T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MİKROİŞLEMCİ (Z80) KONTROLLÜ SES KAYDI.

Transkript

1 T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MİKROİŞLEMCİ (Z80) KONTROLLÜ SES KAYDI (Bitirme Tezi) Hazırlayan A. HAYRETTİN YÜZER Danışman Yrd. Doç. Dr. Ömer Faruk ÖZGÜVEN MALATYA

2 T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MİKROİŞLEMCİ (Z80) KONTROLLÜ SES KAYDI (Bitirme Tezi) Hazırlayan A. HAYRETTİN YÜZER Danışman Yrd. Doç. Dr. Ömer Faruk ÖZGÜVEN MALATYA

3 Bana olan sevgi ve güvenleri ile benim bu seviyeye gelmemde büyük katkıları olan sevgili annem, babam ve kardeşlerime teşekkür eder, Bitirme Tezimi onlara ithaf ederim.

4 Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına, Burada sunulan çalışma, tarafımdan yönlendirilmiş olup Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde BİTİRME TEZİ çalışması olarak kabul edilmiştir. Danışman: Yrd. Doç. Dr. Ömer Faruk ÖZGÜVEN /... / 1999 Onay Burada sunulan çalışmanın, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde BİTİRME TEZİ çalışması olarak kabul edildiğini onaylarım.... /... / Yrd. Doç. Dr. Saadettin HERDEM Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanı

5 GİRİŞ Ses kaydı ve sesin tanınması, günümüzde bilim adamlarının ve araştırmacıların en çok ilgisini çeken konular arasındadır. Yakın gelecekte de birçok sistem sesle kontrol edilir hale gelecektir. Çok kompleks bir yapıya sahip sesin tanınması elbette ki zordur. Hatta sesten öte kelimelerin tanınması ise asıl amaçtır. Günümüzde bazı güvenlik sistemlerinde sesin sahibi tanınabilmektedir. Ses üzerinde bazı analizler yapabilmek için ise öncelikle ses ve sese ait özelliklerin kaydedilmesi gerekmektedir. Sesin bozulmaması için saniyede minimum 3000 örnek alınarak ses sinyallerinin dijitale çevrilmesi gerekmektedir. Ses kalitesinin artması için ise saniyede örnek alınmalıdır. Bu yüzden ses sinyalleri dijitale çevrilerek saklanmak istendiğinde çok büyük kapasiteye sahip hafıza sistemleri kullanılması gerekmektedir. Bu şartlar altında endüstride yaygın olarak kullanılan 8 Kbyte lık 6264 RAM a minimum ses kalitesinde maksimum 2.73 sn ses kaydı yapılabilmektedir. Halbuki sesi dijitale çevirmeden analog olarak saklamak için çok daha az hafıza bölümüne ihtiyaç duyulur. Bitirme tezimde kullandığım ISD MP entegresi de sesi analog olarak kaydetmektedir. Böylece 5 dakikaya kadar ses kaydı yapabilmektedir. Bu ise ses tanıma işlemleri için iyi bir emel yapı oluşturmaktadır. ISDS-4003 entegresi dijital kontrollü analog hafıza birimi olarak eşsiz bir entegredir. ISD-4003 entegresini kontrol etmek için bu bitirme çalışmasında Z80 mikroişlemcili bir devre kullanılmıştır. Günümüz teknolojisinde birçok sistemin aynı anda tek bir mikroişlemci tarafından kontrol edilebilmesi bu entegrenin (ISD) gerekli yazılım (software) bilgileri ile hazır kurulu bir sisteme eklenebilmesi yönünden büyük bir avantajdır. Yazılımda yapılacak küçük değişiklikler ile bu entegre her türlü mikroişlemcili-mikrodenetleyicili-sisteme bağlanarak otomatik olarak kontrol edilebilir. Bu bitirme tezi için kurulan mikroişlemcili devrede; microişlemci olarak Z80, ROM olarak 27C64, RAM olarak 6264, Giriş/Çıkış portu olarak 8255 kullanılmıştır. Devrede kullanılan display yardımıyla hangi mesaj üzerinde ne işlem yapıldığı hakkında bilgi verilerek kullanıcıya kolaylık sağlanmaktadır. Ayrıca HELP butonu vasıtasıyla kullanıcıya devre hakkında sesli olarak gerekli kullanım bilgisi verilmektedir. Bazı gerekli aşamalarda ise sesli uyarılarla kullanıcıya yardımda bulunulmaktadır. Devrenin nasıl çalıştığı kullanılan elemanların tanıtımından sonra anlatılmaktadır.

6 TEŞEKKÜR Bitirme tezi projesi çalışmam süresince yardımlarından dolayı Sayın Yrd. Doc. Dr. Ömer Faruk ÖZGÜVEN hocama, tezimin başından sonuna kadar her an teknik yardım, neşe ve moral desteklerinden dolayı Sayın Sevinç TOSUN hocama, çalışmam boyunca yanımda olan arkadaşlarım Sayın Necati ERGİN, Sayın Seyfettin YILDIZ, Sayın Alparslan TATAR, Sayın M. Akif ERGENÇ ve Sayın Furkan UZUNOĞLU na teşekkür ederim.

