Mem

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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

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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

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Tipos de memórias RAM

• As RAM dividem-se em dois grandes grupos
• As RAM dinâmicas, com maior densidade (número de
  bits por mm2 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)
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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

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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)
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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)

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Tipos de memórias ROM (cont.)

• Em relação ao modelo anterior, o interface da

aplicação de programação (Windows) é o seguinte
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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)

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Memórias Configuração de pinos

• As configurações de pinos mais comuns são as
  seguintes

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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

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Memórias Diagramas temporais (leitura)

• Exemplo da especificação dos parâmetros
  principais para a operação de leitura com a
  DS1230 (RAM não volátil)

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Memórias Diagramas temporais (escrita)

• Exemplo da especificação dos parâmetros
  principais para a operação de escrita com a
  DS1230 (RAM não volátil)

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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

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Periféricos de E/S digital

• Consideraremos neste âmbito os seguintes tipos
  principais de E/S
• Comunicação série via RS-232C
• Comunicação série via I2C
• Comunicação série via CAN
• E/S paralela

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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)

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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)

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E/S digital RS 232C (cont.)

• O LT1181 é frequentemente usado para a adaptação
  de níveis de tensão na comunicação RS 232C

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E/S digital I2C

• Lançado pela Philips no início dos anos 80, o I2C
  atingiu uma grande popularidade em equipamentos
  de electrónica de consumo (HI-FI, TV, VCR, etc.)
• A principal vantagem do I2C 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

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E/S digital I2C (cont.)

• Existem actualmente muitos componentes que
  suportam a especificação I2C, como relógios de
  tempo real, conversores, amplificadores, etc.
• O protocolo I2C pode ilustrar-se como se segue

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Exemplo I2C O PCF8574
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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 I2C são boas soluções

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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

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Exemplo CAN O SJA1000
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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

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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

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Conversores D/A

• Conversão D/A por comutação de fontes de corrente

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Conversores D/A (cont.)

• Conversão D/A por malha R-2R

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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)

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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

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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?

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Conversores A/D (cont.)

• Conversores A/D por aproximações sucessivas

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Conversores A/D (cont.)

• Conversores A/D do tipo integrador

Entrada
analógica
Comparador
-
-


Vref
Integrador
Relógio
Bloco de controlo
Contador
Código digital
na saída
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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)

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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

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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)