Giáo trình kỹ thuật vi xử lý trung cấp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng

Giáo trình kỹ thuật về kỹ thuật vi xử lý trung cấp, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Tác giả: Trần Công Tiến
• Trường học: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình Kỹ Thuật Vi Xử Lý Trung Cấp
• Loại tài liệu: Tài Liệu Lưu Hành Nội Bộ
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kỹ thuật vi xử lý trung cấp

Giáo trình kỹ thuật vi xử lý trung cấp là tài liệu quan trọng trong việc đào tạo sinh viên ngành công nghệ thông tin và điện tử. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản về kỹ thuật vi xử lý, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm và nguyên lý hoạt động của hệ thống vi xử lý. Nội dung giáo trình bao gồm các chủ đề như cấu trúc vi xử lý, lập trình vi xử lý, và ứng dụng thực tiễn trong các hệ thống nhúng.

1.1. Nội dung chính của giáo trình kỹ thuật vi xử lý

Giáo trình bao gồm các phần như: cấu trúc và nguyên lý hoạt động của vi xử lý, các loại mạch điện tử liên quan, và các phương pháp lập trình. Mỗi phần đều được trình bày rõ ràng, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật vi xử lý.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình kỹ thuật vi xử lý

Giáo trình này chủ yếu dành cho sinh viên ngành công nghệ thông tin, điện tử, và các chuyên ngành liên quan. Ngoài ra, nó cũng hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về kỹ thuật vi xử lý và ứng dụng của nó trong thực tiễn.

II. Thách thức trong việc học kỹ thuật vi xử lý trung cấp

Học kỹ thuật vi xử lý không phải là điều dễ dàng. Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc hiểu các khái niệm phức tạp và áp dụng chúng vào thực tế. Một trong những thách thức lớn nhất là việc thiếu tài liệu tham khảo và thực hành. Điều này dẫn đến việc sinh viên không thể nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

2.1. Khó khăn trong việc tiếp cận kiến thức

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc tiếp cận các tài liệu học tập chất lượng. Việc thiếu các ví dụ thực tế và bài tập thực hành cũng làm giảm khả năng hiểu biết của họ về kỹ thuật vi xử lý.

2.2. Thiếu kinh nghiệm thực hành

Việc thiếu các phòng thí nghiệm và thiết bị thực hành cũng là một thách thức lớn. Sinh viên cần có cơ hội thực hành để áp dụng lý thuyết vào thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng lập trình và thiết kế hệ thống nhúng.

III. Phương pháp học hiệu quả trong kỹ thuật vi xử lý trung cấp

Để vượt qua các thách thức trong việc học kỹ thuật vi xử lý, sinh viên cần áp dụng các phương pháp học tập hiệu quả. Việc kết hợp lý thuyết với thực hành là rất quan trọng. Ngoài ra, việc tham gia các khóa học bổ sung và tìm kiếm tài liệu trực tuyến cũng giúp nâng cao kiến thức.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành

Sinh viên nên tham gia các dự án thực tế để áp dụng kiến thức đã học. Việc thực hành trên các hệ thống nhúng sẽ giúp họ hiểu rõ hơn về cách hoạt động của kỹ thuật vi xử lý.

3.2. Tìm kiếm tài liệu học tập bổ sung

Ngoài giáo trình chính, sinh viên nên tìm kiếm các tài liệu học tập bổ sung từ các nguồn uy tín. Các khóa học trực tuyến và video hướng dẫn cũng là những nguồn tài liệu quý giá.

IV. Ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật vi xử lý trung cấp

Kỹ thuật vi xử lý có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, từ các thiết bị điện tử tiêu dùng đến các hệ thống công nghiệp. Việc hiểu rõ về kỹ thuật vi xử lý giúp sinh viên có thể phát triển các sản phẩm công nghệ mới và cải tiến quy trình sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng

Các sản phẩm như điện thoại thông minh, máy tính bảng, và thiết bị gia dụng đều sử dụng kỹ thuật vi xử lý. Việc nắm vững kiến thức này giúp sinh viên có thể tham gia vào ngành công nghiệp công nghệ cao.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống công nghiệp

Trong ngành công nghiệp, kỹ thuật vi xử lý được sử dụng để điều khiển máy móc, tự động hóa quy trình sản xuất, và thu thập dữ liệu. Điều này mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên.

V. Kết luận và tương lai của kỹ thuật vi xử lý trung cấp

Kỹ thuật vi xử lý trung cấp đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho ngành công nghệ thông tin và điện tử. Tương lai của lĩnh vực này rất hứa hẹn với sự phát triển không ngừng của công nghệ. Sinh viên cần nắm vững kiến thức và kỹ năng để đáp ứng nhu cầu thị trường.

5.1. Tương lai của ngành kỹ thuật vi xử lý

Với sự phát triển của công nghệ, kỹ thuật vi xử lý sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) sẽ tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho sinh viên.

