Solucions electrniques al tractament de variables discretes 1

1 Solucions electrniques al tractament de variables discretes

1.1 Introducci

Lobjectiu general del text s el tractament electrnic de senyals que existeixen en unmoment determinat (variables discretes) i que poden ser codificades en binari. Per assolir aquestobjectiu introduirem les bases per fer dissenys utilitzant sistemes concrets basats enmicroprocessadors.

Els coneixements previs per poder seguir el curs sn els nivells inicials darquitectura illenguatge assemblador dun ordinador que sassoleixen en un curs bsic dintroducci alsordinadors.

Durant el curs, que t sis captols o temes, estudiarem totes les parts dun ordinador amb lafinalitat de proposar criteris de disseny (velocitat de transferncia dinformaci, mapes de memria,cronogrames, etc.).

El captol 1 ens ensenya les diferents solucions que la tecnologia digital posa al nostre abasti ens orienta per arribar a escollir la soluci amb microprocessador, quan aquesta s la millor.

El captol 2 estableix els principis de la mquina de Von Neumann i estudia els parmetresde larquitectura dun ordinador (nombre de bits del bus, arquitectura de Hardvard, etc.) que ensinflueixen en un disseny fet amb microprocessador.

El captol 3 estudia primer els trets ms elementals duna memria (tecnologia defabricaci, mapes i cronogrames) desprs tracta temes de memria ms especialitzats, com ara lagesti de memria i el refresc de les memries DRAM.

El captol 4 fa una anlisi dels diferents tipus de control de transferncies (polling,interrupci i DMA) des dun punt de vista de la velocitat de transferncia de la informaci.

El captol 5 estudia els perifrics ms comuns (teclat, pantalla, disc, etc.) i proposa elscriteris per escollir el millor perifric per a un disseny determinat.

Finalment el captol 6 exposem les eines per fer un disseny de forma rpida i efica(assemblador, linker, gravadors, etc.)

Dissenys amb microprocessadors2

1.2 Solucions electrniques digitals al disseny discret

De la teoria de la informaci sabem que la informaci es presenta en forma de variables isenyals que per al nostre cas seran tensions i corrents elctrics.

Aquests senyals poden tenir una variaci contnua o discontnua en el temps. Un exemple devariaci continua s la tensi de sortida dun micrfon. Un exemple de senyal amb variacidiscontnua sn els valors duna variable que emmagatzemat lestat duna porta (oberta o tancada)

Per processar un senyal (filtrar, fer clculs, decidir, etc.) de forma electrnica hem dempraruns circuits determinats.

El processament de la informaci es pot fer de forma analgica (filtratge analgic,amplificador realimentat, etc.) per s ms fcil tecnolgicament processar la informaci de formadiscreta.

Fig. 1.1 Processador discret

Lelement electrnic que ens fa el processament de la informaci, tamb anomenat sistemao processador digital, necessita processar dades discretitzades. La forma millor de fer aix scodificar aquestes dades noms amb dos nivells (variables digitals). Com que una gran part desenyals del mn fsic sn de variaci analgica en funci del temps (temperatura, radiaci, udio,etc.) ens caldr un pas intermedi per convertir el senyal analgic a discret. Aquest pas sanomenapas de conversi del senyal danalgic a digital (A/D).

El senyal dentrada a un conversor A/D s un senyal analgic que pot variar en qualsevolmoment t. Per passar-lo a digital sen van agafant mostres (teorema de Nyquist), en uns temps fixosTs del senyal X(t).

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 3

Fig. 1.2 Entrada de dades analgiques en un processador digital

A lentrada del mostrejador hi ha un senyal X(t) que t una variaci contnua en el temps.Nosaltres anem agafant mostres a intervals de temps fix i la sortida del conversor analgic/digital(A/D) hi haur el senyal X(n)q, que s una variable que correspon a una variable analgica. Perexemple, si el conversor s de dos bits, noms podrem tenir els codis 00, 01, 10 i 11. Durant untemps, la sortida del conversor A/D s fixa i s en aquest temps quan el processador processa elsenyal. Per tant, el senyal de sortida dun processador digital s digital, i sempre que necessitem elseu valor analgic haurem de fer la conversi del senyal de Digital a Analgic (D/A).

Processar el senyal discretitzat, pot ser sotmetrel a unes operacions lgiques(combinacional i seqencial) o aritmtiques (sumes, multiplicacions, etc.).

