Arquitectura de Computadores II. Periférico Genérico PG01/04

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1 Arquitectura de Cmputadres II 3º An Periféric Genéric PG01/04 Jã Luís Ferreira Sbral Departament d Infrmática Universidade d Minh Març 2003

2 Bancada de Ensais Intrduçã A bancada de ensais destina-se a apiar as aulas labratriais de estud da interface d micr-cmputadr PC cmpatível cm exterir A bancada de ensais é cnstituída pr dis elements: Periféric genéric - inclui prtas de entrada e de saída, um cnversr A/D e um cnversr D/A Painel de cmand - inclui um visr de 7 segments, 8 interruptres, 8 leds, um micrfne e uma fnte de tensã regulável Existem duas versões d periféric genéric: PG01 Versã para barrament ISA de 8 bits que encaixa num sistema de expansã d barrament designad CID700 que facilita acess as sinais d barrament e a sua prtecçã PG04 Versã para a prta paralela Arquitectura de Cmputadres II 2 Jã Luís Sbral 2003

3 Periféric genéric Características Uma prta de saída universal de 8 bits (OUTP); Uma prta de entrada universal de 8 bits (INP); Uma prta de saída dedicada a um visr de 7 segments cm pnt decimal; Um cnversr Analógic/Digital (A/D) de 8 bits; Um cnversr Digital/Analógic (D/A) de 8 bits; Um módul prgramável, cm 11 pins de E/S e um cnjunt de ligações a barrament, pré-definidas, de md a pder utilizar a interrupçã IRQ3 e canal 3 de DMA (apenas PG01). Diagrama de blcs Os sinais d lad esquerd sã reclhids d sistema de desenvlviment CID700 u da prta paralela. Os sinais d lad direit d diagrama sã ligads pr cab a Painel de Cmand. Arquitectura de Cmputadres II 3 Jã Luís Sbral 2003

4 Painel de Cmand Características 8 visualizadres vulgarmente cnhecids pr leds 8 interruptres visr de 7-segments cm pnt decimal. fnte de tensã regulável de 5V a 0V e de 0V a +5V. Pssui dis cmands: um ptenciómetr para variar a tensã e um cmutadr para seleccinar tensã psitiva (0V a +5V) u tensã negativa (-5V a 0V); micrfne ligad a um pré-amplificadr cm ganh variável, regulável pr um ptenciómetr; amplificadr de saída para ligar a um altifalante cm cntrl de vlume pr um ptenciómetr; cmutadr que seleccina a entrada analógica entre a fnte de tensã e pré-amplificadr d micrfne; Ligaçã periféric painel de cmand Periféric genéric OUTP INP Regist dedicad Entrada analógica Saída analógica Painel de cmand leds interruptres visr 7 segments fnte de tensã/micrfne amplificadr Arquitectura de Cmputadres II 4 Jã Luís Sbral 2003

5 Periféric genéric PG01 (Barrament ISA) Md de funcinament As prtas de dads pdem ser escritas e lidas directamente (cm inp e utp) O cnversr A/D é cmandad pel bit 0 d endereç 0x304. Lg que é clcad valr 1 neste bit é iniciada uma nva cnversã. Quand cnversr acaba de efectuar uma cnversã assiná-la cm um 0 n bit0 d endereç 0x300. Esquema de bits d visr de 7 segments: Prtas de E/S Endereç E/S LEITURA ESCRITA 0x300 ESTADO: Bit 0 activ a 0 indica fim da cnversã A/D Valr a clcar n visr de 7-segments 0x304 0x308 Valr d cnversr A/D COMANDO: Bit 0 activ a 1 inicia a cnversã A/D Valr a clcar na saída OUTP (leds) Valr para cnversr D/A 0x30C Valr na entrada INP (interruptres) Arquitectura de Cmputadres II 5 Jã Luís Sbral 2003