7 İÇİNDEKİLER 1 ISD 4003 SERİLERİ TEK ENTEGREDE VE 8 DAKİKALIK SES KAYDI/GERİÇALMA GENEL TANITIM... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1.2 BACAK TANIMLAMALARI Voltaj Girişleri Toprak Girişleri (V SSA, V SSD ) Terslemeyen Analog Giriş (ANA IN +) Tersleyen Analog Giriş (ANA IN ) Ses Çıkışı (AUD OUT) Slave Select ( SS ) Master Out Slave In (MOSI) Master In Slave Out( MISO ) Serial Clock (SCLK) Interrupt ( INT ) Row Address Clock (RAC) External Clock Input (XCLK) Serial Peripheral İnterface ( SPI ) Description Mesaj Cueing (Mesaj Çağırma) ZİLOG Z80 MİKROİŞLEMCİSİ Z80 MİMARİSİ MİKROİŞLEMCİ YE AİT KAYDEDİCİ BİRİMLER (REGİSTERLER) Özel Amaçlı Kaydediciler Akümülatör Ve Bayrak Kaydedicileri Genel Amaçlı Kaydediciler ARİTMETİK VE MANTIK BİRİMİ (ALU) KOMUT KAYDEDİCİSİ VE MİKROİŞLEMCİ DENETİMİ Z80-MİKROİŞLEMCİNİN BACAK TANIMLARI A PROGRAMLANABİLEN PARELEL GİRİŞ/ ÇIKIŞ ENTEGRESİ İLE KLAVYE VE EKRAN MODÜLÜ HAFIZA HAFIZA HARİTASI (MEMORY MAP )... 26

8 4.2 HAFIZA ÇEŞİTLERİ YAZ/OKU HAFIZA (READ/WRITE MEMORY, R/WM, RAM) YALNIZCA OKUNABİLEN HAFIZA (READ ONLY MEMORY, ROM ) PROGRAMLANABİLEN OKU-YAZ HAFIZA (PROGRAMMABLE ROM, PROM) SİLİNEBİLEN PROM (ERASABLE PROM, EPROM) ELEKTRİKSEL SİLİNEBİLEN PROM (EEPROM) SES KAYDI İÇİN YAPILMASI GEREKEN İŞLEMLER VE DEVREDE GERÇEKLEŞEN OLAYLAR MİKROİŞLEMCİNİN, SES KAYDINDA YAPACAĞI İŞLEMLERİ YÖNLENDİREN Z80 PROGRAMI SONUÇ KAYNAKLAR EK... 46

9 ŞEKİLLER ŞEKİL 1 ISD 4003 SERİES BLOCK DİAGRAM... 7 ŞEKİL 2 SPI PORT... 8 ŞEKİL 3 ISD 4003 SERİES ANA IN MODES... 8 ŞEKİL 4 TİMİNG DİAGRAM... 9 ŞEKİL 5 8-BİT COMMAND FORMAT... 9 ŞEKİL 6 16-BİT COMMAND FORMAT ŞEKİL 7 PLAYBACK/RECORD AND STOP CYCLE ŞEKİL 8 Z80 MİKROİŞLEMCİ BLOK DİYAGRAMI ŞEKİL 9 Z80 MİKROİŞLEMCİ REGİSTER DÜZENİ ŞEKİL 10 F BAYRAK KAYDEDİCİSİNİN YAPISINDA BULUNAN BAYRAKLAR ŞEKİL 11 Z80 BACAK BAĞLANTILARI ŞEKİL BACAK BAĞLANTISI ŞEKİL COMMAND REGİSTER YAPISI ŞEKİL 14 HAFIZA HARİTASI... 27

10 TABLOLAR TABLO 1 OPCODE SUMMARY... 6 TABLO 2 SPI CONTROL REGİSTER... 7 TABLO 3 KOMUT BAŞLANGIÇ ADRESLERİ TABLO 4 SAYI KARŞILIĞI SEGMENT BİLGİLERİ TABLO 5 KAYDEDİLEN MESAJLARIN BAŞLANGIÇ ADRESLERİ TABLO 6 ETİKET ADRESLERİ... 43