5.2. Cơ hội nghề nghiệp trong lĩnh vực kỹ thuật vi xử lý

Sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật vi xử lý có thể làm việc trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thiết kế sản phẩm đến phát triển phần mềm. Nhu cầu về nhân lực trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục tăng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý do Kỹ sư Trần Công Tiến chủ biên, được phát hành dưới dạng tài liệu lưu hành nội bộ của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng, trực thuộc Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh. Tài liệu được thiết kế chuyên biệt cho học sinh hệ Trung cấp chuyên nghiệp (TCCN), chuyên ngành Điện tử Công nghiệp. Trong chương trình đào tạo kỹ thuật điện tử, môn học Kỹ thuật vi xử lý giữ vị trí chuyên ngành cốt lõi, cung cấp cơ sở lý thuyết và thực hành để học sinh khảo sát các mạch vi xử lý, thiết bị máy vi tính và các hệ thống điều khiển tự động.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ trong phần mở đầu: trang bị cho người học khối kiến thức cơ bản về hệ thống vi xử lý, các loại bộ nhớ bán dẫn, nguyên lý làm việc của từng khối chức năng phần cứng và phương pháp lập trình điều khiển. Việc hoàn thành môn học này tạo nền tảng trực tiếp để người học tiếp thu các học phần kế tiếp trong chương trình đào tạo, bao gồm môn Cấu trúc máy tính và Ứng dụng vi xử lý trong công nghiệp.

Về cấu trúc và cách tiếp cận, giáo trình triển khai phương pháp sư phạm kỹ thuật từ nền tảng đến ứng dụng. Nội dung được chia thành các phần kế thừa chặt chẽ: bắt đầu từ các khái niệm căn bản về hệ thống số, mã hóa dữ liệu trong máy tính (Chương I), chuyển tiếp sang cấu trúc chi tiết của vi xử lý và hệ thống máy tính (Chương II), sau đó đi sâu vào thiết kế phần cứng, tập lệnh của hệ thống KIT Z80 cụ thể và công cụ mô phỏng vi điều khiển SMS 32v23.

Điểm đặc thù của tài liệu là sự kết hợp trực tiếp giữa lý thuyết kiến trúc máy tính với thiết kế phần cứng thực tế. Thay vì chỉ trình bày các khái niệm trừu tượng, giáo trình cung cấp tường minh sơ đồ nguyên lý mạch, bản đồ bộ nhớ, địa chỉ cổng vào/ra và tập lệnh hợp ngữ của vi xử lý 8-bit Z80, gắn liền với các vi mạch công nghiệp thông dụng như 8255A, 2716, 6116 và 74138.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Căn cứ theo cấu trúc văn bản, nội dung kiến thức được phân bổ qua các chương và bài học trọng tâm:

1. Chương I: Các khái niệm căn bản

   • Bài 1: Các hệ đếm và phép toán: Khảo sát bốn hệ thống số cơ bản dùng trong máy tính gồm hệ thập phân (DEC), hệ nhị phân (BIN), hệ thập lục phân (HEX) và hệ bát phân (OCTAL). Phân tích quy tắc chuyển đổi qua lại giữa các hệ đếm (chia liên tiếp tìm số dư, chuyển đổi gián tiếp và trực tiếp qua nhóm 3 bit hoặc 4 bit). Trình bày bảng sự thật của phép cộng nhị phân 2 bit có bit nhớ ($C_{in}$, $C_{out}$), quy tắc biểu diễn số nhị phân có dấu với bit dấu MSB và phép toán số học trên số nhị phân có dấu.
   • Bài 2: Mã ASCII và số BCD: Khảo sát bảng mã chuẩn 7-bit ASCII gồm 128 ký tự. Phân loại chi tiết nhóm ký tự điều khiển văn bản (BS, HT, LF, VT, CR) và nhóm từ điều khiển trong truyền thông (SOH, STX, ETX, EOT, ENQ, ACK, NAK, SYN, ETB, FS, GS, RS, US, NUL, BEL, SO, SI, DEL, SP, DLE, DC1–DC4, CAN, EM, SUB, ESC). Khảo sát hệ lai BCD (Binary Coded Decimal), phân biệt cấu trúc giữa số BCD không gói (dài 1 byte, 4 bit cao bằng 0) và số BCD gói (ghép 2 số BCD vào 1 byte), cùng quy trình chuyển đổi từ mã ASCII sang mã BCD gói chuẩn.
   • Bài 3: Hệ thống vi xử lý: Định nghĩa vi xử lý và lược sử phát triển từ chip 4-bit đến các họ 8-bit, 16-bit, 32-bit (80X86, 680X0). Phân tích sơ đồ khối chuẩn của hệ vi xử lý gồm: Khối xử lý trung tâm (CPU), Bộ nhớ bán dẫn (Memory), Khối phối ghép vào/ra (I/O) và hệ thống ba bus (Bus địa chỉ đơn hướng, Bus dữ liệu song công hai chiều, Bus điều khiển).
   • Bài 4: Khái niệm máy tính: Khảo sát các thành phần phần cứng (Mainboard, CPU, RAM, Case, Bộ nguồn, HDD, CD-ROM, Bàn phím); định nghĩa từ máy tính (word size); cấu trúc và cơ chế đọc/ghi thanh ghi (Register 16-bit); ngôn ngữ máy; đặc tính bus hệ thống; phân tầng phần mềm máy tính (BIOS, Hệ điều hành, Driver điều khiển thiết bị, phần mềm ứng dụng).