Amb el processadors de senyal podem resoldre els problemes de la fsica. Per tant, ambcircuits digitals que executin el mtode de les diferncies finites podem resoldre les equacionsdiferencials de la fsica. Aix, per solucionar digitalment lequaci de primer ordre de la crrega duncondensador

axayy =+

RC

x

RC

y

dt

dy =+

Fig. 1.3 Equaci diferencial del circuit RC

Dissenys amb microprocessadors4

Emprant loperador sT

nynyy

)1()('

= lequaci diferencial es pot posar en forma de

diferncies finites com

)()()1()(

naxnayT

nyny

s

+=

i operant queda

))(*)1((1

1)( nxaTny

aTny s

s

++

= (1.1)

Bsicament, el mtode de les diferncies finites resol una equaci diferencial mitjanant ladiscretitzaci de loperador derivada i les variables dentrada.

Tot seguit mostrem la soluci del problema agafant tres mostres o tres-centes mostres delsenyal x(t). Aplicant de forma recurrent la frmula (1.1) obtindrem y(1), y(2),.. y(n) mostres. Calobservar que com ms mostres agafem, menys error tenim. Vegeu figura 1.4.

Fig. 1.4 Soluci de lequaci diferencial amb tres i tres-centes mostres

En general, podem dir que en una mquina que processa informaci de forma digital odiscreta com ms punts agafem menys error es produeix.

1.3 Disseny digital

Un cap fet l'estudi matemtic amb matemtica discreta de qualsevol disseny. Per contruir-lonecessitem un processador discret fet mitjanant circuits combinacionals, seqencials o aritmtics ms omenys complicats, que aprofiten els elements que la tecnologia actual posa al nostre abast.

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 5

A l'hora de construir fsicament un disseny digital hem danar amb compte en diferents qestions,tant d'ordre electrnic (temps de propagaci, fan out, nivells de soroll, etc.) com de tipus econmic.

Totes les funcions lgiques (portes, biestables, etc.) que es poden presentar s'han construtelectrnicament (a dins de petites pastilles de silici) formen el que coneixem com a subsistemes digitalsintegrats. Aquests subsistemes estan integrats per un conjunt d'interruptors elementals bipolars o MOS.

El nombre de portes per pastilla en un circuit integrat (c.i.) s un parmetre que ens determina lesescales d'integraci dels circuit integrat. Aquestes escales sn

SSI (small scale integration) < 10 portes/c.i.MSI (medium scale integration) entre 10 i 100 portes/c.i.LSI (large scale integration) entre 100 i 1000 portes/c.i.VLSI(very large scale integration) > 1000 portes/c.i.

Els primers circuits integrats van ser a escala SSI i MSI, i amb ells es van arribar a construir totsels subsistemes digitals estndard (portes, bscules, comptador, etc.). A mesura que la capacitatdintegraci anava augmentant es van integrar a escala LSI tot un seguit de perifrics (controlador CRT,controlador de DMA, etc.).

Els esforos es van dirigir, en un primer moment, cap a augmentar les prestacions dels circuitsintegrats fabricats, per els treballs en aquesta direcci no en van fer baixar el preu de forma notable. En serel circuit integrat cada vegada ms especfic, redueix el nombre dusuaris, per tant, s menys competitiu.

La soluci industrial per aquest problema va ser l'aparici, lany 1970,del microprocessador. Elmicroprocessador s un sistema digital programable per l'usuari, i per aquest motiu s d'aplicaci"universal". El fet de la seva universalitat en fa reduir els costos de fabricaci (disseny inicial i demscares), perqu t ms usuaris. La soluci amb microprocessador s real i econmica per a una gran partdaplicacions lgiques, per per a determinades aplicacions rpides, aplicacions protegides contra cpies,etc., haurem de buscar d'altres solucions.

L'alternativa al disseny fet amb circuits integrats estndard o amb microprocessadors s el dissenyfet a la mida de les necessitats del client (full custom, semicustom). A aquest tipus de disseny el client posales especificacions del problema i l'envia a fbrica (full custom) o fa el disseny dels circuits lgic i desprsl'envia a fbrica (semicustom). En tots dos casos, el circuit integrat resultant s'ajusta a unes necessitatsdeterminades del client. El disseny custom a ms dels avantatges de tot circuit integrat. (fiabilitat, midareduda, fcil s, etc.) en t uns altres de gran inters, com sn la dificultat de cpia del circuit resultant perpart dels competidors i l'optimitzaci de caracterstiques electrniques.

Finalment, queda la soluci amb dispositius programables per l'usuari, molt til per els casos enqu el microprocessador s massa lent i la soluci custom massa cara.