11

12 ISD 4003 SERİLERİ TEK ENTEGREDE VE 8 DAKİKALIK SES KAYDI/GERİÇALMA Genel Tanıtım ISD 4003 yüksek kaliteli ürünler olup +3 V besleme ile tek bir entegrede 4-8 dakikalık mesaj kayıt/geri çalma uygulaması, hücreli telefonlar ve diğer taşınabilir elemanlar için idealdir. CMOS yapılı entegreler üzerinde, osilatör, düzleştirici filtre, otomatik susma özelliği, ses amplifikatörü ve yüksek kapasite çok seviyeli flash hafıza sıraları bulundururlar. ISD 4003, mikroişlemcili veya microdenetleyicili sistemde seri olarak kullanılacak şekilde düzenlenmiştir. Kaydedilirken bilgiler entegredeki silinmez hafıza hücrelerine depolanır, mesajlar saklı tutulurken sıfır güç harcanır. Bu eşsiz entegre, ISD nin patentli çok seviyeli hafıza teknolojisi ile üretilmiştir. Ses ve ses sinyallerini doğal hallerinde direkt olarak depolar, yüksek kaliteli, katı halli ses kopyaları üretilmesini sağlar. Özellikler Tek entegrede kayıt/geri çalma Yalnız +3 V luk besleme Düşük güç tüketimi İşlem akımları: I CC Play: 25 ma (tipik) I CC Rec: 30 ma (tipik) Standby akımı: 1µA (tipik) 4, 5, 6 ve 8 dakika sürekli işlem Yüksek kaliteli doğal ses kopyalarını üretme Geri etkenlerin gürültüsü azalarak sessizlik durumu sağlanana kadar otomatik susma özelliği. Algoritma gerektirmemesi Mikrodenetleyici SPI veya Mikroişlemci seri arabirimi Çok yollu mesajda tamamen adreslenebilme Saklanmış (depolanmış) mesajların silinmemesi SPI veya Mikroişlemci kontrol register'ı ile güç tüketim kontrolü 100 yıl mesaj saklama (tipik) 100K kayıt periyotları (tipik) Entegre üzerinde clock kaynağı Sıcaklık yayabilme (-20 C 70 C) ve endüstriyel sıcaklık (-40 C 85 C) çeşitleri mevcuttur. Bacak Tanımlamaları Voltaj Girişleri ISD 4003' teki analog ve dijital devrelere ayrı güç hattı bağlanmasıyla gürültü önemsenmeyecek seviyeye düşer. +3V' luk besleme hatları mümkün olduğu kadar besleme kaynağına yakın bir yerde birleştirilmeli. Buna ek olarak, bu devreler mümkün olduğu kadar empedansı önleyen devreler (empedans oluşturmayan) devreler olmalıdır.

13 Toprak Girişleri (V SSA, V SSD ) ISD 4003 seri elemanı ayrı ayrı analog ve dijital toprak hatları kullanır. Analog toprak bacakları (V SSA ) mümkün olduğu kadar hep birlikte kılıfa yakın bir şekilde bağlanmalı ve bağlantıdan dolayı oluşan empedans güç besleme toprağı ile küçük yüzeyli olmalıdır. Dijital toprak bacağı (V SSD ), güç besleme toprağı ile bağlantıdan dolayı oluşturduğu empedans küçük yüzeyli olmalıdır. Bu toprak hatlarının yüzeyi V SSD, ve V SSA bacakları arası empedansı 3Ω dan küçük olacak şekilde yeter derecede büyük olmalıdır. Kalıbın geri yüzeyi V SS in bağlanmasından dolayı dirençli tabakaya sahiptir. Entegre üzeri dizaynında kılıfa yapılan V SS bağlantıları kılıf yüzeyi ile ilişkili olmalı veya solda olmalıdır. Terslemeyen Analog Giriş (ANA IN +) Bu bacak, kayıt için entegreye sinyal aktarımını terslemeden yapar. Analog giriş amplifikatörü, Single-Ended Input Mode (tek fazlı) veya Differential Input Mode (diferansiyelleme) ile sürülebilir. Single-Ended Input Mode de optimum sinyal kalitesi için bu bacağa max. Tepeden tepeye 32 mv luk girişe izin verecek kapasite bağlanmalıdır. Bu kapasitansın değeri, beraber bağlandığı ANA IN + bacağının giriş empedansı 3 KΩ ile birlikte, ses geçirme bandının en düşük frekansında kesilecek (devreyi ayıracak) şekilde seçilmiştir. Differential-Input Mode de, optimum ses kalitesi için ANA IN+ ya max. 16 mv P-P lik giriş sinyali uygulanmalıdır. Her iki mod için devre bağlantıları ISD Series ANA IN MODES şeklinde gösterilmiştir. Tersleyen Analog Giriş (ANA IN ) Bu bacak differential-input Mode de kayıt için entegreye analog sinyal aktarımını tersleyerek yapar. Bu differential-input Mode de optimum sinyal kalitesi için max. Giriş sinyali 16 mv P-P olan, ANA IN- kapasite bağlanmalı. Bu kapasitansın değeri, ANA IN+ bacağında olan kapasitansa eşit olmalıdır. Bu ANA IN- bacağının giriş empedansı nominal değeri 56 KΩ dur. Single-Ended Input Mode de ANA INbacağı ANA IN+ girişinde kullanılan kapasitans değerine eşit olacak şekilde kapasitans üzerinden V SSA ya bağlanmalıdır. Ses Çıkışı (AUD OUT) Bu bacak kullanıcı için ses çıkışı sağlar. 5 KΩ luk empedansları sürebilir. Bu bacaktan AC çıkış verilir. Not: AUDOUT bacağı entegrede enerji olduğu zaman daima 1,2 Volttadır. Geri çalma zamanı bu bacaktaki çıkış sürücü bağlantıları 5 KΩ dan küçük yükleri sürebilir. Kayıt yaparken AUDOUT bir dirençle içeriden 1,2 V luk analog toprak beslemesine bağlanır. Bu direnç tahminen 850 KΩ dur, fakat entegrenin örnekleme oranına göre biraz değişir. Bu bağımlı yüksek empedans izin verir ki, bu bacak ses hattının yüklenmesini düşürmeyecek şekilde bağlanabilir. Slave Select ( SS ) Bu giriş LOW olduğu zaman ISD 4003 entegresi yetkilendirilir. Master Out Slave In (MOSI) Bu, ISD 4003 ün seri girişidir. Mikrodenetleyici, clock sinyalinin yükselen kenarından yarım saykıl önce bilgileri ISD 4003 ün MOSI hattı üzerine yerleştirmelidir

