Memórias e periféricos de entrada / saída. Tipos de memórias. Tipos de memórias: RAM. Tipos de memórias: ROM. Organização:

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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 Memórias e periféricos de entrada / saída 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 2 Tipos de memórias: RAM Tipos de memórias: ROM As RAM dividemse 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) Memórias e periféricos de entrada / saída 3 De acordo com o tipo de programação, este tipo de memórias dividese nos seguintes grupos principais: ROM: Não programáveis (vêm já gravadas de fábrica) PROM: Programáveis (programmable) umavez EPROM: Também programáveis, sendo desgraváveis (erasable) por exposição a luz ultravioleta As EPROM, devido à forma como são desgravadas, possuem uma janela no encapsulamento Memórias e periféricos de entrada / saída 4

2 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 ultravioleta durante cerca de 5 a 20 minutos, tantas vezes quantas as necessárias (embora em número limitado) Tipos de memórias: ROM (cont.) A programação das EPROM fazse através de programadores com diversos tipos de complexidade e custo (o modelo aqui ilustrado está entre os mais caros): Memórias e periféricos de entrada / saída 5 Memórias e periféricos de entrada / saída 6 Tipos de memórias: ROM (cont.) Em relação ao modelo anterior, o interface da aplicação de programação (Windows) é o seguinte: Memórias: Encapsulamentos Os encapsulamentos mais comuns são os dos tipos DIP (Dual Inline Package), SOIC (Small Outline Integrated Circuit)eLCC(Leaded Chip Carrier): DIP plástico SOIC DIP cerâmico com janela RAM estática de 52 Kbytes RAM estática de 2 Kbytes EPROM 64 Kbytes Memórias e periféricos de entrada / saída 7 Memórias e periféricos de entrada / saída

3 Memórias: Configuração de pinos As configurações de pinos mais comuns são as seguintes: # Pino DS A7 A6 A5 A4 A3 D0 D D2 Gnd 2 Vpp 2 A7 A6 A5 A4 A3 D0 D D2 Gnd 256 Vpp 2 A7 A6 A5 A4 A3 D0 D D2 Gnd Memórias e periféricos de entrada / saída A7 A6 A5 A4 A3 D0 D D2 Gnd Vcc Vcc A A A9 A9 OE/Vpp /OE 0 0 /CE /CE D7 D7 D6 D6 D5 D5 D4 D4 D3 D3 2 Vcc /PGM 3 A A9 /OE 0 /CE D7 D6 D5 D4 D3 DS 230 Vcc /WE 3 A A9 /OE 0 /CE D7 D6 D5 D4 D3 # Pino 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 0 Memórias: Diagramas temporais (leitura) Exemplo da especificação dos parâmetros principais para a operação de leitura com a DS230 (RAM não volátil) :A.. Memórias: Diagramas temporais (escrita) Exemplo da especificação dos parâmetros principais para a operação de escrita com a DS230 (RAM não volátil) :A.. /CS /CS mín. 00 ns /RD D0:D7 máx. 00 ns Dados válidos /WR D0:D7 Dados estáveis Memórias e periféricos de entrada / saída Memórias e periféricos de entrada / saída 2 mín. 0 ns mín. 5 ns

4 Outros tipos de memórias Periféricos de E/S digital 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 ultravioleta 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 3 Consideraremos neste âmbito os seguintes tipos principais de E/S: Comunicação série via RS232C Comunicação série via I 2 C Comunicação série via CAN E/S paralela Memórias e periféricos de entrada / saída 4 E/S digital: RS 232C E/S digital: RS 232C (cont.) Publicada pela EIA desde 969, esta norma de comunicação tornouse na mais comum e está generalizadamente disponível Existem dois tipos de conectores para comunicação série: 9 pinos e 25 pinos (reparese que o facto de a comunicação ser série não significa necessariamente que envolva um reduzido número de ligações) O protocolo de comunicação RS 232C pode apresentarse através do seguinte exemplo, correspondente à transmissão do byte 7BH (são usados os valores de 2 V e 2 V para a transmissão dos valores lógicos) Start bit Bit de paridade (paridade ímpar) Stop bit Memórias e periféricos de entrada / saída 5 Memórias e periféricos de entrada / saída 6