6 Periféric genéric PG04 (Prta Paralela) Md de funcinament 1. Indicar na prta de cntrl (bits 5-0) a funcinalidade pretendida 2. Escrever u ler na prta de dads (u estad) s valres pretendids A prta paralela deve ser clcada em md SPP bidireccinal. Para tal deve ser escrit valr 0x35 n endereç (0x378+0x402) A cnversã AD é iniciada enviand valr 0x02 para a prta de cmand, seguid de 0x00. O fim da cnversã é assinalad em 0x379 Esquema de bits d visr de 7 segments: Prtas de E/S Endereç E/S LEITURA ESCRITA 0x378 Valr na entrada INP (interruptres) Valr d cnversr A/D Valr a clcar na saída OUTP (leds) Valr a clcar n visr de 7-segments Valr para cnversr D/A 0x379 ESTADO: Bit 6 activ a 0 indica fim da cnversã A/D 0x37a COMANDO: Bit 5-0: 0x00 Activa saída para OUTP (leds) 0x21 Activa entrada para INP (interr.) 0x02 Inicia cnversã A/D 0x23 Activa entrada cnv. A/D 0x04 Activa saída para D/A e OUTP 0x05 Activa saída para visr e OUTP Arquitectura de Cmputadres II 6 Jã Luís Sbral 2003

7 Exercíci 1: Prtas de Entrada e de Saída Objectivs Acess a espaç de endereçs de entrada e saída Prgramaçã básica de um dispsitiv periféric Interface em Linguagem C Exercíci Cnsidere as seguintes ligações d PG para exterir: regist de saída (utp) 8 leds bit a 1 - acende bit a 0 - apaga regist de entrada (inp) 8 interruptres ligad - bit a 1 desligad - bit a 0 Escreva s prgramas que realizam as seguintes perações: a) Mstrar valres ds interruptres, da esquerda para a direita: 1) n écrã 2) ns leds. b) Acender e apagar tds s leds: 1) a mesm temp 2) um a um, da esquerda para a direita e vice-versa. Arquitectura de Cmputadres II 7 Jã Luís Sbral 2003

8 Exercíci 2: Prtas de Cntrl/Estad Objectivs Fazer a distinçã entre s diverss tips de regists num periféric Cmandar um periféric através de técnicas de sndagem Exercíci Cnsidere que às ligações d PG (n exercíci anterir) juntams: visr 7 segments + pnt bit a 1 - acende traç bit a 0 - apaga traç cnversr A/D escala de -5 a 5 Vlt cada unidade 0,04 Vlt entrada de tensã pin cnversr (ANA-IN) ptenciómetr variaçã tensã Utilize as técnicas de cntrl de periférics pr sndagem para realizar as seguintes perações: a) Dar iníci à cnversã A/D e mstrar valr btid n ecrã. b) Repetir exercíci, mas desta vez, mstrand a parte inteira d valr n visr de sete segments. Use pnt para assinalar valres negativs. c) Determinar quantas cnversões A/D sã realizadas pr segund. Arquitectura de Cmputadres II 8 Jã Luís Sbral 2003

9 Exercíci 3: Cnversres A/D e D/A Objectivs Familiarizaçã cm as prtas de cntrl/estad e as de transferência de dads Cnstruçã de prgramas para cmand de um periféric, através da técnica de sndagem (pling). Exercíci O cnversr A/D é usad para cnverter sinais analógics (valres cntínus) para sinais n frmat digital (valres discrets), para psterir tratament pel cmputadr. O cnversr usad n PG pssui uma escala de -5V a +5V, crrespndend cada unidade d valr lid a cerca de 0,04V. O cnversr D/A é usad para cnverter valres numérics num sinal analógic. O cnversr D/A usad n PG cnverte um valr numéric entre 0 e 255 num sinal analógic entre -5V e +5V. Usand periféric PG juntamente cm Painel de Cmand escreva um prgrama, em linguagem C, para realizar as seguintes perações: a) Digitalizaçã de um sm, captad pel micrfne. b) Reprduçã d sm, previamente digitalizad, n altifalante. Nta 1: O ganh d pré-amplificadr d micrfne nã é muit elevad. Para bter resultads visíveis (i. e., audíveis) deverá clcar ganh máxim d pré-amplificadr d micrfne e falar pert deste quand estiver a usar cnversr A/D. Nta 2: A velcidade de reprduçã d sm (i.é., númer de amstras pr segund) deve ser idêntica à da digitalizaçã. Para implementar esta característica pde utilizar cnversr A/D para definir a cadência reprduçã ds valres digitalizads. Arquitectura de Cmputadres II 9 Jã Luís Sbral 2003