14 Master In Slave Out( MISO ) Bu, ISD 4003 ün seri çıkışıdır. Bu çıkış, eğer entegre yetkilendirilmezse yüksek empedans durumuna gider. Serial Clock (SCLK) ISD 4003 ün clock girişidir. Bu clock mikrodenetleyici tarafından oluşturulur ve senkron bilgi girişinde ve MOSI ile MISO hatlarının entegreden çıkışında kullanılır. Bilgi ISD 4003 te SCLK nın yükselen kenarında tutulur (kaydedilir) ve SCLK nın düşen kenarında çıkışa kaydırılır. Interrupt ( INT ) ISD 4003 ün interrupt bacağı Overflow (OVF) veya Mesaj Bitimi (EOM) işaretleri ortaya çıktığında sıfıra düşer ve orada kalır. Bu bir açık akaç bacağıdır. Her operasyon OVF veya EOM ın mesaj işaretlerini içeren interrupt oluşturmasıyla son bulur. İnterrupt sonraki zamanda SPI saykıllarının başlamasıyla silinir. İnterruptın durumu RINT komutu ile okunabilir. Overflow Flag (OVF) Overflow flag'i ISD 4003 ün analog hafızasının geriçalma veya kaydederken bittiğini gösterir. End of Message (EOM) End of Message flag'i herhangi bir EOM bulunana kadar sadece geri çalma işlemi boyunca set olur. Her bir dizi ayarı için EOM flag'inin sekiz durumu vardır. Row Address Clock (RAC) Bu açık akaç çıkış bacağı 8 KHz lik örnekleme frekansında 200 ms lik periyotlarla sinyallerin oluşmasını sağlar (Bu hafızanın tek sıra dizelerini gösterir ve ISD 4003 serilerinde 1200 memory dizisi vardır). Bu sinyal dizinin sonuna ulaşana kadar 175 ms HIGH durumunda ve 25 ms LOW durumunda kalır. Bu bacak mesaj yürürlüğe koyma teknikleri için kullanılabilir. RAC bacağı mesaj çağırma modunda 218,75 µs HIGH durumunda ve 31,25 µs LOW durumunda kalır (Mesaj çağırmanın ayrıntılı tanıtımı için "Opcode Summary " isimli tabloya bakınız). Diğer örnekleme oranına sahip ürünler için RAC ın zamanlama diyagramı AC parametreler tablusunda belirtilmiştir. External Clock Input (XCLK) Eğer XCLK kullanılmayacaksa, bu giriş toprağa bağlanmalıdır. Serial Peripheral İnterface ( SPI ) Description ISD 4003 operasyonları SPI seri arabiriminden belirlenir. SPI arabirimi operasyonları sıraya göre işleme koyar. Varsayılan bilgi transfer protokolü (kuralları) şöyledir ki; mikrocontrollerin kaydırmalı kaydedicinin sinyalleri SCLK nın düşen kenarında olur. ISD 4003 te bilgi sinyalleri clock un düşen kenarında MISO bacağından çıkar. 1. Tüm seri bilgi iletimi SS bacağının (sinyallerinin) düşen kenarı ile başlar. 2. SS tüm seri haberleşme sırasında LOW ve komutlar arası zamanlarda ise HIGH olur. 3. Bilgi sinyal girişleri Clock un yükselen kenarında ve bilgi sinyal çıkışları clock un düşen kenarında olur. 4. Dinleme ve kayıt işlemlerinin başlamasına SS bacağının LOW olmasıyla izin verilir, opcode ve adres durumuna göre sürülür. (Opcode tablosu devam eden sayfadadır.) 5. Opcode ve adreslerin durumu 5 bit ve 11 bittir.

