUE UN PROGRAMMA
CONVIENE INIZIALMENTE TRACCIARE IL
DIAGRAMMA DI FLUSSO CHE RIASSUME LE
OPERAZIONI LOGICHE CHE BISOGNA
SVOLGERE
• SUCCESSIVAMENTE SI TRASCRIVE IL
PROGRAMMA ASSEMBLER E OVE
NECESSARIO QUELLO IN CODICE MACCHINA
IL DIAGRAMMA DI FLUSSO
START
LEGGI L’INGRESSO
NO
SI
INPUT=00
ACCENDI I LED
0-2-4-6
ACCENDI I LED
0-1-2-3
IL PROGRAMMA ASSEMBLER
START: IN A,(00H)
CP 00H
JP Z,P1
LD A,AAH
OUT (00H),A
JP START
P1:
LD A,F0H
OUT (00H),A
JP START
LEGGI LA PORTA DI INGRESSO
CONFRONTA CON 00H
SALTA A P1 SE E’ 00H
CARICA L’ACCUMULATORE CON AA
SCARICA IL CONTENUTO SULLA PORTA 00
ESEGUI UNA NUOVA LETTURA
CARICA L’ACCUMULATORE CON F0
SCARICA IL CONTENUTO SULLA PORTA 00
RITORNA ALL’INIZIO
IL FOGLIO ASSEMBLER
DB00
FE00
CA0E00
3EAA
D300
C30000
3EF0
D300
C30000
ORGANIZZAZIONE DELLA MEMORIA
IN UN SISTEMA A MICROPROCESSORE POSSONO COESISTERE:
• UNA
MEMORIA EPROM NON VOLATILE DOVE
VIENE CONSERVATO IL PROGRAMMA
PRINCIPALE E QUELLO DI GESTIONE
DELLE
PERIFERICHE
• UNA MEMORIA RAM VOLATILE DOVE VENGONO
SCRITTI I DATI O EVENTUALI PROGRAMMI
TEMPORANEI
COLLEGAMENTI
A0-A12
A13
A13
D0-D7
A13
OSSERVAZIONI
• LE DUE MEMORIE HANNO IN QUESTO CASO LA
STESSA CAPACITA’ PARI A 8Kbytes
• I PIEDINI DI CONTROLLO SONO GLI STESSI
SOLO CHE PER LA RAM E’ UTILIZZATA ANCHE
LA LINEA WR
• PER INDIRIZZARE 8192 CELLE DA 8BIT SONO
NECESSARI 13 PIEDINI (A0-A12)
• IL PIEDINO A13 VIENE UTILIZZATO PER
SELEZIONARE LA EPROM (A13=0) O LA RAM
(A13=1)
INDIRIZZI
IN QUESTO MODO :
• ALLA EPROM COMPETONO GLI INDIRIZZI DI
CELLA COMPRESI TRA
0000H-1FFFH
• ALLA RAM COMPETONO GLI INDIRIZZI DI
CELLA COMPRESI TRA
2000H-3FFFH
MAPPA DELLA MEMORIA
0000H
EPROM 8K*8
1FFFH
2000H
RAM 8K*8
3FFFH
4000H
FFFFH