2. Chương II: Cấu trúc vi xử lý máy tính

   • Bài 5: Sơ đồ khối máy tính tổng quát: Phân tích vai trò liên kết của bo mạch chủ qua Chipset; chức năng của CPU, RAM, bộ lưu trữ quang CD-ROM, đĩa cứng, card màn hình với IC chuyển đổi DAC; các chuẩn kết nối mạng (Net Card chuẩn PCI) và thiết bị truyền thông (Modem/Fax).
   • Bài 6: Tổ chức bên trong CPU: Cấu trúc ba khối chính: Đơn vị logic - số học (ALU), Khối các thanh ghi và Khối logic điều khiển. Trình bày chi tiết hệ thống thanh ghi bên trong: thanh ghi tích lũy A (Accumulator), bộ đếm chương trình PC (Program Counter 16-bit), thanh ghi trạng thái/cờ SR, con trỏ ngăn xếp SP (Stack Pointer quản lý cơ chế LIFO), thanh ghi lệnh IR và thanh ghi dữ liệu tạm thời. Phân tích chu trình thực hiện lệnh tuần tự (Fetch - Decode - Execute) và khái niệm thực hiện lệnh song song trên hệ thống đa xử lý, công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading) của Intel.
   • Bài 7: Bộ nhớ: Thuật ngữ kỹ thuật (ô nhớ, từ nhớ, byte, dung lượng, mật độ, địa chỉ, thời gian truy xuất). Phân loại và cấu trúc bộ nhớ ROM (MROM, PROM, EPROM xóa bằng tia cực tím, EEPROM xóa bằng điện) và RAM (SRAM dùng Flip-Flop, DRAM dùng tụ điện và cơ chế làm tươi - refreshing). Khảo sát 4 chế độ địa chỉ của CPU 80X86 (thanh ghi, tức thì, trực tiếp, gián tiếp qua thanh ghi); chu kỳ đọc/ghi bộ nhớ; 4 phương pháp tổ chức vào/ra I/O: lập trình (polling), ngắt (interrupt), DMA (Direct Memory Access sử dụng DMAC) và I/O sử dụng kênh data.
   • Bài 8: Thiết bị ngoại vi: Khái niệm và phương thức ghép nối; chuẩn giao tiếp nối tiếp RS-232 với cấu trúc khung truyền (Start, Data, Parity, Stop bit) và địa chỉ cổng COM1 (3F8h), COM2 (2F8h); chuẩn giao tiếp song song máy in 25 chân với 17 đường dẫn và địa chỉ cổng LPT1 (378h), LPT2 (278h).
   • Bài 9: Hệ thống vi xử lý - KIT Z80: Phân tích sơ đồ mạch phần cứng thực tế gồm CPU Z80; bộ nhớ ROM 2716 dung lượng 2KB (địa chỉ 0000h–07FFh); RAM 6116 dung lượng 2KB (địa chỉ 2000h–27FFh); vi mạch phối ghép vào/ra 8255A (Port A: 4000h, Port B: 4001h, Port C: 4002h, Thanh ghi điều khiển CR: 4003h); vi mạch giải mã địa chỉ 74138. Khảo sát cấu trúc thanh ghi Z80 (A, F, B, C, D, E, H, L; thanh ghi phụ A', F', B', C', D', E', H', L'; thanh ghi cờ F gồm các cờ Z, C, S, P/V, H, N; thanh ghi đặc biệt PC, SP, I, R, IX, IY). Khảo sát tập lệnh Z80 gồm 158 lệnh chia thành 4 nhóm (truyền dữ liệu 8/16 bit, xử lý dữ liệu số học/logic, kiểm soát chương trình, kiểm soát trạng thái) cùng các lệnh truyền khối (LDI, LDIR, LDD, LDDR, INI, INIR, OUTI, OTIR,...).
   • Bài 10 và Bài 11: Ngắt và điều khiển ngắt máy tính; phần mềm mô phỏng vi điều khiển SMS 32v23 (tập lệnh và mô phỏng thiết bị ngoại vi).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập các khối kiến thức lý thuyết nền tảng:

• Cơ sở biểu diễn dữ liệu nhị phân: Phương pháp tính toán giá trị bit, xác định vị trí trọng số (MSD, LSD, MSB, LSB), cơ chế bù và bit dấu phục vụ tính toán số học trên mạch điện tử.
• Mô hình kiến trúc Bus và phân tầng hệ thống: Phân định rõ ràng chức năng của ba tuyến bus hệ thống trong chu trình trao đổi dữ liệu giữa CPU, chip nhớ và cổng I/O.
• Lý thuyết lưu trữ bán dẫn: Phân biệt bản chất vật lý giữa lưu trữ tĩnh (SRAM dựa trên Flip-Flop) và lưu trữ động (DRAM dựa trên điện tích ký sinh của transistor cần chu kỳ nạp lại điện tích).
• Cơ chế thực thi chỉ thị máy: Tiến trình giải mã lệnh từ mã máy (Op-Code) nhị phân, quy trình điều khiển xung nhịp hệ thống và các bước truy xuất bộ nhớ thông qua các tín hiệu điều khiển Read (RD) và Write (WR).

Kỹ năng phát triển

Thông qua các nội dung trong giáo trình, người học hình thành các nhóm kỹ năng kỹ thuật cụ thể:

• Kỹ năng tính toán và chuyển đổi số học: Thực hiện thành thạo việc chuyển đổi giữa các hệ đếm thập phân, nhị phân, thập lục phân; nén và giải mã dữ liệu giữa định dạng ký tự ASCII và BCD chuẩn.
• Kỹ năng phân tích sơ đồ mạch vi xử lý: Đọc hiểu sơ đồ phần cứng kết nối các IC vi xử lý và vi mạch phụ trợ; xác định cấu hình chân tín hiệu điều khiển (như kéo cao các chân INT, BUSRQ, NMI, WAIT trên Z80 khi hoạt động ở chế độ tối thiểu).
• Kỹ năng giải mã địa chỉ và lập bản đồ bộ nhớ: Sử dụng vi mạch giải mã 74138 kết hợp với các đường địa chỉ để phân vùng địa chỉ cho các chip nhớ ROM (2716), RAM (6116) và các cổng vào/ra của vi mạch giao tiếp 8255A.
• Kỹ năng lập trình hợp ngữ (Assembly): Sử dụng các mã gợi nhớ của CPU Z80 để viết các thao tác truyền dữ liệu (LD), thao tác ngăn xếp (PUSH, POP), thao tác cổng ngoại vi (IN, OUT) và các phép tính logic/số học.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm đi từ nguyên lý vi mô đến thực nghiệm hệ thống. Bài giảng được tổ chức theo quy trình: trình bày định nghĩa, phân tích cấu tạo mạch logic, cung cấp ví dụ mẫu bằng con số cụ thể, và sau đó dẫn xuất sang bài toán thiết kế phần cứng hoặc lập trình điều khiển.

Tài liệu tích hợp nhiều bài tập tính toán mẫu và tình huống kỹ thuật cụ thể để người học rèn luyện:

• Bài toán chuyển đổi hệ số thực tế: chuyển đổi số thập phân $227_D$ sang hệ nhị phân ($11100011_B$) thông qua phép chia liên tiếp cho 2 để lấy chuỗi số dư; chuyển đổi $1782_D$ sang hệ Hex ($6F6_H$).
• Bài toán mã hóa và ghép byte: chuyển đổi ký tự ASCII sang số BCD không gói, ghép 4 bit thấp của hai số để tạo thành byte BCD gói chuẩn (ví dụ số 59 có mã ASCII lần lượt là $35_H$ và $39_H$, dẫn đến mã BCD gói là $59_H$).
• Bảng chân trị phép cộng nhị phân: phân tích trạng thái các bit ngõ vào A, B, bit nhớ $C_{in}$ để xác định ngõ ra tổng S và bit nhớ ngõ ra $C_{out}$.
• Phân tích chi tiết chu kỳ thực hiện lệnh của Z80: minh họa từng bước vi lệnh khi thực thi chỉ thị LD (2000h), A (giai đoạn nạp mã lệnh Op-Code Fetch từ bộ nhớ, tăng nội dung thanh ghi PC, đọc địa chỉ đích và ghi giá trị của thanh ghi A vào ô nhớ RAM $2000_H$).

Đối với phần thực hành, giáo trình định hướng triển khai trên thiết bị phần cứng là KIT thực tập Z80 (với các cổng giao tiếp Port A, B điều khiển LED và Port C giao tiếp phím bấm) cùng phần mềm mô phỏng vi điều khiển SMS 32v23. Sự kết hợp này cho phép người học kiểm tra logic chương trình trước khi nạp vào mạch vật lý.