5 E/S digital: RS 232C (cont.) E/S digital: I 2 C O LT é frequentemente usado para a adaptação de níveis de tensão na comunicação RS 232C: Memórias e periféricos de entrada / saída 7 s lógicas Saídas lógicas 0, µ 0, µ LTA V V OUT 0, µ V OUT 0, µ Saídas RS232 s RS232 Lançado pela Philips no início dos anos 0, o I 2 C atingiu uma grande popularidade em equipamentos de electrónica de consumo (HIFI, TV, VCR, etc.) A principal vantagem do I 2 C consiste em permitir uma ligação série rápida (00 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 0 bits Memórias e periféricos de entrada / saída E/S digital: I 2 C (cont.) Exemplo I 2 C: O PCF574 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 ilustrarse como se segue: DA DA /INT SCL SDA PCF574 Input filter Interrupt logic I2Cbus control Shift register Lowpass filter bit I/O port P0 P P2 P3 P4 P5 P6 P7 CL Dados estáveis Dados Podem mudar CL Início de comunicação Fim de comunicação VDD VSS 6 Poweron reset WRITE pulse READ pulse Memórias e periféricos de entrada / saída 9 Memórias e periféricos de entrada / saída 20

6 E/S digital: CAN Originalmente concebido pela Bosch para a indústria automóvel, isso conferiulhe 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 2 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 22 Exemplo CAN: O SJ000 E/S paralela ALEAS, /CS, /RDE, /WR, CLKOUT, MODE, /INT AD7 to AD0 XTAL XTAL2 37,, 6 Control 7 2,, 223 Address / data 9 0 Message buffer Transmit buffer Receive FIFO Receive buffer Oscillator Interface management logic Bit stream processor Acceptance filter SJ000 Internal bus Bit timing logic Error management logic Reset VDD VSS VDD3 VSS3 TX0 TX RX0 RX VSS2 VDD2 /RST 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 Memórias e periféricos de entrada / saída 23 Memórias e periféricos de entrada / saída 24

7 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 D Erro Fim de Escala / 2/ 3/ 4/ 5/ 6/ 7/ / Memórias e periféricos de entrada / saída 25 A A / 7/ 6/ 5/ 4/ 3/ 2/4 / Fim de Escala D Conversores D/A Conversão D/A por comutação de fontes de corrente: Memórias e periféricos de entrada / saída 26 N bits de entrada V R Vref mais significativa R 2R 4R... Saída (em corrente menos significativa Conversor de corrente para tensão Conversores D/A (cont.) Conversores D/A (cont.) Conversão D/A por malha R2R Vref N bits de entrada nó R nó R nó R nó 2R 2R 2R 2R Mais sign. Memórias e periféricos de entrada / saída Menos sign. 2R Saída (em corrente) Conversor de corrente para tensão 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) Memórias e periféricos de entrada / saída 2

8 Conversores A/D Conversores A/D (cont.) 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 sigmadelta não serão considerados nesta breve introdução 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? Vref R R analógica Codificador Código digital na saíd Memórias e periféricos de entrada / saída 29 Memórias e periféricos de entrada / saída 30 Conversores A/D (cont.) Conversores A/D por aproximações sucessivas: Conversores A/D (cont.) Conversores A/D do tipo integrador: analógica Conversor D/A Vref Código digital na saída analógica É superior, fica em 0 É superior, fica em 0 É inferior, fica em Meio de escala (valor inicial) Valor analógico exterior analógica Vref Relógio Bloco de controlo Integrador Comparador V Declive imposto pela tensão de entrada Tensão à saída do integrador Declive imposto por Vref (sempre omesmo) Registo de aproximações sucessivas Relógio É inferior, fica em Ciclo de relógio Contador Código digital na saída Tempo constante Tempo medido t Memórias e periféricos de entrada / saída 3 Memórias e periféricos de entrada / saída 32

9 Conversores A/D (cont.) Outros tipos de E/S 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) Memórias e periféricos de entrada / saída 33 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 T=/f Moduladores de largura de δ impulso, para a variação δ do duty cycle de um sinal 2 Memórias e periféricos de entrada / saída 34 DC (duty cycle) = δ / T (varia entre 0 e 00%) DC = 25% DC = 50% 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) Memórias e periféricos de entrada / saída 35