Kniha se zabývá osmibitovými mikroøadièi øady Z8 firmy ZiLOG Popisuje architekturu øady Z8, instrukèní soubor, základy assembleru, ladìní programù na

Transkript

1 Josef Hloušek OSMIBITOVÉ MIKROØDIÈE ZiLOG Z8 Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8 1

2 Kniha se zabývá osmibitovými mikroøadièi øady Z8 firmy ZiLOG Popisuje architekturu øady Z8, instrukèní soubor, základy assembleru, ladìní programù na hardwarovém emulátoru a práci s integrovaným vývojovým prostøedím ZDS (ZiLOG Develope Studio) Obsahuje také popis jednoduché aplikace s obvodem Z86E02 a podrobnì komentovaný výpis programu Vlastnosti mikroøadièù, spoleèné celé øadì Z8, jsou pøedstaveny prostøednictvím nejrozšíøenìjších obvodù Z86E02/04/08 a Z86E30/31/33/733 Za pomoci textu knihy je možno navrhnout jednoduchou aplikaci s obvody øady Z8 a postup pak uplatnit, po akceptování konkrétních parametrù, na kterýkoliv obvod øady Z8 Text knihy pøedpokládá, že ètenáø je seznámen s obecnou teorií mikroprocesorù a mikroøadièù a ovládá používanou terminologii Josef Hloušek Mikroøadièe ZiLOG Z8 Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky utor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù Pøedkládané informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Všechny registrované nebo jiné obchodní známky použité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva Veškerá práva vyhrazena Ing Josef Hloušek, Praha 1999 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Josef Hloušek: Mikroøadièe ZiLOG Z8 BEN technická literatura, Praha vydání ISBN Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8

3 OBSH 1 VŠEOBECNÉ PRMETRY MIKROØDIÈÙ Z Mikroøadièe typu Z86 E30, Z86 E31, Z86 E33, Z Mikroøadièe typu Z86 E02, Z86 E04, Z86 E Elektrické parametry mikroøadièù Z DRESNÍ PROSTOR MIKROØDIÈÙ Z Pamì RM Standardní sada registrù Rozšíøená sada registrù, banka F Pamì PROM Zásobník (Stack) Øídicí registry pro pøístup do pamìti Registry, jejich adresy a identifikátory 16 3 OSCILÁTOR MIKROØDIÈÙ Z RESET mikroøadièù Z Definovaný stav øídicích registrù a portù RESET pøi zapnutí napájení (POR Power On Reset) WDTMR Watch Dog Timer 21 5 VSTUPNÍ/VÝSTUPNÍ PORTY Port Port Port nalogové komparátory Režim sníženého vyzaøování rušivých napìtí 29 6 ÈÍTÈE, ÈSOVÈE Øízení èítaèù Výstupní módy èítaèù (pouze u typù Z86E30/31/33/733) Vstupní módy èítaèe T Poèítání vnìjších impulzù Hradlování vnitøního signálu SCLK vnìjšími impulzy Monostabilní režim jednorázový Monostabilní režim opakovatelný Nastavení èítaèù po signálu RESET Zapojení èítaèù T0 a T1 do kaskády 36 7 PØERUŠENÍ Zdroje pøerušení Priorita pøerušení Maskování pøerušení Programové pøerušení 39 Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8 3