Phương pháp đánh giá và tự học tập trung vào khả năng phân tích sơ đồ nối dây, tính toán dải địa chỉ của các thiết bị ngoại vi và theo dõi sự thay đổi trạng thái của các cờ trong thanh ghi F (Z, C, S, P/V, H, N) sau mỗi thao tác lệnh. Người học được yêu cầu theo dõi sát các bước thực thi để hiểu rõ cơ chế lưu vết của thanh ghi con trỏ lệnh PC và con trỏ ngăn xếp SP.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

1. Thiết kế phần cứng hệ thống hoàn chỉnh trên KIT Z80: Điểm nổi bật trong giáo trình là cung cấp sơ đồ nguyên lý phần cứng chi tiết của một hệ vi xử lý hoàn chỉnh sử dụng CPU Z80. Tài liệu xác định tường minh cấu hình kết nối giữa vi xử lý với ROM 2716 ($2\text{ KB}$), RAM 6116 ($2\text{ KB}$) và vi mạch phối ghép vào/ra khả trình 8255A thông qua IC giải mã 74138.
2. Minh bạch bản đồ phân bổ địa chỉ: Tài liệu xây dựng bảng phân vùng địa chỉ cụ thể cho từng thiết bị trong hệ thống, bao gồm dải địa chỉ của ROM ($0000_H - 07FF_H$), RAM ($2000_H - 27FF_H$), và dải địa chỉ riêng biệt cho 8255A (Port A: $4000_H$, Port B: $4001_H$, Port C: $4002_H$, thanh ghi điều khiển CR: $4003_H$).
3. Mô tả chi tiết các chuẩn giao tiếp công nghiệp: Giáo trình phân tích cụ thể cả hai phương thức truyền thông phổ biến:
   • Giao tiếp nối tiếp RS-232: phân tích cấu trúc khung truyền (frame) gồm bit Start, các bit dữ liệu từ D0 đến D7, bit kiểm tra chẵn lẻ Parity và bit Stop; cung cấp địa chỉ cổng COM1 ($3F8_H$) và COM2 ($2F8_H$).
   • Giao tiếp song song: mô tả chuẩn kết nối máy in 25 chân với 17 đường dẫn tín hiệu (trong đó có 12 đường dẫn ra và 5 đường dẫn vào) cùng địa chỉ cơ bản của cổng LPT1 ($378_H$) và LPT2 ($278_H$).
4. Cập nhật kiến trúc điện toán và công nghệ song song: Bên cạnh kiến trúc vi xử lý kinh điển 8-bit, giáo trình cập nhật sự phát triển của các thế hệ vi xử lý 16-bit, 32-bit (dòng 80X86, 680X0), đồng thời giải thích nguyên lý xử lý song song, hệ thống đa xử lý (multiprocessor system) và công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading) mô phỏng hai bộ xử lý logic trên một lõi vật lý của hãng Intel.
5. Tích hợp công cụ mô phỏng vi điều khiển: Giáo trình đưa vào nội dung hướng dẫn sử dụng chương trình mô phỏng vi điều khiển SMS 32v23 (Bài 11), hỗ trợ học sinh thực hành khảo sát tập lệnh và tương tác ngoại vi trong môi trường giả lập.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng và mục đích học tập cụ thể:

• Học sinh hệ Trung cấp chuyên nghiệp (TCCN): Tài liệu được thiết kế làm giáo trình chính khóa cho học sinh đang theo học chuyên ngành Điện tử Công nghiệp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng. Nội dung được tinh giản phù hợp với trình độ trung cấp kỹ thuật, chú trọng kỹ năng đọc sơ đồ mạch và lập trình vi xử lý thực hành.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Căn cứ chỉ dẫn tại phần mở đầu của giáo trình, để tiếp thu tốt môn học này, người học bắt buộc phải được trang bị kiến thức nền tảng từ các môn học trước đó gồm:
  • Linh kiện điện tử (hiểu cấu tạo và nguyên lý của diode, transistor, tụ điện).
  • Vi mạch tuyến tính (nắm vững hoạt động của các mạch khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu).
  • Kỹ thuật xung - số (nắm chắc đại số logic, các cổng logic cơ bản, mạch Flip-Flop và mạch đếm).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng tài liệu làm khung chương trình chuẩn để giảng dạy lý thuyết trên lớp, thiết kế đề cương bài tập tính toán và biên soạn giáo án thực hành cho các buổi thực tập trên KIT vi xử lý Z80 và phần mềm SMS 32v23.
• Kỹ thuật viên và người tự học: Kỹ thuật viên ngành điện tử, bảo trì hệ thống điều khiển tự động có thể sử dụng tài liệu làm sổ tay tra cứu tập lệnh hợp ngữ Z80, phương pháp ghép nối cổng vào/ra 8255A và nguyên lý giao tiếp qua các cổng COM, LPT.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn theo khung đào tạo bậc Trung cấp chuyên nghiệp (TCCN) chuyên ngành Điện tử Công nghiệp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng TP. Hồ Chí Minh. Tài liệu phù hợp cho học sinh trung cấp, sinh viên cao đẳng kỹ thuật điện - điện tử và kỹ thuật viên cần nắm vững kiến trúc vi xử lý cơ bản.

2. Cần kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Theo hướng dẫn trong giáo trình, người học cần hoàn thành ba học phần nền tảng: Linh kiện điện tử, Vi mạch tuyến tính và Kỹ thuật xung - số. Những kiến thức này cần thiết cho việc hiểu nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động, các cổng logic trong ALU, mạch chốt Flip-Flop trong RAM tĩnh và mạch giải mã địa chỉ.