10 Exercíci 4: E/S através de Psições de Memória Objectivs Familiarizaçã cm as prtas de transferência de dads mapeadas em memória. Cnstruçã de prgramas para cmand de um periféric, através da técnica de sndagem (pling). Exercíci O cntrladr gráfic d PC pssibilita a geraçã de imagens em md gráfic, nde tm de cada pixel da imagem é cntrlad através de um endereç de memória. A linha ds cmputadres pessais IBM PC cmpatíveis permite a geraçã de imagens em váris mds gráfics (CGA, EGA, VGA, XGA, etc.). Cada md gráfic pssibilita uma resluçã (i.é., númer de pixels) hrizntal e vertical, bem cm um númer limitad de cres para cada pixel. Pr exempl, md VGA pssui uma resluçã de 640x480, nde cada pixel está a assciad a um bit (imagem a pret e branc) u a 16 bits, que permite a utilizaçã de 64Kcres. Embra a resluçã e númer de bits utilizads para cada pixel pssa ser definid directamente em regists da placa gráfica, tal é uma tarefa cmplexa, send preferível utilizar s mds gráfics pré-definids. Estes mds gráfics pdem ser prgramads através de chamadas a rtinas d sistema, acedidas pr interrupções. Nmeadamente, a interrupçã 10h permite seleccinar md gráfic. Neste exercíci será utilizad md 13h, qual pssui uma resluçã de 320x200 cm 8 bits pr pixel. O códig que permite seleccinar este md é seguinte ( qual pde ser intrduzid directamente num prgrama em C): asm { } MOV AX, 0x13 INT 0x10 Neste md gráfic, cada célula de memória crrespnde a valr utilizad pr um pixel. Em aplicações MS-DOS, endereç da memória víde, utilizada pel cntrladr para gerar a imagem, está acessível a partir d endereç 0xA0000. O acess a estes endereçs de E/S pde ser realizad através de um apntadr, declarad em C da seguinte frma: unsigned char *ptr = (unsigned char far *) 0xA L; ptr [10] = 20; // atribui a pixel (10,0) tm 20 Usand periféric PG juntamente cm Painel de Cmand escreva um prgrama, em linguagem C, para ilustrar graficamente a frma de nda de um sm, captad pel micrfne. Arquitectura de Cmputadres II 10 Jã Luís Sbral 2003

11 Exercíci 5: E/S Cntrlad pr Interrupções Objectivs Cnstruçã de prgramas de E/S através da técnica de interrupçã. Exercíci Os sistemas de peraçã usam interrupções para cntrlar teclad. Em MSDOS sempre que é premida uma tecla é accinada a interrupçã 09h. Uma rtina, instalada especialmente para atendiment daquela interrupçã, é usada para bter infrmaçã sbre as teclas premidas, cm salvaguarda para us psterir. Um cnjunt adicinal de funções sã usadas para psterirmente analisar e tratar a infrmaçã reclhida. Uma rtina de atendiment a uma interrupçã pde ser instalada através d seguinte esquelet: vid interrupt (* RtinaAntiga)(); // apntadr para a rtina antiga vid interrupt RtinaNva() { // rtina a instalar... // códig da rtina nva (*RtinaAntiga)(); // chamada à rtina antiga } vid main { RtinaAntiga = getvect(<<nºint>>); // endereç da rtina antiga disable(); // inibe interrupções setvect(<<nºint>>,rtinanva); // instala a nva rtina enable(); keep(0,0x1000); // termina prgrama, ficand residente } a) Escreva um prgrama, em linguagem C, usand a técnica de sndagem, que faça reflectir ns Leds a acçã sbre as teclas direccinais ( < e > ). A funçã kbhit() permite identificar se fi premida uma tecla, enquant a prta de E/S 0x60 cntém ASCII da última tecla premida. Cnsidere que n cnjunt de Leds d Painel de Cmand se encntra sempre um e um só Led aces. Cnsidere n iníci Led4 aces. Pressinand na tecla > deve passar a acender led à esquerda (direita) d actualmente aces - até chegar a extrem em que permanecerá mesm aces. b) Adapte prgrama anterir a us da técnica de interrupçã. c) Adapte prgrama d Exercíci 3 para utilizar a técnica de interrupçã. Nte que a linha de interrupçã IRQ 3 está assciada a vectr de interrupçã 0x0B Arquitectura de Cmputadres II 11 Jã Luís Sbral 2003