4 7 5 Vektorové pøerušení Pøerušení na dotaz 40 8 ÚSPORNÉ REŽIMY Režim HLT Režim STOP Ukonèení režimu STOP signálem Power On Reset Ukonèení režimu STOP èasovaèem WDT Ukonèení režimu STOP signálem z urèeného zdroje 43 9 REGISTR VOLITELNÝCH FUNKCÍ PROGRMOVÁNÍ MIKROØDIÈÙ Z Pøíznak výsledku operace Notace používaná pro popis instrukcí Ètyøbitová adresa na místì osmibitové adresy Instrukèní soubor Z ZMSM ZILOG MCRO CROSS SSEMBLER Historie ZMSM Struktura ZMSM Formát zdrojového textu pro ZMSM Pøíkazový øádek Pole návìští (label) Pole instrukce Pole operandu Pole komentáøe Konstanty Symboly Operátory Výrazy Direktivy assembleru VÝVOJOVÉ PROSTØEDÍ ZiLOG Sestava vývojového prostøedí pro mikroøadièe Z Napájecí zdroj pro emulátor Propojení emulátoru s osobním poèítaèem Pøizpùsobení emulátoru pro požadovaný typ mikroøadièe Pøizpùsobení emulátoru k umístìní krystalu oscilátoru Pøizpùsobení emulátoru ke zpùsobu napájení aplikace Pøipojení emulátoru k aplikaci Uživatelsky dùležité prvky na desce emulátoru Úprava emulátoru Z86CCP00ZEM Spuštìní emulátoru Instalace GUI Spuštìní GUI 85 4 Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8

5 13 ZiLOG DEVELOPER STUDIO ZDS Historie ZDS Instalace ZDS Spuštìní ZDS Pøehled funkcí ZDS Menu File Menu Edit Menu View Menu Project Menu Build Menu Tools Menu Window Menu Help Konfigurace projektu a pøeklad zdrojového textu Založení projektu Sestavení projektu Konfigurace assembleru pro projekt Konfigurace linkeru pro projekt Vytvoøení spustitelného souboru * ld Konfigurace emulátoru Spuštìní komunikace s emulátorem Spuštìní programu Nastavení zarážek (break point) Ladìní programu Zobrazení obsahu registrù pøi ladìní Opravy zdrojového textu pøi ladìní Uzavøení a znovuotevøení rozpracovaného projektu Programování OTP verzí mikroøadièù Konfigurace programování Vložení programu do OTP pamìti mikroøadièe MÌØIÈ POHOTOVÉ REKCE S MIKROØDIÈEM Z86E02 08 PSC Obvodové øešení mìøièe Funkce mìøièe Výpoèet konstant pro programování èítaèe T Mìøení reakèní doby stabilní multivibrátor s periodou cca 0,5 s (výchozí stav) Popis programu Mapa symbolù v pamìti RM Výpis programu reaction s 113 LITERTUR a INTERNETOVÉ DRESY 122 Knihy nakladatelství BEN technická literatura 123, 126 Jaké jsou dùvody pro aplikace mikroøadièù ZiLOG Z8 124 Sortiment a adresa firmy ECOM s r o 125 Kontaktní adresy firmy BEN technická literatura 127 Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8 5

