SISTEMA DI CONTROLLO Circuito di controllo trasduttori attuatori.
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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