Микропроцессоры

9.2. Асинхронный последовательный
порт

Рассмотренные синхронные последовательные порты позволяют достигнуть больших скоростей передачи данных, но провод, по которому ведётся передача синхросигнала, практически не несёт информации. Такой сигнал можно было бы сформировать и на приёмном конце линии передачи, если заранее договориться о скорости передачи. Единственная проблема - это то, что невозможно построить два абсолютно одинаковых генератора.

Генераторы необходимо синхронизировать. Для синхронизации внутренних генераторов используется особое условие начала асинхронной передачи: старт. Всё время, пока не ведётся передача информации, на линии присутствует стоп-сигнал единичного уровня. Перед началом передачи каждого байта передаётся старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки данных, за которым следуют информационные биты. Стартовый бит всегда передаётся нулевым уровнем с длительностью, равной длительности информационных бит. В некоторых случаях после передачи информационных бит может передаваться, бит паритета (четности). Завершается передача данных стоп-сигналом. Минимальная длительность стопового сигнала должна быть 1,5 длительности информационных бит, но обычно используют паузу между соседними пакетами данных две длительности информационного бита. Временная диаграмма передаваемых сигналов при асинхронной передаче приведена на рис. 6.



Рис. 9.6. Временная диаграмма передаваемых
сигналов при асинхронной передаче

Продолжительность стопового бита не ограничена. Это позволяет регулировать скорость передачи в зависимости от скорости поступления информации.

Асинхронные последовательные порты широко используются в современной вычислительной технике.
10. СТАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАТИВНЫЕ
ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В радиоаппаратуре часто требуется хранение временной информации, значение которой не важно при включении устройства. Такую память можно было бы построить на микросхемах EEPROM или FLASH -памяти, но, к сожалению, эти микросхемы дороги, обладают малым количеством перезаписей и чрезвычайно низким быстродействием при считывании и особенно записи информации. Для хранения временной информации можно воспользоваться параллельными регистрами. Так как запоминаемые слова не нужны одновременно, то можно воспользоваться механизмом адресации, который применяется в ПЗУ.

Схемы, в которых в качестве запоминающей ячейки используется параллельный регистр, называется статическим ОЗУ, т.к. информация в ней сохраняется все время, пока к микросхеме подключено питание. В отличие от статической ОЗУ, в микросхемах динамического ОЗУ постоянно требуется регенерировать их содержимое, иначе информация будет утеряна.
В микросхемах ОЗУ присутствуют две операции: операция записи и операция чтения. Для записи и чтения информации можно использовать различные шины данных (как это делается в сигнальных процессорах), но чаще используется одна и та же шина данных. Это позволяет экономить выводы микросхем, подключаемых к этой шине и легко осуществлять коммутацию сигналов между различными устройствами.
Схема статического ОЗУ приведена на рис. 10.1. Вход и выход микросхемы в этой схеме объединены при помощи шинного формирователя. Естественно, что схемы реальных ОЗУ отличаются от приведенной на этом рисунке. Тем не менее, приведенная схема позволяет понять, как работает реальное ОЗУ. Изображение ОЗУ на принципиальных схемах приведено на рис. 10.2.
Сигнал записи WR позволяет записать логические уровни, присутствующие на информационных входах во внутреннюю ячейку ОЗУ. Сигнал чтения RD позволяет выдать содержимое внутренней ячейки памяти на информационные выходы микросхемы. В приведенной на рис. 10.1 схеме невозможно одновременно производить операцию записи и чтения, но обычно это и не нужно.



Рис. 10.1. Структурная схема ОЗУ



Рис. 10.2. Изображение ОЗУ на принципиальных схемах

Конкретная ячейка микросхемы выбирается при помощи двоичного кода - адреса ячейки. Объем памяти микросхемы зависит от количества ячеек, содержащихся в ней или от количества адресных проводов. Количество ячеек в микросхеме можно определить по количеству адресных проводов, возводя 2 в степень, равную количеству адресных выводов в микросхеме:

.
Вывод выбора кристалла CS позволяет объединять несколько микросхем для увеличения объема памяти ОЗУ. Такая схема приведена на рис. 10.3.

Рис. 3. Схема ОЗУ, построенного на нескольких
микросхемах памяти.

Статические ОЗУ требуют для своего построения большой площади кристалла, поэтому их ёмкость относительно невелика. Статические ОЗУ применяются для построения микроконтроллерных схем из-за простоты построения принципиальной схемы и возможности работать на сколь угодно низких частотах, вплоть до постоянного тока. Кроме того, статические ОЗУ применяются для построения КЭШ-памяти в универсальных компьютерах из-за высокого быстродействия статического ОЗУ.

Временные диаграммы чтения из статического ОЗУ совпадают с временными диаграммами чтения из ПЗУ. Временные диаграммы записи в статическое ОЗУ и чтения из него приведены на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Временная диаграмма обращения к ОЗУ, принятая
для схем, совместимых со стандартом фирмы INTEL

На рис. 10.4 стрелками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы.

На этом рисунке введены такие обозначения:
RD - это сигнал чтения;
WR - сигнал записи;
A - сигналы выбора адреса ячейки (так как отдельные биты в шине адреса могут принимать разные значения, то показаны пути перехода как в единичное, так и в нулевое состояние);
DI - входная информация, предназначенная для записи в ячейку ОЗУ, расположенную по адресу A1;
DO - выходная информация, считанная из ячейки ОЗУ, расположенной по адресу A2.

Рис. 10. 5. Временная диаграмма обращения к ОЗУ, принятая

для схем, совместимых со стандартом фирмы MOTOROLA

На рис. 10.5 стрелками показана последовательность, в которой должны формироваться управляющие сигналы.

На этом рисунке:
R/W - сигнал выбора операции записи или чтения;
DS - сигнал стробирования данных;
A - сигналы выбора адреса ячейки (так как отдельные биты в шине адреса могут принимать разные значения, то показаны пути перехода как в единичное, так и в нулевое состояние);
DI - входная информация, предназначенная для записи в ячейку ОЗУ, расположенную по адресу A1;
DO - выходная информация, считанная из ячейки ОЗУ, расположенной по адресу A2.