15 6. Mesaj çağırma saykıllarını içeren her operasyon EOM veya OVF un interrupt oluşturmasıyla sonlanır. 7. İnterrupt bilgisi ISD 4003 ün MISO bacağından çıktığında aynı anda kontrol ve adres bilgileri MOSI bacağından girmeye başlar. Dikkat ederek devre sistem operasyonları ile uyumlu bilgiler gönderilmelidir. İnterrupt bilgisinin durumu okunabilir ve aynı SPI saykılı içersinde yeni işlem başlatılabilir. 8. Operasyonlar RUN bitinin set olmasıyla başlar ve reset olmasıyla biter. 9. Her operasyon SS bacağının yükselen kenarıyla başlar. Mesaj Cueing (Mesaj Çağırma) Gerçek fiziksel yerini bilmese de kullanıcının mesaj atlayarak mesaj çağırmasına izin verir. Bu modda mesajlar normal geri çalma modundan 1600 kat daha hızlı çağrılır. EOM işaretleyicisi ortaya çıkıncaya kadar devam eder. Bundan sonra, dahili adres sayıcı sonraki mesajın adresini gösterecektir. Tablo 1 Opcode Summary Komut Opcode <5_ bits> Adress <11_bits> Operasyon Özeti POWERUP <XXX> Powerup: Aygıtın T PUD süresinden sonra operasyon için hazır duruma gelmesi <A SETPLAY <A 10 A 0 > 10 A 0 > adresinden itibaren geri çalmanın başlatılması PLAY <XXX> EOM veya OVF işaretleyicisi gelene kadar o anki adresten itibaren geri çalma SETREC <A 10 A 0 > <A 10 A 0 > adresinden itibaren kayıt yapma REC <XXX> OVF olana kadar o anki adresten itibaren kayıt yapma SETMC <A 10 A 0 > <A 10 A 0 > adresinden mesaj çalmanın başlatılması MC <XXX> Mesaj çalmanın işleme konması STOP 0X110 <XXX> Devre operasyonlarının durdurulması STOPPWRDN 0X01X <XXX> Devre operasyonlarının durdurulması ve stand-by (düşük güç) modunda bekleme RINT 0X110 <XXX> İnterrupt bitinin durumunun okunması: OVF ve EOM Tablo 2 SPI Control Register Control Register RUN P/R Bit Device Fonction Control Register Enable or Disable operation PU 1 Start 0 Stop 1 0 Selects Play or Record operation Play Record IAB Bit Device Function Master Power control Power-Up Power-Down Ignore Address control bit Ignore input address register (A10-A0) Use the input address register contents for an operation (A10-A0) MC 1 0 Enable or disable message cueing Enable mesage cueing Disable message cueing P 10 -P 0 A 10 -A 0 Output of the row pointer register Input address register

16 Şekil 1 ISD 4003 Series Block Diagram

17 MISO OVF EOM P 0 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P MOSI C 4 C 3 C 2 C 1 C 0 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Message Cueing (MC) Ignore Address Bit (IAB) Powerup (PU) Play/Record (P/R) RUN Şekil 2 SPI Port Şekil 3 ISD 4003 Series ANA IN Modes

18 Şekil 4 Timing Diagram Şekil 5 8-Bit Command Format

19 Şekil 6 16-Bit Command Format Şekil 7 Playback/Record and Stop Cycle

20 ZİLOG Z80 MİKROİŞLEMCİSİ Z80 Mimarisi Z80 mikroişlemcisinin iç mimarisinin blok diyagramı Şekil 8 te gösterilmiştir. Bu diyagram mikroişlemci biriminin ana elemanlarını göstermektedir ve aşağıda verilen şema anlatımın başından sonuna kadar referans olarak kullanılacaktır. 8 Bitlik Veri Yolu Veri Yolu Denetimi Komut Kod Çözücü ve MİB Denetimi Komut Kayd. MİB Kaydedicileri ALU MİB Denetimi Mikroişlemci ve Sistem Denetim Sinyalleri Adres Denetimi 16 Bitlik Adres Yolu Şekil 8 Z80 Mikroişlemci Blok Diyagramı Mikroişlemci ye Ait Kaydedici Birimler (Registerler) Z80 mikroişlemci, programcı tarafından erişilmesi mümkün olan 208 bitlik R/W bellek içerir. Bu belleğin 18 tane 8 bitlik kaydedici ve 4 tane 16 bitlik kaydedici halinde nasıl düzenlendiği Şekil 4 te gösterilmiştir. Z80'in tüm kaydedicileri, statik RAM kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu kaydediciler, 8 bitlik kaydedici olarak tek başlarına yada 16 bitlik kaydedici olarak çiftler halinde kullanılabilecek olan 6 adet genel amaçlı kaydediciden oluşan 2 takım içerir. Ayrıca akümülatör ve bayrak kaydedicilerinden oluşan iki takım daha mevcuttur.

