SISTEMA DI CONTROLLO

Circuito dicontrollo

trasduttori attuatori

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

DISPOSITIVIIN/OUT CPU MEMORIA

BUS DATI

BUS INDIRIZZI

BUS CONTROLLI

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

A15

CLK

D4

D6

Vcc

D2

D1INT

NMI

HALT

MREQ

IORQ

D7

D0

D3

D5

A12

A13

A14

A10

A9

A9A8

A6

A5

A4

A3A2A1

A0

GND

RFSH

M1

RESET

A7

BUSREQ

WAIT

BUSACK

WR

RD

MICROZ80

MICROPROCESSORE Z80: blocchi fondamentali

bus dati interno

bufferdati

A.L.U. accum.

decod.istruz.

logica di controlloe temporizzazione

reg.interni

cont.prog.

stack poin.

reg.ind.mem.

buffer

bus dati

bus indirizzi

bus controlli

flag

reg.istruz.

CLOCK

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 flip-flop 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

C1 C2XTAL

microprocessore

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' ESSERE

ESPRESSA IN VARIE FORME :– IN CODICE MACCHINA (codice oggetto)

– IN CODICE ASSEMBLER (codice sorgente)

STRUTTURA DI UNA ISTRUZIONE

COD .OP

COD .OP

COD .OP

DATO/COD.DISP

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

• NELLA EPROM ( 27C256 A 8 BIT DI 32K) SI SUPPONEMEMORIZZATO IL PROGRAMMA DA SVOLGERE. ESSAE’ COLLEGATA AL BUS DATI, INDIRIZZI NONCHE’ AIPIEDINI DI CONTROLLO MEMRQ E RD

• LA PORTA DI USCITA (74HC374 COSTITUITO DA 8 FF TIPOD PET) E’ COLLEGATA AL BUS DATI ED AI PIEDINI DICONTROLLO IORQ E WR

• LA PORTA DI INGRESSO (74HC244 COSTITUITO DA 8BUFFER DRIVER CON ENABLE) E’ COLLEGATA AL BUSDATI ED AI PIEDINI DI CONTROLLO IORQ E RD

• IL CIRCUITO RC COLLEGATO AL RESET HA LAFUNZIONE DI RESETTARE IL MICROPROCESSOREALL’ATTO DELL’ACCENSIONE

COMPONENTI HARDWARE

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

SUPPONIAMO CHE DEBBA ESSERE ESEGUITO ILSEGUENTE PROGRAMMA:

CODICE ASSEMBLER CODICE ESADECIMALE

• LD A,0F HEX 3E 0F

• OUT (00HEX), A D3 00

• LA PRIMA ISTRUZIONE CARICA NELL’ACCUMULATOREIL DATO ESADECIMALE 0F

• LA SECONDA ISTRUZIONE TRASFERISCE IL CONTENUTODELL’ACCUMULATORE SULLA PORTA DI USCITA

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

• ALL’ATTO DELL’ACCENSIONE IL RESET AUTOMATICO INDIRIZZAIL PC SULLA LOCAZIONE 0000HEX DELLA EPROM

• SUCCESSIVAMENTE I PIEDINI MEMRQ E RD VANNO BASSI E ILCONTENUTO DELLA MEMORIA VIENE TRASFERITO AL MICRO

• IL MICRO INTERPRETA IL CODICE OPERATIVO E CARICA IL BYTEDELLA LOCAZIONE DI MEMORIA 0001HEX NELL’ACCUMULATORE

• IL PC PUNTA ORA ALLA LOCAZIONE 0002HEX; IL CONTENUTO DIQUESTA (D3) VIENE TRASFERITO NEL MICRO E INTERPRETATOCOME UN TRASFERIMENTO DEL CONTENUTO DELL’ ACCUMU--LATORE NELLA PORTA DI USCITA DI INDIRIZZO 00

• A TALE SCOPO VENGONO ATTIVATI I PIEDINI IORQ E WR; ILCONTENUTO DELL’ACCUMULATORE VIENE POSTO SUL BUS DATIE 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

INPUT=00

ACCENDI I LED0-2-4-6

ACCENDI I LED0-1-2-3

NO SI

IL PROGRAMMA ASSEMBLER

START: IN A,(00H) LEGGI LA PORTA DI INGRESSO

CP 00H CONFRONTA CON 00H

JP Z,P1 SALTA A P1 SE E’ 00H

LD A,AAH CARICA L’ACCUMULATORE CON AA

OUT (00H),A SCARICA IL CONTENUTO SULLA PORTA 00

JP START ESEGUI UNA NUOVA LETTURA

P1: LD A,F0H CARICA L’ACCUMULATORE CON F0

OUT (00H),A SCARICA IL CONTENUTO SULLA PORTA 00

JP START 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

D0-D7

A13

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

EPROM 8K*8

RAM 8K*8

0000H

1FFFH

2000H

3FFFH

4000H

FFFFH