Les dues tecnologies ms emprades per construir fsicament circuits integrats. sn la TTL (SSI,MSI i disseny custom) i la CMOS (SSI, MSI, LSI i disseny custom).

A tall dexemple en els propers apartats farem una breu descripci del disseny dun semisumadoremprant cada una de les cinc solucions possibles.

Dissenys amb microprocessadors6

Fig. 1.5 Semisumador amb portes lgiques

L'exemple del semisumador es proposa per ra de la seva senzillesa, per el problema pot ser moltms complicat. Actualment podem solucionar, amb circuits electrnics digitals, problemes de tractament desenyals (tant digitals com analgics) molt complicats (filtres digitals, adquisici i tractament per ordinadorde dades analgiques, etc.)

1.3.1 Soluci amb circuits integrats estndard

Utilitzant aquest tipus de soluci, els circuits integrats sn a escales SSI i MSI i aquesta sla que emprem en dissenyar amb les famlies lgiques TTL i CMOS. Amb aquests circuits integratspodem realitzar tot tipus de subsistemes lgics.

En aquesta soluci, primer fem el disseny i el simulem amb un simulador de software digital idesprs passem a construir-lo fsicament.

Quan fem servir aquesta soluci hem de connectar diferents circuits integrats sobre un circuitimprs. Aquesta alternativa al disseny, de les primeres a utilitzar-se, s molt recomanable per a sriespetites, s de fabricaci rpida i no est protegida contra copia.

1.3.2 Soluci amb full custom

En aquesta modalitat de disseny, el disseny s'adapta a les necessitats del client. El client proposaun disseny i el fabricant desenvolupa el disseny amb persones expertes amb la finalitat doptimitzar lreade silici, el temps, cost i les caracterstiques electrniques.

El full custom optimitza els camins de connexi entre els dispositius i limita el nombre de portesnecessries, alhora que augmenta les caracterstiques de velocitat i potncia de clcul, que poden ser moltsinteressants quan treballem en avinica o tcniques de l'espai.

A full custom el disseny, lenclavament (placement) i la connexi (layout) dels mduls de lesportes es fa per persones expertes que tenen en compte els aspectes segents:

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 7

1. Noms es posen els circuits necessaris i es treuen portes, connexions ibuffers que no es facin servir.

2. Variar les dimensions i geometria dels dispositius que estan a diferents parts del circuit integrat. amb la finalitat de maximitzar l'rea de silici.

3. El posicionament/la connexi (placement/routing) dels mduls, eldissenyador (utilitzant software) a de procurar minimitzar l'rea desilici.

4. Introduir estructures noves que s'ajustin millor al nostre problema.

Aquest procediment s el mateix que utilitzen els fabricants de circuits integrats estndard i smolt conegut; no s aquest el cas d'un usuari "normal" de microelectrnica. El disseny full custom resultarendible per a sries grans de circuit integrat.

A la figura 1.6 veiem la realitzaci de la porta XOR de lexemple del semisumador feta ambtecnologia NMOS.

SORTIDA

A

B

A

B

Fig. 1.6 Porta XOR pel que fa als transistors

1.3.3 Soluci amb semicustom

En aquesta forma de disseny, el client s qui especifica el problema i, fa el disseny lgic (amb ajutdeines informtiques), i el fabricant l'acaba, construint la mscara i el producte final. Per fer el disseny, elclient disposa d'uns blocs funcionals que el client ha d'anar dient a on s'han de posar dins del circuit

Dissenys amb microprocessadors8

integrat. Segons quin sigui el tipus de bloc funcional, el disseny semicustom pot ser amb gate array o ambllibreria de celles.

La tcnica semicustom utilitza unes pastilles de silici amb un nombre determinat de matrius deportes o de celles estndard sense connectar a les quals els hi manca l'ltima metallitzaci que connecti elsdispositius (gate arrays o celles estndard). Daquesta manera saconsegueix abaixar el preu del circuitsintegrats, perqu una mateixa pastilla serveix per a moltes aplicacions (noms hem de fer lltima mscarade les connexions entre dispositius del circuit integrat). El seu desavantatge principal s que mai no podremaconseguir una utilitzaci plena de lrea del xip. A la figura 1.7 es pot veure l'esquema d'un xip de gatearrays sense les connexions entre les celles del dispositiu, tal com el que disposa el fabricant abans de fer elsemicustom del disseny.