3. Điểm khác biệt của tài liệu so với các giáo trình vi xử lý lý thuyết là gì?

Tài liệu gắn liền lý thuyết với thiết kế phần cứng của một KIT thực hành Z80 cụ thể. Giáo trình cung cấp đầy đủ sơ đồ nối dây giữa CPU Z80, bộ nhớ ROM 2716, RAM 6116, IC giao tiếp vào/ra 8255A và IC giải mã 74138, kèm theo thông số địa chỉ cổng thực tế và công cụ mô phỏng phần mềm SMS 32v23.

4. Phương pháp tự học giáo trình đạt hiệu quả cao là gì?

Người học nên thực hiện tuần tự: làm các bài tập chuyển đổi hệ đếm và bảng mã (ASCII, BCD) ở Chương I; vẽ lại và phân tích sơ đồ ba tuyến bus ở Chương II; theo dõi từng bước chu kỳ thực hiện lệnh của CPU Z80; sau đó viết thử các đoạn mã hợp ngữ điều khiển cổng 8255A trên công cụ mô phỏng SMS 32v23.

5. Tài liệu có cung cấp tài liệu bổ trợ nào kèm theo không?

Tài liệu có mục "Tài liệu tham khảo" tại trang 65 để người học tra cứu mở rộng. Ngoài ra, giáo trình cung cấp hệ thống bảng mã chuẩn ASCII 7-bit, bảng liên hệ giữa các hệ đếm, cấu trúc thanh ghi cờ của Z80 và tập lệnh hợp ngữ 158 lệnh chia theo 4 nhóm chức năng.

---

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Lý Tự Trọng do Kỹ sư Trần Công Tiến chủ biên là tài liệu học thuật hoàn chỉnh cho chương trình đào tạo Trung cấp chuyên nghiệp ngành Điện tử Công nghiệp. Tài liệu hệ thống hóa toàn diện các kiến thức từ toán học số nhị phân, cấu trúc tổ chức bên trong CPU, bộ nhớ bán dẫn, phương thức quản lý vào/ra đến thiết kế phần cứng KIT vi xử lý Z80 và phần mềm mô phỏng SMS 32v23.

Lộ trình học tập được khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững các hệ đếm và bảng mã chuẩn, chuyển sang nghiên cứu kiến trúc ba bus và chu kỳ xử lý lệnh, tiếp tục phân tích sơ đồ ghép nối phần cứng và cuối cùng là làm chủ tập lệnh hợp ngữ trên hệ thống vi xử lý thực hành. Để mở rộng kiến thức, người học có thể đối chiếu thêm danh mục tài liệu tham khảo được cung cấp ở trang 65 của giáo trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CĂN BẢN. BÀI 1: CÁC HỆ ĐẾM VÀ PHÉP TOÁN Re a - - CÁC HỆ ĐẾM ĐÙNG TRONG MÁY TÍNH: 1- Hê thống số thấp phan (DEC): Trong thực tẾ, ta thường dùng hệ thập phân: để biểu diễn các giá trị số. Ở hệ thống này, ta dùng các tổ hợp cửa các chữ số 0.9 để biểu diễn các giá trị._ trong hệ thập phân được biểu diễn theo các số mũ của 10. _- Số thập phân 1234 = 1000 + 2000 + 30 + 4= 1.

10! +4, 10 Số tập phân 7254,424 = 7. Hé théng sO nhi phân (BIN): — -'Cơ số của hệ nhị phân là cơ số 2 gồm 2 chữ số 50% va 1, thường được đọc theo. : : / ch / : Ta có số nhị phân fF 0 0 1 - MSD _. J LSD MSD (Most Signficant Digit): 14 bit cé gid tri 1dn nhất LSD (Least Signficant Digit): là bit có giá trị nhỏ nhất : " Ví dụ; 1011; = 1011B Lt) Poy % Phan tich: 1 0 1 (0 B & 7 Vị trí số: 3 2 1 0 Trịvit: 2 2 ee 22 0 (81s 424 fil = Giá tri thập phân của 1010B = =" 22+ 0.2! 30/20 = 10D + Cách đổi từ số thâp phân sáng nhị í phân: Chuyển 227p ra số nhị phân: Sốbi cha Thuong Số dư: 227 113 1(LSB) na s ¬ 56 - 28 0 28.

