Ch­¬ng iv: c¸c thiÕt bÞ vµo ra

1. Ngắt và bộ điều khiển ngắt PIC 8259:

Hệ thống ngắt cứng:

- CPU được thiết kế để đáp ứng được với các quá trình ngắt cứng. CPU có một đầu vào nhận tín hiệu ngắt INT, khi nhận được tín hiệu này CPU sẽ phản ứng theo cơ chế ngắt cứng Trong thực tế có nhiều thiết bị ngoại vi yêu cầu được phục vụ theo phương pháp ngắt cứng (bàn phím, đồng hồ hệ thống, máy in, v.v..) và sinh ra nhiều yêu cầu ngắt, do vậy cần có một bộ điều khiển giúp CPU quản lý và phục vụ các yêu cầu ngắt, đó là bộ điều khiển ngắt PIC. Cấu trúc của hệ thống ngắt cứng như sau:

- Hệ thống ngắt cứng được xây dựng trên cơ sở 2 bộ điều khiển ngắt PIC 8259, mỗi PIC 8259 có thể nhận 8 tín hiệu yêu cầu ngắt IRQ từ thiết bị vào/ra. Hai PIC này được kết nối với nhau theo kiểu ghép tầng (chủ/thợ tức là tín hiệu đầu ra INT của PIC thợ được nối với yêu cầu ngắt IRQ2 của PIC chủ), kết hợp hoạt động để có thể phục vụ được 16 yêu cầu ngắt IRQ.  Chức năng cơ bản của PIC 8259, PIC 8259 là một vi mạch điện tử khả trình được thiết kế giúp CPU thực hiện quá trình ngắt cứng, PIC 8259 thực hiện các chức năng sau:  + Ghi nhận được 8 yêu cầu ngắt IRQi. Số ngắt này đại diện cho địa chỉ của chương trình con phục vụ thiết bị yêu cầu ngắt IRQi. + Cho phép chọn và phục vụ các yêu cầu ngắt theo mức ưu tiên  + Cung cấp cho CPU số ngắt tương ứng với yêu cầu ngắt IRQi. Số ngắt này đại diện cho địa chỉ của chương trình con phục vụ thiết bị yêu cầu ngắt IRQi.  + Cho phép hoặc không cho phép các yêu cầu IRQi kích hoạt hệ thống ngắt.

Cơ chế hoạt động của hệ thống ngắt cứng:  

- Điều kiện ban đầu: PIC 8259 cần được lập trình khởi động qua các từ điều khiển ICW. Sau khi các từ điều khiển ICW được nạp thì PIC8259 sẵn sàng hoạt động. - Một hoặc nhiều thiết bị vào - ra có yêu cầu được phục vụ phát tín hiệu IRQi = "1" (mức tích cực) cho PIC. PIC ghi nhận các yêu cầu ngắt IRQi này bằng cách đặt các bit IRRi tương ứng lên "1". - PIC 8259 chọn IRQi có mức ưu tiên cao nhất để phục vụ. PIC gửi tín hiệu INT cho CPU, đòi CPU phục vụ.

- CPU thực hiện các thao tác sau: + Thực hiện nốt lệnh của quá trình hiện hành. + Lưu địa chỉ trở về (nội dung của các thanh ghi CS, IP) và thanh ghi cờ FLAGS vào ngăn xếp. + Gửi hai tín hiệu trả lời ngắt INTA cho PIC.

- Khi PIC 8259 nhận được tín hiệu INTA thứ 1: bit ISRi ứng với IRQi có mức  ưu tiên cao nhất  được thiết lập  (ISRi  =  1) và bit IRRi tương ứng bị xoá (IRRi=0). Trong chu kỳ INTA thứ nhất này PIC 8259 không gửi gì cho CPU qua BUS dữ liệu.

- Khi PIC  8259 nhận  được tín hiệu INTA thứ  2: PIC  8259 gửi số ngắt tương ứng với IRQi đang được phục vụ qua BUS dữ liệu cho CPU.

- CPU nhận số ngắt và trên cơ sở số ngắt này vào vị trí tương ứng trong Bảng véctơ ngắt để xác định địa chỉ của chương trình phục vụ ngắt. CPU nạp địa chỉ chương trình phục vụ ngắt vào các thanh ghi CS và IP và bắt đầu thực hiện chương trình phục vụ ngắt này.

- Khi thực hiện xong chương trình phục vụ ngắt (khi CPU thực hiện lệnh IRET) thì quá trình phục vụ ngắt của CPU cũng kết thúc. CPU khôi phục địa chỉ trở về vào các thanh ghi CS, IP, khôi phục nội dung thanh ghi FLAGS và tiếp tục thực hiện quá trình vừa bị ngắt.

- Hệ thống ngắt cứng có thể kết thúc phục vụ ngắt hiện thời theo hai chế độ: độ kết thúc ngắt bình thường EOI thì CPU phải phát lệnh báo kết thúc ngắt EOI (qua từ điều khiển OCW2) cho PIC trước khi rời khỏi chương trình con phục vụ ngắt. Khi đó bit ISRi  của ngắt đang được phục vụ sẽ được đặt xuống 0.

- Kết thúc ngắt tự động AEOI (Automatic EOI): khi PIC được đặt chế độ kết thúc ngắt tự động AEOI thì tại chu kỳ INTA thứ 2 bit ISRi của ngắt đang được phục vụ sẽ được đặt xuống 0.  

4.2.1. Bàn phím

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

- Bàn phím là thiết bị ngoại vi cho phép đưa thông tin vào máy tính dưới

dạng mã ký tự. Bàn phím thực hiện các chức năng chuyển thông tin dạng lực

nhấn phím và vị trí của phím được nhấn thành mã phím và chuyển cho máy tính.

Bàn phím gồm hai bộ phận chính là ma trận phím và mạch điện tử quét phím.

- Ma trận phím là tổ hợp các phím nhấn được sắp xếp theo các hàng và cột.

Phím nhấn có cấu trúc cơ điện như sau:

Bình thường phím luôn ở trạng thái nhả, khi phím nhả thì hai tiếp điểm không được nối với nhau, đầu ra có mức điện áp dương tương ứng với mức logic 1. Khi phím được nhấn thì hai tiếp điểm được nối với nhau qua công tắc phím và đầu ra có mức điện áp bằng 0V tương ứng mức logic 0.

+ Mạch điện tử quét là một vi xử lý của bàn phím: Nếu 1 phím được nhấn công tắc sẽ đóng mạch tiếp xúc điện giữa các dây hàng và cột. Khi này bộ vi xử lý (8048) của bàn phím sẽ xác định phím nào được nhấn dựa vào thông tin tọa độ của phím nhấn đóà Một mã các bit gọi là mã quét (mã phím) được chuyển về vi xử lý.