CEL.LES D 'E/S, TERRA I POSITIU

GATE ARRAY

Fig. 1.7 Oblia amb matriu de portes sense connectar

La soluci amb gate array proporciona un cam rpid i econmic per a la connexi dels mduls,el disseny i la fabricaci de circuits a la mida del client, ja que totes les passes del disseny, excepte l'etapafinal, les pot executar fcilment el client.

A la tcnica amb llibreria de celles el dissenyador disposa d'un seguit d'elements funcionals mspotents (portes, memries processadors, etc.) completament dissenyats i documentats, que formen lallibreria de treball. El dissenyador primer els ha d'anar enganxant, desprs simular tot el disseny ifinalment lenviar al fabricant perqu construeixi el xip. En aquesta subtcnica, per a un dissenydeterminat es generen totes les mscares de fabricaci del circuit integrat.

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 9

Fig. 1.8 Oblia per aplicacions semicustomLa soluci amb llibreria de celles, (figura 1.8), s millor que la soluci amb gate arrays perqu

resulta ms petita al portar noms els elements necessaris. Millorant, per tant, les seves caracterstiques .El software i la connexi de mduls (routing) s molt semblant tant en el disseny custom com en

el semicustom.A la figura 1.9 podem veure la realitzaci mitjanant la tcnica de gate array del semisumador

(amb 3 celles gate array que tenen portes NAND i NOR). Les portes sn part duna columna dun xipgate array.

Fig 1.9 Les portes realitzen les funcions S ab ab= + i C ab=

1.3.4 Soluci amb PLD

La soluci amb dispositius lgics programables (PLD) es pot veure com a intermdia entre eldisseny amb circuits integrats estndard i el disseny custom. Aix, doncs, mentre que en el disseny customel fabricant fa l'ltima etapa de fabricaci, en aquesta forma de disseny s el client qui en realitza l'ltimaetapa, programant el dispositiu amb un gravador.

Els circuits gravables o programables per lusuari tenen gran importncia en lelectrnica digitalactual. Els trobem tant a les memries semiconductores dels microprocessadors com en xips nics quepoden substituir molts circuits integrats de lgica discreta (TTL i CMOS).

Dissenys amb microprocessadors10

Segons la seva tecnologia de fabricaci, podem dividir els dispositius lgics programables enquatre grups:

1.EPROM (eresable prom) Es poden gravar amb un programador i tornar a esborrar iun cop esborrades, les podem tornar a gravar amb informaci moltes vegades. Peresborrar-les, les hem dexposar un temps als raigs ultraviolats.

2.OTP (one time programmed) Sn EPROM que noms es poden gravar una vegada.3.EEPROM (electricaly EPROM) o FLASH Sn esborrables i gravables elctricament

moltes vegades4.LCA (logic cell array) o tipus RAM, Sn unes PLD en qu la informaci es guarda

en una RAM. Perqu la informaci no es perdi han de funcionar amb una pila.

Les seves variants ms importants sn el disseny lgic amb memries de noms lectura, ReadOnly Memory o ROM, i el disseny amb dispositius programables, programmable logic deices o PLD.

El disseny amb ROM es basa a utilitzar el descodificador d'una memria per generar els mintermd'una funci lgica. Aquest tipus de disseny lgic s poc emprat perqu s poc eficient, enfront del dissenyamb PLD.

La ROM s un circuit digital amb n entrades i k sortides que ens permetr realitzar k funcionslgiques de n variables i 2n minterm per sortida. A la figura 1.10 veiem el semisumador fet amb una ROMde 4x4 (4 posicions de memria de 4 bits)

a

b

S C

S = m 1 + m 2

C = m 3

descodi f icador

Fig. 1.10 Semisumador fet amb una memria de 4x4 posicions de memria

El disseny de funcions lgiques amb ROM t un nombre limitat de variables d'entrada i, a ms,per a realitzar una funci amb un nombre relativament petit de minterms queda molt desaprofitada. Aix,per una funci que tingui 40 minterms i amb n=10 variables per minterm, es generen 1.024 (posicions) i senaprofiten noms 40.

Un tipus de PLD s la PLA (matriu lgica programable), que s un conjunt de matrius de circuitscombinatoris que poden ser programats pel fabricant (mask programmed), encara que el ms corrent s quesiguin programats per l'usuari FPLA (field PLA). Fsicament la PLA s una estructura regular amb unamatriu de portes AND i de portes OR, totes dues programables per l'usuari.