21 Özel Amaçlı Kaydediciler a) Program Sayıcı (Program Counter-PC): Program sayıcı bellekten okunacak olan komutun 16 bitlik adresini içerir. PC içeriğinin adres hatlarına aktarılmasından sonra otomatik olarak arttırılır. Herhangi bir program atlama komutu yürütüldüğünde, arttırıcı aşılarak, yeni değer PC ye otomatik olarak yerleştirilir. Mikroişlemci komutları okurken ilgili komutu hangi bellek gözünden aldığına dair adresi saklaması gerekir. Çünkü bir sonraki komutu bu adresi bir arttırarak alır. İşte mikroişlemcinin hangi adresten komut aldığını gösteren registere PC denir ve bu register 16 bitliktir. b) Yığın İşaretçisi (Stack Pointer-SP): SP, dış sistemde bulunan RAM belleğindeki herhangi bir yere yerleştirilmiş olan bir yığının tepesinin 16 bitlik adresini tutar. Dış yığın belleği, son kaydedilen ilk okunur (LIFO) düzeninde bir dosya şeklinde düzenlenir. PUSH ve POP komutlarının yürütülmesi yoluyla, yığına belirli mikroişlemci kaydedicilerinden veri itilebilir, yada yığından belli mikroişlemci kaydedicilerine veri çekilebilir. Yığından çekilen veri her zaman yığına daha önce itilmiş olan son veridir. Yığın çok düzeyli kesmelerin kolayca gerçeklenmesini, sınırsız sayıda alt programın iç içe geçirilebilmesini ve birçok veri işleme türlerinin basitleştirilmesini sağlar. Mikroişlemcinin ana programdan alt programa gittiği zaman ana programa geri döneceği adresi sakladığı adres gözünün adresini içerir. Ana programdan alt programa gidildiği zaman PC de o anda ana program komut satırının adresi vardır. Stack pointere bir defa 16 bitlik bir adres yüklendikten sonra, örneğin 2099H stack a bilgi depolama bir sonraki stack adresinden başlar. SP-1 (yani 2098) ve azalarak gider. Bir register çiftinin içeriğini (16 bitlik) SP-1 ve SP-2 (2098ve 2097) adreslerine depolanır. SP 2 azaltılarak 2099H den 2097H olur. Stack pointerden bilgilerin geri alınması işlemi de depolama işleminin tersidir. POP komutunun her çalıştırılmasında stack ın gösterdiği adresten başlayarak 2 byte bilgi geri alınır. Stack toplamı da iki arttırılır. Stack proğramcı ve mikroişlemci tarafından paylaşılır. c) İndeks Kaydedicileri (IX ve IY): Birbirinden bağımsız iki adet indeks kaydedicisi, indekslenmiş adresleme modlarında kullanılan 16 bitlik bir taban adresini tutar. Bu adresleme modunda indeks kaydedicilerinden biri verinin bellekte saklanacağı yada geri alınacağı bölgeyi işaret etmek için bir taban olarak kullanılır. Bu tabandan itibaren olan kaymayı belirtmek için indekslenmiş komutlarda ilave bir byte içerir. Bu kayma 2 nin tümleyeni halindeki işaretli bir tamsayı olarak belirtilir. Bu adresleme modu, özellikle veri tablolarının kullanıldığı bir çok program türlerini büyük ölçüde basitleştirir. d) Kesme Sayfası Adres Kaydedicisi (Interrupt): Z80 mikroişlemcisi, herhangi bir kesmeye cevap olarak herhangi bir bellek konumuna dolaylı bir çağrının gerçekleştirilebileceği bir modda çalıştırılabilir. Bu amaçla I kaydedicisi dolaylı adresin üst sıralı 8 bitini saklamak için kullanılır, adresin alt 8 bitini ise kesme yapan birim aracılığı ile Adres Bus'tan alır. e) Bellek Tazeleme Kaydedicisi (Refrech): Z80 mikroişlemcisi, statik belleklerle aynı kolaylıkla kullanılan dinamik bellekleri yetkilendirebilmek için bir bellek tazeleme sayıcısını içermektedir. Bu 8 bitlik kaydedici her komut getirme saykılından sonra otomatik olarak arttırılır. Mikroişlemci getirilen komutun kodunu çözerken ve yürütürken tazeleme sayıcısındaki veri bir tazeleme denetim sinyaliyle birlikte adres yolunun alt yarısı üzerinden dışarıya gönderilir. Bu tazeleme modu programcıya bütünüyle açıktır ve mikroişlemcinin çalışmasını yavaşlatmaz. Programcı R (tazeleme) kaydedicisini test etmek amacı için yükleyebilir, fakat bu kaydedici normalde programcı tarafından kullanılamaz. f) PUSH: Bu 1 veya 2 byte lık komut olup belirtilen registeri (16 bitlik) veya indeks registerinin içeriklerini stack a şöyle kaydeder. Bu komut önce SP yi bir eksiltir ve register çiftinin veya indeks registerinin üst byte ını SP-1 adresine kopyalar. Sonra SP yi tekrar bir azaltır ve alt byte ı SP-2 adresine kopyalar. g) POP: Bu 1 vaya2 byte lık komut olup stack in en üst iki adresindeki bilgiler belirtilen register çiftine kopyalanır. Önce stack in SP ile gösterilen adresindeki bilgi register çiftinin alt baytı na kopyalanır (BC registerinin C registerine veya IX registerinin alt baytına) sonrada SP+1 deki bilgi üst registere kopyalanır. h) EXCHANGE: Z80 mikroişlemci, bayraklar, akümülatör ve genel amaçlı registerlerin birer de yedeğine sahiptir. Değiş komutları ile bu yazaçların içerikleri kaydedilebilir. Bu yedek yazaçlar yığına benzer görev yaparlar.

