Είσοδος - Έξοδος Χρ. Καβουσιανός Επίκουρος Καθηγητής
Συσκευές Εισόδου/Εξόδου Θερµοκρασία Τα ψηφιακά συστήµατα επικοινωνούν µε το περιβάλλον µε µορφοτροπείς (transducers-sensors). Πίεση Φως Ηχος Κίνηση Εικόνα Αισθητήρας Α/D Covnerter Συνεχές ηλεκτρικό σήµα Μηχανισµός D/Α Covnerter Συνεχές ηλεκτρικό σήµα ιακριτό ψηφιακό σήµα ιακριτό ψηφιακό σήµα Είσοδος/Έξοδος 2
Πληκτροπινακίδες - Πληκτρολόγια +V ιαβάζει τις λογικές τιµές των γραµµών r1 r2 1 4 2 5 3 6 κα αταχωρητής εξόδου 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 # r3 7 8 * 0 r4 c1 c2 c3 9 # Σαρώνει τις γραµµές µε λογικό 0 καταχωρητής εισόδου Είσοδος/Έξοδος 3
Αναλογικές είσοδοι Είδη αναλογικών εισόδων Μικρόφωνα Επιταχυνσιόµετρα Αισθητήρες Ανίχνευσης Αερίου Αισθητήρες ροής ρευστών Είσοδος/Έξοδος 4
Μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό + Vin Vf Vin Vf (αναλογικό) (αναλογικό) ADC διαδοχικών προσεγγίσεων Μεγάλος αριθµός µετατροπέων - Πολύ γρήγορη µετατροπή + + + + Κωδικοποιητής start clk SAR DAC Μικρός αριθµός µετατροπέων + (αναλογικό) Dout done + - Μετατροπή σε πολλαπλούς κύκλους Είσοδος/Έξοδος 5
Συσκευές Εξόδου LEDs οδηγός εξόδου A3 A2 A1 A0 +V +V 7-segment displays a b c d e f g dp κοινή άνοδος a b c d e f g dp Είσοδος/Έξοδος 6
Μετατροπείς Ψηφιακού σε Αναλογικό Vf R a(0) a(1) a(2) R R R R R Vout R-string DAC R R Είσοδος/Έξοδος 7
Ελεγκτές Εισόδου/Εξόδου Είναι κυκλώµατα που παρέχουν συστηµατική πρόσβαση σε δεδοµένα εισόδου/εξόδου Απλοί καταχωρητές Περίπλοκες µονάδες επεξεργασίας Μικροελεγκτές Είσοδος/Έξοδος 8
Παράλληλοι ίαυλοι Οι ίαυλοι είναι οµάδες οµοειδών σηµάτων που διασυνδέουν πολλές µονάδες µεταξύ τους. Μόνο ένας στέλνει δεδοµένα στον δίαυλο κάθε χρονική στγµή πηγή δδ πηγή προορισμός προορισμός προορισμός Απαιτείται η χρήση ειδικών µονάδων για να µπορούν να συνδεθούν πολλοί αποστολείς σε ένα δίαυλο Είσοδος/Έξοδος 9
ίαυλοι µε πολυπλέκτες πηγή πηγή 0 1 προορισμός προορισμός προορισμός Επιλογή µεταξύ πηγών δεδοµένων Κατανεµηµένος Πολυπλέκτης (πλεονέκτηµα διασύνδεσης) πηγή πηγή 1 0 πηγή 1 0 πηγή 1 0 προορισμός προορισμός προορισμός Είσοδος/Έξοδος 10
ίαυλοι τριών καταστάσεων Μειώνουν την καλωδίωση είσοδος ενεργοποίηση έξοδος Αυξάνουν το φορτίο οδήγησης d(0) δίαυλος(0) ενεργ1 d(1) d(2) δίαυλος(1) δίαυλος(2) ενεργ2 δίαυλος t off t on δεδομένα 1 δεδομένα 2 d(n) ενεργ δίαυλος(n) Κύκλωµα διατήρησης διαύλου ασθενής οδηγός Ο δίαυλος παραµένει µετέωρος (floating). Οι οδηγούµενες διατάξεις λαµβάνουν σήµατα µετέωρα που µπορεί να οδηγήσουν σε λάθη Είσοδος/ΈΞοδος 11
Μετάδοση δεδοµένων Παράλληλη Μετάδοση Ταχύτητα (+) Επιφάνεια (-) Skew (-) Πολυπλοκότητα Σχεδίασης (-) Crosstalk (-) Περισσότεροι Ακροδέκτες (-) Είσοδος/ΈΞοδος 12
