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Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 1 Memórias e periféricos de entrada / saída.

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1 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 1 Memórias e periféricos de entrada / saída Organização: –Tipos de memórias –Periféricos de E/S digital –Periféricos de E/S analógica –Outros tipos de E/S

2 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 2 Tipos de memórias Consideraremos neste âmbito dois tipos principais de memórias semicondutoras: – Memórias de leitura / escrita, a que é frequentemente dada a designação de RAM ( Random Access Memories ), para realçar o facto de que se pode aceder directamente a qualquer posição – Memórias só de leitura, a que é frequentemente dada a designação de ROM ( Read Only Memories ), dispondo também estas de acesso aleatório

3 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 3 Tipos de memórias: RAM As RAM dividem-se em dois grandes grupos : –As RAM dinâmicas, com maior densidade (número de bits por mm 2 de silício), que requerem operações periódicas de refrescamento para não perderem o conteúdo –As RAM estáticas, podendo estas ser ainda do tipo volátil ou não volátil (estas dispõem de uma pequena bateria incorporada, que conserva o conteúdo durante a ausência da tensão de alimentação)

4 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 4 Tipos de memórias: ROM De acordo com o tipo de programação, este tipo de memórias divide-se nos seguintes grupos principais: –ROM: Não programáveis (vêm já gravadas de fábrica) –PROM: Programáveis ( programmable ) uma vez –EPROM: Também programáveis, sendo desgraváveis ( erasable ) por exposição a luz ultra-violeta As EPROM, devido à forma como são desgravadas, possuem uma janela no encapsulamento

5 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 5 Tipos de memórias: ROM (cont.) As EPROM estão entre as memórias só de leitura mais comuns, tendo sido a tecnologia principal deste tipo durante muitos anos O conteúdo é desgravado por exposição a luz ultra- violeta durante cerca de 15 a 20 minutos, tantas vezes quantas as necessárias (embora em número limitado)

6 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 6 Tipos de memórias: ROM (cont.) A programação das EPROM faz-se através de programadores com diversos tipos de complexidade e custo (o modelo aqui ilustrado está entre os mais caros):

7 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 7 Tipos de memórias: ROM (cont.) Em relação ao modelo anterior, o interface da aplicação de programação (Windows) é o seguinte:

8 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 8 Memórias: Encapsulamentos Os encapsulamentos mais comuns são os dos tipos DIP ( Dual In-line Package ), SOIC ( Small Outline Integrated Circuit ) e LCC ( Leaded Chip Carrier ):

9 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 9 Memórias: Configuração de pinos As configurações de pinos mais comuns são as seguintes:

10 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 10 Memórias: Diagramas temporais É necessário compreender bem quais são os principais parâmetros envolvidos nos dois tipos de acesso à memória (leitura, escrita): –Na leitura, o importante é garantir que a memória é suficientemente rápida a colocar os dados no barramento, após a activação do sinal de leitura –Na escrita, o importante é garantir que os dados presentes no barramento estão activos durante um tempo mínimo em torno da desactivação do sinal de escrita

11 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 11 Memórias: Diagramas temporais (leitura) Exemplo da especificação dos parâmetros principais para a operação de leitura com a DS1230 (RAM não volátil)

12 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 12 Memórias: Diagramas temporais (escrita) Exemplo da especificação dos parâmetros principais para a operação de escrita com a DS1230 (RAM não volátil)

13 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 13 Outros tipos de memórias Para além dos tipos anteriormente referidos, e pela sua crescente vulgarização, merecem ainda referência especial os seguintes: –As EEPROM, apagáveis electricamente ( electrically erasable ), que por isso dispensam a luz ultra-violeta –As memórias do tipo Flash, que são também não voláteis e reprogramáveis electricamente, apresentando em relação às EEPROM vantagens em relação à densidade de integração e ao custo

14 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 14 Periféricos de E/S digital Consideraremos neste âmbito os seguintes tipos principais de E/S: –Comunicação série via RS-232C –Comunicação série via I 2 C –Comunicação série via CAN –E/S paralela

15 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 15 E/S digital: RS 232C Publicada pela EIA desde 1969, esta norma de comunicação tornou-se na mais comum e está generalizadamente disponível Existem dois tipos de conectores para comunicação série: 9 pinos e 25 pinos (repare-se que o facto de a comunicação ser série não significa necessariamente que envolva um reduzido número de ligações)

16 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 16 E/S digital: RS 232C (cont.) O protocolo de comunicação RS 232C pode apresentar-se através do seguinte exemplo, correspondente à transmissão do byte 7BH (são usados os valores de +12 V e -12 V para a transmissão dos valores lógicos)

17 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 17 E/S digital: RS 232C (cont.) O LT1181 é frequentemente usado para a adaptação de níveis de tensão na comunicação RS 232C:

18 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 18 E/S digital: I 2 C Lançado pela Philips no início dos anos 80, o I 2 C atingiu uma grande popularidade em equipamentos de electrónica de consumo (HI-FI, TV, VCR, etc.) A principal vantagem do I 2 C consiste em permitir uma ligação série rápida (100 Kbps ou 400 Kbps) e fiável, com base apenas em duas ligações (dados e relógio) Cada componente tem um endereço próprio, codificado em 7 ou 10 bits

19 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 19 E/S digital: I 2 C (cont.) Existem actualmente muitos componentes que suportam a especificação I 2 C, como relógios de tempo real, conversores, amplificadores, etc. O protocolo I 2 C pode ilustrar-se como se segue:

20 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 20 Exemplo I 2 C: O PCF8574

21 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 21 E/S digital: CAN Originalmente concebido pela Bosch para a indústria automóvel, isso conferiu-lhe logo duas vantagens: –Elevado volume de fabrico (i.e. baixo preço) –Elevada imunidade ao ruído (uma vez que se destinava a aplicação num ambiente tradicionalmente hostil) O CAN tem características próprias, que o vocacionam para aplicações em áreas onde nem o RS 232C nem o I 2 C são boas soluções

22 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 22 E/S digital: CAN (cont.) Podendo atingir velocidades e distâncias até Mbps e Km (uma ou outra), o CAN usa apenas dois condutores como meio físico de comunicação Códigos CRC, implementados em hardware pelos periféricos dedicados, garantem excelentes características de fiabilidade na comunicação Existe um grande número de fabricantes de componentes e sistemas de apoio ao projecto

23 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 23 Exemplo CAN: O SJA1000

24 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 24 E/S paralela No contexto que mais nos interessa, a E/S paralela diz respeito aos portos de E/S de um microprocessador ou microcontrolador, com o objectivo de efectuar a leitura ou o controlo ao bit: –Integrados no próprio microcontrolador –Disponíveis como periféricos dedicados (vários tipos) –Implementados através de latches ou buffers (SSI) –Implementados em dispositivos lógicos programáveis

25 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 25 E/S analógica (conversores A/D e D/A) A discretização (A/D) e a sua operação inversa (D/A) dão origem a erros intrínsecos

26 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 26 Conversores D/A Conversão D/A por comutação de fontes de corrente:

27 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 27 Conversores D/A (cont.) Conversão D/A por malha R-2R

28 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 28 Conversores D/A (cont.) Especificações mais importantes : – Resolução (importância do bit menos significativo) – Erro de não linearidade (desvio máximo na saída em relação à característica em linha recta) – Monotonicidade (quando a um aumento na entrada não corresponder um aumento na saída) – Tempo de estabelecimento (para a saída estabilizar em torno de um valor pretendido, dentro de um dado limite, em consequência de uma variação na entrada)

29 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 29 Conversores A/D Convém começar por esclarecer que: –O preço dos A/D depende essencialmente da resolução (número de bits) e da rapidez (conversões por segundo) –Os conversores do tipo paralelo, por aproximações sucessivas e integradores, decorrem de soluções de compromisso entre os dois factores referidos acima Os conversores do tipo sigma-delta não serão considerados nesta breve introdução

30 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 30 Conversores A/D (cont.) Conversores A/D do tipo paralelo: Quantos comparadores são necessários para uma saída com N bits? Que tipo de lógica estará contida no bloco codificador?

31 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 31 Conversores A/D (cont.) Conversores A/D por aproximações sucessivas:

32 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 32 Conversores A/D (cont.) Conversores A/D do tipo integrador: + Vref Entrada analógica Bloco de controlo Contador Código digital na saída Relógio Integrador Comparador

33 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 33 Conversores A/D (cont.) Especificações mais importantes: – Taxa de conversão (conversões por segundo) – Não linearidade diferencial (em relação à gama de valores na entrada, para códigos de saída adjacentes) – Códigos ausentes ( missing codes ) (quando nem todos os códigos existem na saída do conversor) – Não linearidade (desvio máximo em relação à recta ideal) – Resolução (valor do LSB)

34 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 34 Outros tipos de E/S Englobámos neste último grupo os seguintes tipos: –Contadores / temporizadores ( counters / timers ), que contabilizam um dado número de impulsos de relógio –Relógios de tempo real ( real time clocks ), que efectuam medidas relativas (intervalos) e absolutas de tempo –Moduladores de largura de impulso, para a variação do duty cycle de um sinal

35 Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Memórias e periféricos de entrada / saída - 35 Conclusão Objectivo principal do capítulo: Apresentar os principais componentes que complementam a funcionalidade de microprocessadores / microcontroladores Pistas para a continuação do estudo: –Dispositivos de memória (aprofundar o estudo) –Periféricos: Protocolos de comunicação e conversão A/D e D/A (outras alternativas não abordadas)


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