22 Ana Kaydedici Takımı Yedek Kaydedici Takımı (Register) (Register) Akümülatör Bayraklar Akümülatör Bayraklar A F A' F' B C B' C' D E D' E' H L H' L' Kesme Vektörü I Bellek Tazeleme R İndeks Kaydedicisi IX İndeks Kaydedicisi IY Yığın İşaretçisi SP Program Sayıcısı PC Şekil 9 Z80 Mikroişlemci Register Düzeni Akümülatör Ve Bayrak Kaydedicileri Mikroişlemci birimi birbirinden bağımsız iki adet 8 bitlik akümülatörü ve bunlarla birleştirilmiş 8 bitlik bayrak kaydedicilerini içermektedir. Bayrak kaydedicisi 8 yada 16 bitlik işlemler için,örneğin bir işlemin sonucunun sıfıra eşit olup olmadığının belirtilmesi gibi özel koşulları gösterirken, akümülatör 8 bitlik aritmetik veya mantıksal işlemlerin sonuçlarını tutar. Programcı, çalışmak istediği akümülatör ve bayrak çiftinin tek bir değiş tokuş komutu ile seçer. Bu suretle, programcının herhangi biri ile kolaylıkla çalışması mümkündür. a) Akümülatör: Akümülatör mikroişlemcinin bir parçası olan 8 bitlik bir kaydedicidir. A kaydedicisi Z80 de akümülatör görevini görür. Bu kaydedici, aritmetik ve mantık işleme tabi tutulacak 8 bitlik datanın depolanması,mikroişlemci de yapılan işlem sonuçlarının depolanması, sonuçların çıkışa aktarılması görevini yürütür. Örneğin toplama işlemi yaptıran ADD komutu, toplama işlemine giren iki sayıdan birini daima A akümülatöründe bulunan sayı olarak kabul eder. Toplama işleminin sonucu da akümülatördeki bir önceki sayı ile yer değiştirilerek saklanır. Akümülatörün dışındaki registerlara direkt olarak data yüklenemez ve mikroişlemci işlemlerinin sonuçları da depolanamaz. Sadece A akümülatörünün içeriği ile yer değişimi yapılarak kullanılabilir. b) Bayrak Kaydedicisi (Flag Registeri): Bir futbol maçında yan hakemlerin oyunun kurallarına göre bazen ellerindeki bayrakları kaldırdıkları ve böylece orta hakeme bilgi verdikleri görülür. Benzer şekilde mikroişlemci de yapılan bir işlemden sonra data sonuçlarının durumlarını gösteren mikroişlemci de bulunan 6 flip-flop tan her biri mikroişlemciye bilgi verir ve bunların her birine de bayrak adı verilir. Flip-flop ların durumları,istenildiğinde 8 bitlik bayrak kaydedicisinde görülebilmektedir. Şekil 5 te F bayrak kaydedicinin bitlerindeki bayrakların yerleri görülmektedir. Bu bayrak kaydedicisindeki D 3 ve D 5 bitleri ise kullanılmamaktadır. D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 S Z H P/V N C S: Sign P/V: Parity/Over flow Z: Zero N: Add/Substract H: Half Cary C: Carry Şekil 10 F Bayrak Kaydedicisinin Yapısında Bulunan Bayraklar