* : ¬¬- 1 0 -1(MSB) (227p = 11100011B) 3: Hệ thống số thập lục phân (HEX): Ky thuat Vixvly 7 " 4 Các khái niệm căn bản Hệ thống số thập lục phân có cơ số là 16 gồm các số hạng từ 0 đến 9 và các mẫu tự là A, B, C, D, E, F tương ứng các số hạng từ 10 đến 15 Ví dụ: 6ABIH =6.16? = 27313 D Mỗi số Hex tương ứng với số nhị phân 4 bít 3% Cách đổi từ số nhi phân sang Hex: Vi du: 11’0101’0001B = 351H + Cách đổi từ số thập phan sang Hex: ø_ Đổi gián tiếp từ thập phân => nhi phan > Hex Ví dụ: Đổi 72p sang Hex 72p = 1001000B = 48H ø_ Đổi trực tiếp từ thập phân sang Hex Vi du: 1782 => Hex 1782 182 hi 6 dc [He 6 0 Vay 1782p = 6F6H 4- Hệ thống bát phân (OCTAL): Hệ thống bát phân gọi tắt là hệ 8 vì nó dùng 8 ký số để biểu diễn đó là từ số 0 đến số 7 Ví dụ: 357; = 3.8! + 7,80 = 230p Mỗi ký số của số bát phân tương ứng với 3 bit của số nhị phân. 5- Bảng liên hệ giữa các hệ thống số: Thập phân |_ Nhị phân Hex 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 O0I11 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 Cc Ky thuật Vĩ xử lý 5 Các khái niệm căn bản - 13 14 15 1101 1110 1111 mm Ơ IL CAC PHEP TOAN SỐ HỌC Đối VỚI SỐ NHỊ PHAN: 1- Công các số nhị phân không dấu:. Phép cộng trong hệ nhị phân cũng thực hiện giống như trong hệ thập phân. ‘Bang sự thật của phép cộng 2 bịt với 1 bit nhớ (carry).

như Sau: _ Vào Ra A B Ca | 5 Cocr 00 01090 0 0 0. l 1 1 1 1 Ví dụ: cộng 2 số nhị phân sau 1010 © +0110 10000 2- Số nhi phan c6 d&u:. Người ta quy định với một số nhị phan n bit, ta sé them vao 1 bit 1 tận cùng bên trái làm bit dấu. Khi bit dấu bằng 0 thi số nhị phân là số dương và nếu bit dấu là số 1 thì số nhị phân là số âm.

Vi dụ: ta có số nhị phân 1001 -> 01001 1as6+9 > 1 1001 là số - 9 3- Công các số nhị phân có dấu: Vidu: 01010 00101 Pa Bit S dấu Kết quả \ Kỹ thuật Vi xử lý Các khái niệm căn bản Bài 2: MÃ ASCIH ., ‘ see oe tế C ach te baw LMA TIZU CHUAN CHO TRAO DOL THONG TIN: 1- Bang m& ASCII: Mã ASCH dùng số nhị phân Ấ b))nên có 2”=128 mã, tương đối đủ để diễn tả các chữ, số và một số dấu hiệu thông dụng. Bảng Mã ASCH Bit 765 000 001 010 | Ô11 100 101 110 HII Bit 4321 0 ] 2 3 34) 5 6 7 0000 0 NUL | DLE | SP 0. | @ p ' P 0001 1 SOH | DCI ! 1 A Q a q 0010 2 SUX | ĐC2. 2 _- R r 0011 a EIX | DCã # a CL Ss 6 Ä 0100 4 EOT | DC4 $ 4 D + d t OLOL 5 ENQ | NAK %, 3 E U ở u 0110 6 ACK | SYN | & 6 F Vv f V 0111 7 BEL | EIB ` 7 G W 8 w 1000 8 BS CAN ( 8 H Xx h x 1001 9 HT EM ) 9 I ¥ i ¥ 1010 A LF SUB * : J Zz J Zz 1011 B vr ESC + kK { k { 1100 Cc FE FS : L 5 I | 1101 D cr | Gs - = | M | m 3 LUO E so RS.

> N | ty] on ~ Luu F SI us | 2 | O | O@ | © [DEL Ý nghĩa các ti trong bang ma ASCII * Ty diéu khiển trong văn bản : BS (Back space): chi cd ché in hay con trổ được đời lui một vị trí, dùng được in ký tự ở một vị trí (thường dùng để gạch dưới) hay để in đậm một ký tự (in 1 ký tự 2 lần ở cùng vị trí ). Trên màn hình (CRT) chữ sau sẽ thay cho chữ trước. HT (Horizontal tab) : chỉ cơ chế in hay con trỏ được đời tới vị trí tab kế cận hay vị trí dừng.F (line feed) chỉ cơ chế ín hay con trổ được dời xuống dòng kế. VT (vertical Tab): chỉ cơ chế in hay con trỏ được dời đến dòng kế của chuỗi dòng đã đánh dấu.

Kỹ thuật Vĩ xử lý 7 ae ỨC Các khái niệm căn bản CR(CariageReturn): chi cod chế in 1 hay con trd được. dời đến điểm bất đầu trên cùng một dòng. * Từ điều khiển trong truyền thông SOH (Start of Heading): bat dau của phần bản tin. nó có thể chứa địa chỉ ,chiểu dái bản tin hay đữ liệu dùng cho khiểm tra lỗi, : STX (Start of Text): bat đầu văn ban n dong thời kết thúc phân đầu thường đi đôi với ETX.