6 HISTORIE OSMIBITOVÝCH MIKROPROCESORÙ MIKROØDIÈÙ ZiLOG merická firma ZiLOG vstoupila na trh mikroprocesorù v roce 1973 V dobì, kdy svìt dobývaly obvody Intel 8080, se objevil obvod s typovým oznaèením Z80 Osmibitový mikroprocesor s odlišnou architekturou, založenou na sadì univerzálních registrù, které mohly sloužit pro jakoukoliv funkci, tedy i jako støadaè rchitektura umožòovala pružnìjší pøístup k registrùm, optimální využití instrukcí a tím i rychlejší chod programu než u procesorù jiných výrobcù pøi stejném hodinovém kmitoètu Ještì døíve, než IBM dala svìtu osobní poèítaèe, museli se spokojit první poèítaèoví nadšenci s èímsi, co je dnes možno srovnávat s PC jen velmi stìží Dodnes však jméno Sinclair pøedstavuje pojem Sinclair obsahoval mikroprocesor Z80 CPU! Postupem èasu byl mikroprocesor Z80 CPU (Central Processor Unit) následován obvody Z80 CTC (Counter-Timer Circuit), Z80 PIO (Parallel Input/Output), Z80 SIO (Serial Input/Output), Z80 DM (Direct Memory ccess) a dalšími S rozvojem technologie se jednak mìnila struktura obvodù od TTL pøes NMOS až po CMOS, jednak se zvìtšovala hustota integrace a v jednom pouzdøe se sluèovalo stále více obvodù døívìjší stavebnice Na konci vývoje stál obvod Z80 IPC (Intelligent Peripheral Controller), který obsahoval nejen procesor, ale paralelní i sériové vstupnì/výstupní obvody (Porty), oscilátor, èítaèe Tedy podle dnes zavedené terminologie mikroøadiè Obvody øady Z80, pøestože dnes již typování obvodù smazalo pøíslušnost k øadì Z80 (napø Z84C0010PEC je novodobý CMOS procesor Z80), tvoøí znaèný podíl na svìtové produkci mikroprocesorù ž na výjimky, obvody øady Z80 nikdy neobsahovaly žádnou pamì kromì základní registrové výbavy ni souèasní pokraèovatelé øady, obvody Z180 a šestnáctibitový Z380 nemají na èipu pamì To je v tvrdé konkurenci nevýhoda Musel se objevit nový obvod Obvody øady Z8 jsou 8bitové CMOS mikroøadièe Vycházejí z principu univerzální sady registrù, na èipu je však tìchto registrù pro všeobecné použití (General Purpose Register) až 256, takže už je možno hovoøit o pamìti RM Navíc èip obsahuje i pamì pro uložení programu v provedení PROM (používá se zkratka OTP One Time Programmable) a to nejménì 512 Bytù ale také až 32 KBytù Dále èip obsahuje dva 14bitové èítaèe, dva analogové komparátory, oscilátor a nejménì 14 vstupù/výstupù Èip dále obsahuje Watch Dog Timer (pøeklad tohoto termínu do èeštiny se stále nedaøí), Power On Reset (èeský termín nulování pøi zapnutí napájení je možný, ale anglický je lepší) a další obvody 6 Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8

7 Všechny obvody øady Z8 mají jeden shodný instrukèní soubor Mnemonicky pøipomíná instrukèní soubor Z80, funkènì je však jiný Pøesto pøechod od programování obvodù Z80 k øadì Z8 je snadný Pro efektivní programování je k dispozici assembler, pro podporu vývoje je používán hardwarový emulátor øízený osobním poèítaèem Øada Z8 v roce 1999 obsahuje více jak stovku jednotlivých typù, lišících se velikostí pamìti, poètem vstupù a výstupù, rychlostí, dovolenou pracovní teplotou, pouzdry pro klasickou i povrchovou montáž Speciální obvody obsahují i D a D pøevodníky, sériový komunikaèní kanál (URT), jádro Z8 tvoøí základ mnoha jednoúèelových obvodù pro øízení klávesnic osobních poèítaèù nebo obvodù pro infraèervené dálkové ovládání Tato uèebnice nemùže a ani nechce popsat funkci všech obvodù øady Z8 Chce pouze na nìkolika málo obvodech vysvìtlit vlastnosti spoleèné celé øadì Z8 Uèebnice popisuje architekturu øady Z8, instrukèní soubor, práci s assemblerem a emulátorem S pomocí uèebnice je tedy možno navrhnout aplikaci s nejrozšíøenìjšími obvody øady Z8 a postup pak uplatnit, po akceptování konkrétních parametrù, na kterýkoliv obvod øady Z8 Text uèebnice pøedpokládá, že ètenáø je seznámen s obecnou teorií mikroprocesorù a mikroøadièù a ovládá používanou terminologii utor se omlouvá za èastìjší používání originálních anglických termínù všude tam, kde se jejich používání vžilo, kde èeský pøeklad je ménì výstižný nebo smìšný a pøedevším tam, kde je to nutné (procesor bude vždy rozumìt pouze instrukci DJNZ Decrement and Jump if Non Zero a nikoliv ZSNN Zmenši o jednu a Skákej když Není Nula) Osmibitové mikroøadièe ZiLOG Z8 7