23 6 bayrak içindeki H (half carry) ve N (Add/subtract) bayrakları mikroişlemci tarafından BCD (Binary Coded Decimal) sayı işlemlerinde kullanılır. Bu iki bayrağın içeriği herhangi bir komut tarafından test edilemez ve programcı tarafından kullanılamazlar. Geriye kalan 4 bayrak Jump ve Call komutları ile kontrol edilebilir. 1) Elde Bayrağı (Carry Flag-C): Bu bayrak akümülatörün en yüksek sıralı bitinde çıkan eldedir. Bir aritmetik işlemde, örneğin bir toplama sonucu elde (carry) üretilmişse veya bir çıkarma işleminde bir borç alma (borrow) olmuşsa elde bayrağı set olur. Aksi takdirde reset olur. Ayrıca bu bayrak bazı mantık ve kaydırma komutları tarafından da etkilenir. 2) Sıfır Bayrağı (Zero Flag-Z): Bu bayrak, yapılan işlemin sonucu sıfır ise set olur. Aksi takdirde reset olur. İki sayıyı karşılaştırırken bu sayılar eşitse veya bir bitin sıfır olup olmadığı kontrol edilmek isteniyorsa ve bu bit sıfırsa Z bayrağı set olur. 3) İşaret Bayrağı (Sign Flag-S): Bu bayrak, yapılan işlemin sonucu negatif olduğunda set olur. Bu bayrak, sayının işaretini 7. bit (EDB) gösterdiğinden dolayı (negatif bir sayının 7. biti birdir), akümülatördeki 7. bitin bir kopyasını içerir. 4) Eşlik/Taşma Bayrağı (Parity/Over Flow Flag-P/V): Bu çift amaçlı bayrak, mantıksal işlemler (örneğin AND A,B gibi) yapıldığında akümülatördeki sonucun eşliğini belirtir,ikiye tümleyeni ile işaretli aritmetik işlemler yerine getirildiğinde ise taşmayı gösterir. Z80 taşma bayrağı, akümülatördeki ikiye tümleyen halindeki sayının, ikiye tümleyeni notasyonunda gösterilebilen maksimum sayıyı (+127) aşması yada minimum sayıdan (-128) daha küçük olması halinde, hatalı olduğunu belirtir. Genel Amaçlı Kaydediciler Z80 mikroişlemcisi nde genel amaçlı kaydedicilerden oluşan, eşleştirilmiş iki kaydedici takımı mevcuttur. Bu takımların her ikisi de, programcı tarafından 8 bitlik kaydedici olarak tek başına yada 16 bitlik kaydedici olarak çiftler halinde kullanılabilecek olan 6 adet 8 bitlik kaydedici içermektedir. Takımlardan birincisindeki kaydedici çiftleri, BC, DE, HL ile adlandırılır. Eşlenik takımdakiler ise BC, DE,HL ile adlandırılır. Programcı, çalışacağı kaydedici takımını, bütün takım için tek bir değiş tokuş komutu yardımıyla seçebilir. Hızlı kesme cevabının gerekli olduğu sistemlerde, genel amaçlı kaydediciler ile akümülatör/bayrak kaydedicisinden oluşan takımlardan birisi, bu çok hızlı programın işletilmesine ayrılabilir. Programdan programa geçiş için sadece tek bir değiş tokuş komutunun yürütülmesi gerekir. Bu özellik, kesme yada alt program işlemleri sırasında kaydedici içeriklerinin dış yığına saklama ve geri alma gereksinimlerini ortadan kaldırmak suretiyle, kesmeye cevap verme süresini büyük ölçüde azaltır. Bu genel amaçlı kaydediciler, programcı tarafından çok geniş aralıktaki uygulamalar için kullanılır. Ayrıca, dış belleğinin mevcut olduğu ROM tabanlı sistemlerde programlamayı da basitleştirirler. Aritmetik Ve Mantık Birimi (ALU) Z80 mikroişlemcinin 8 bitlik aritmetik ve mantıksal komutları, ALU da yürütülürler. ALU, mikroişlemcinin içerisinde iç veri yolu üzerinden, kaydediciler ve dış veri yoluyla iletişimde bulunurlar. ALU tarafından yerine getirilen işlevlerin türleri şöyledir. Toplama Çıkartma Mantıksal VE Mantıksal VEYA Mantıksal özel VEYA Karşılaştırma Sola ya da sağa kaydırma ya da döndürme Arttırma Azaltma Bit kurma Bit sıfırlama Bit test etme

24 Komut Kaydedicisi Ve Mikroişlemci Denetimi Bellekten her komut getirme işleminde, getirilen komut,komut kaydedicisine yerleştirilerek kodu çözülür. Bu işlevi denetim bölümü yerine getirir ve sonra kaydedicilerden veri okumak ya da kaydedicilere veri yazmak için gerekli olan bütün denetim sinyallerini üretir ve sürer, ALU yu denetler ve gerekli olan bütün dış denetim sinyallerini sağlar. Z80-Mikroişlemcinin Bacak Tanımları Z80 mikroişlemcisi, 40 bacaklı bir endüstri standardı olan Çift-sıralı (DIL) Paket içinde paketlenmiştir. Giriş/Çıkış bacakları Şekil 11 da gösterilmiş ve bu bacakların her birinin işlevleri şeklin altında tanımlanmıştır M1 MREQ IORQ WR RD REFSH HALT WAIT INT NMI RESET BUSRQ BUSAK CLK A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D Z80-CPU Şekil 11 Z80 Bacak Bağlantıları A0-A15: Tristate durumunda olabilen high'ta etkin çıkış A0-A15, (Adres Bus) 16 bitlik bir adres yolu oluşturur. Adres yolu, (64 Kbyte kadar) bellek veri değiş-tokuşları ve Giriş/Çıkış birimleri veri değiş tokuşları için gerekli adresi sağlar. Giriş/Çıkış adreslemesi, kullanıcının 256 adete kadar giriş yada çıkış portunu doğrudan doğruya seçebilmesini sağlamak üzere alt sıralı 8 adres bitini kullanır. A0 en küçük değerlikli adres bitidir. Tazeleme süresi sırasında, alt sıralı 7 bitin geçerli bir tazeleme adresini içerir. D0-D7: Tristate durumunda olabilen high'ta etkin Giriş/Çıkış. D0-D7, (Data Bus) 8 bitlik iki yönlü veri yolu oluşturur. M 1 : Alçakta etkin çıkış. M 1 yürürlükteki makine (Birinci makine saykılı) saykılının, bir komutun yürütümünün opkodu getirme saykılı olduğunu belirtir. 2 byte lık opkodlarının yürütümü