Σειριακή Μετάδοση εδοµένων Τα δεδοµένα σειριοποιούνται µε χρήση Serializers/Deserializers tx_d start reset clk +V Ser/Reg. 64 bit 64 bits D_in D Q0 load_en CE clk serial_d Έλεγχος έκτη start rx_ce reset clk rx_rdy Ser/Reg. 64 bit 64 bits D_in Q CE clk rx_d rx_rdy Σειριοποίηση Αποσειριοποίηση Σειριακή µετάδοση 11001111 Είσοδος/ΈΞοδος 13
Σειριακή Μετάδοση εδοµένων ιάγραµµα χρονισµού ελέγχου σειριακού δέκτη clk start serial_d D0 D1 D2 D3 D62 D63 rx_ce rx_rdy Είσοδος/ΈΞοδος 14
Συγχρονισµός ποµπού-δέκτη Κωδικοποίηση Non-Return to Zero (NRZ) Ποιό είναι το πρώτο και ποιό το τελικό δυαδικό ψηφίο που µεταδίδεται; Αν χωρίσουµε την κλίµακα σε διπλάσια διαστήµατα (πχ ο ποµπός στέλνει πιο αργά) τότε αντί για 11001111 η πληροφορία µεταφράζεται ως 10110000 (λάθος) Ποµπός και έκτης πρέπει να συγχρονίζονται Μετάδοση ρολογιού σε παράλληλο αγωγό Σηµατοδότηση εκκίνησης λέξης Συνδυασµός ρολογιού-δεδοµένων στον ίδιο αγωγό Είσοδος/ΈΞοδος 15
Σηµατοδότηση Εκκίνησης Λέξης Το σήµα µένει στο λογικό 1 όταν δεν υπάρχουν δεδοµένα Το σήµα έρχεται στο 0 για ένα bit για να σηµατοδοτήσει την εκκίνηση (bit εκκίνησης) Μεταδίδονται τα bits δεδοµένων (χρόνος ενός bit ανά bit). Μεταδίδουµε λογικό 1 για ένα bit για να δείξουµε τέλος µετάδοσης (stop bit) Σειριακή µετάδοση 11100100 ίαυλος ανενεργός Start bit Μετάδοση εδοµένων Stop bit ίαυλος ανενεργός Είσοδος/ΈΞοδος 16
Καθορισµός χρόνου µετάδοσης Bit έκτης & Ποµπός συµφωνούν στην διάρκεια χρονικών διαστηµάτων Τα ρολόγια ποµπού/δέκτη είναι ασυγχρόνιστα µεταξύ τους αλλά συνήθως είναι πολύ ταχύτερα από την συχνότητα µετάδοσης Η δειγµατοληψία στον δέκτη γίνεται σε διαφορετική φάση από την εκποµπή Tx_clk 0 1 0 0 1 Tx_D Rx_clk 0 1 0 0 Είσοδος/ΈΞοδος 17
Συνδυασµός ρολογιού-δεδοµένων (Manchester) Οι λογικές τιµές µεταδίδονται ως µεταβάσεις: 0:0 1, 1:1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 Ο έκτης πρέπει να ανακτήσει από το σήµα το ρολόι µετάδοσης ηρεμία Ακολουθία συγχρονισµού + λέξη Phase Locked Loop Tx_clk Tx_D Rx_clk κλειδωμένο Είσοδος/ΈΞοδος 18
Πρότυπα σειριακής µετάδοσης RS232: απλή NRZ µετάδοση bits (συγχρονισµός µε bit εκκίνησης και τερµατισµού) I 2 C: Inter-Integrated Circuit 10kbits/sec-3.4Mbits/sec. Χρησιµοποιεί σήµα δεδοµένων και σήµα ρολογιού. USB: Universal Serial Bus 1.5Mbits/sec, 12Mbits/sec, 480Mbits/sec. Χρησιµοποιεί τροποποιηµένη NRZ διαφορική κωδικοποίηση (ένα ζέυγος αγωγών δεδοµένων). FireWire: ίαυλος Υψηλής Ταχύτητας (έως 3.2Gbits/sec) Χρησιµοποιεί δύο ζεύγη αγωγών µε διαφορική κωδικοποίηση (δεδοµένα-συγχρονισµός). Είσοδος/ΈΞοδος 19