- ETX : (End of TEX); kết thúc văn: ban, ' REOT (End of Transmission): chấm dứt truyền. BENQ (Enquiry): yêu câu một đài xa tự xác minh (identify itself), ACK (Acknowledge): từ phát bởi máy. thụ để báo mấy, phát nhận thông tin đúng. -_ NAK (Negative Acknowledgment): từ phát bởi máy t thu để báo nhận bản tin sai.

__ #YN (Synchronous/Tdle): dùng bởi một hệ thống truyền đồng bộ để thực hiện đồng bộ. Khi không có đữ liệu để phá, máy phat của hệ thống đồng b bộ phát liên tục cdc tiv SYN. ETB (End of Transmission Block): chỉ sự chấm đứt một khốt của ban tin. Separator), RS (Record separator), US(united separator): Ding cho sự phân cách.

Chữ đầu chỉ thành được phân cách (F:Fue, G: Group, R:Record (bảng ghi), U:Unit (đơn vị). NUL (Null): ký tự rổng, dùng lắp đầy khoảng trống khi không có ó dữ liệu. BEL (Bell): dùng khi cần báo sư lưu ý: SO (Shift Out): chi cdc tổ hợp mã theo sau được thông. dịch bởi ky tự ngoài tập hợp ký tự chuẩn cho tới khi gặp từ Shift In.

SI (Shift In): chỉ các tập hợp mã theo sau được thông dịch bởi ¡ký tự chuẩn. DEL (Delete): dùng bỏ từ. SP (Space): khoảng cách từ, DLE (Data Link Escape): ding để chỉ sự thay đổi nghĩa của các từ theo sau.Nó có thể cung cấp một sự điểu khiển phụ, hay cho phép sử ký tự dữ liệu có một tổ hợp bịt bất kỳ. ĐCI, DC2, DC3, DC4 (Device Control): từ dùng cho sự điểu khiển thiết bị.

CAN (Cancel): chỉ đữ liệu đặt trước nó không có giá trị, do đồ được lỗi. _EM (End of Medium): chỉ sự kết thúc về mặt vật lý của một card, băng hay môi trường khác. : SUB (Substitute):thay thế một từ bị lối hoặc không có giá trị ESC (Escape): năng cường để cung cấp một mã mở rộng. Ky thuat Vixtly TT.

7 8 Các khái niệm căn bản 2- Ứng dụng bắng mã ASCH trong máy tính Tất cả các thông tin trong máy tính đều được biểu diễn đưới dạng các số 0 và 1. Mỗi tổ hợp các số 0 và 1 được gán một ký tự chữ cái, chữ số hoặc một ký tự khác theo một cách thức nhất định. Trong thực tế thông tin được truyền đi, được lưu giữ trong các bộ nhớ hoặc để hiển thị trên màn hình đều ở dưới dạng ký tự và tuân theo một loại mã được dùng tất rộng rãi gọi là mã ASCH (American standard Code for Information Interchange: mã chuẩn của Mỹ dùng cho việc trao đổi thông tin). Việc dùng các ký tự để mã hóa thông tin theo bảng ASCH cho ta khả năng trao đổi thông tín với hâu hết các máy tín khác.

Bit thứ 8 có thể cho liên tục 0,1 hoặc chứa bit pariiy phục vụ cho việc phát hiện lỗi khi truyền / tu, Mã ASCI dùng để truyền thông tin giữa một máy tính và thiết bị LO (đầu video bay máy in). Máy cũng đùng nó để lưu trữ thông tin và hoạt động từ những loại mã này. " Ví dụ: Sau đây ta có thông tin truyền đạt mã hóa theo bảng mã ASCH: 1001000 1000101 1001100 1010000 Đổi 7 bit mã ASCIH thành số Hex ta có: 48H 45H 4CH 50H Giá trị Hexa nằm ở vị trí tương ứng trong bảng mã ASCH có kết quả: H E ` E P u-SO BCD (số hệ 10 mã hóa bằng hệ 2): 1- Sự khác biệt giữa mã BCD với mã nhị phân 4 bit Giữa hệ 10 và hệ 2 còn tổn tại một hệ lai là hệ BCD cho các số hệ 10 mã hóa bằng hệ 2 (Binary Coded Decimal number). Hệ này rất thích hợp cho các thiết bị đo có thêm phần hiển thị số ở đầu ra dùng các loại đèn hiển thị số khác.

Ở đây ta dùng 4 số hệ 2 để mã hóa một số hệ 10 có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 9. Như vậy số BCD không dùng hết các tổ hợp có thể có của 4 bịt. “Thập phân Hex BCD 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 Kỹ thuật Vì xử lý 9 Các khái niệm căn bản 1000 1001 8 9 10“ 11 - -12 13 14 15. mm Oœ 0? woo __ Ví dụ: đổi số 710u ra BCD.