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 11

La PLA s un sistema combinatori que permet fer k funcions de n variables per noms genera (adiferncia de la ROM) els r minterm necessaris d'entre els 2n possibles (r< 2 n ). La realitzaci delsemisumador amb una PLA de 4 entrades x 6 minterms x 4 sortides es pot veure a la figura 1.11 .

Fig. 1.11 Semisumador fet amb una PLA

Si fem el disseny amb una ROM (molt petita) de 4 entrades tindrem 16 posicions, de 4 bitscadascuna; llavors necessitem un descodificador construt amb 16 portes NAND (una per sortida deldescodificador), mentre que si fem el disseny amb la PLA d'abans noms en necessitem 14 portes (6 delsminterms + 4 dels inversos + 4 de les portes OR).

Al mercat es troben variants ms senzilles de PLD, les PAL (pogrammable aray logic) que tenenla matriu de portes OR fixa i noms poden programar la matriu de portes AND. Les hard array logic(HAL) sn versions programables pel fabricant de les PAL. Dintre del mn de les PAL tenim les PGA(programmable gate array) que noms tenen les AND programables.

Dissenys amb microprocessadors12

Un altre varietat dels dispositius lgics programables sn les GAL (generic array logic) que snunes PAL gravables i esborrables elctricament

Si en una estructura PAL o PLA hi posem biestables, (figura 1.12), que realimentin les sortidescap al circuit combinatori, tindrem els PLS (programmable logic sequencer) que ens permeten fer circuitsseqncials sncrons i asncrons.

Fig. 1.12 Circuit programable fet amb una PLD

Hi ha unes eines de desenvolupament per facilitar la feina quan utilitzem aquests dispositius.Bsicament, aquestes eines sn: software de treball, compilador, simulador i programador.

El software de treball ens permet introduir al simulador i al programador la descripci del dissenycom un esquema (funcions lgiques o blocs TTL), o com una equaci lgica.

El compilador tradueix la informaci entrada a parmetres fsics de la PLD, tenint en comptelassignaci de potes dentrada/sortida i la manera com la PLD construeix les diferents funcions lgiquesdel disseny. A ms, minimitza el nombre de portes de la PLD que necessitem per fer el disseny.

El simulador fa una simulaci per ordinador del disseny i, si el trobem correcte, podem passar agravar el disseny a la PLD per mitj dun programador.

Finalment, el programador i el seu software de control ens programen laplicaci a la PLD.Per poder dissenyar amb aquesta tcnica, cada fabricant ens subministra un software que ens

permet simular el disseny i gravar la PLD.Per a dissenys relativament grans de 3.000 fins a 9.0000 portes, hi ha uns PLD anomenats FPGA

(field programmable gate array) que estan fets amb unes matrius de blocs funcionals fixos, com al dissenysemicustom, i que l'usuari els pot interconnectar, programant el xip de la forma ms adeien perqu ensresolgui el problema. Les LCA (logic cell array) sn una varietat de FPGA que tenen una matriu de blocslgics envoltats per blocs d'entrada/sortida. Els canals dinterconnexi estan entre els blocs lgics. Aquestscamins es poden configurar carregant un programa en una memria que porta el xip al comenar el procs.

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 13

Els blocs que constitueixen la matriu estan fets amb lgica combinatria i registres, mentre queels blocs d'entrada/sortida es poden configurar com TTL i CMOS, tal com es pot veure a la figura 1.13.

BLOCS D 'ENTRADA/SORTIDA

BLOC LGIC

CAMINS DE CONNEXI

Fig. 1.13 Estructura tpica duna LCA

Els LCA sn circuits programables i esborrables elctricament, en qu laplicaci es carrega alcomenament del procs en una memria RAM que acompanya al circuit de la LCA.

El software de qu disposem per dissenyar amb FPGA i LCA se sembla molt al software per aldisseny amb dispositius programables clssics, i consta dun mdul per introduir les especificacions deldisseny, un compilador, un simulador i un carregador del disseny acabat a dins la FPGA o LCA per a laseva execuci.

1.3.5 Soluci amb microprocessador

Per al disseny amb aquesta soluci utilitzem un circuit integrat "universal" per realitzar undeterminat problema lgic. La caracterstica principal d'aquest circuit s que s programable per lusuari i,per tant, un mateix circuit ser com a moltes aplicacions amb noms canviant un programa. Peraconseguir ser universal, el microprocessador t uns circuits, fcil dutilitzar, que li permeten ferdirectament la majoria doperacions lgiques i aritmtiques. Per tant, com veurem ms endavant, larealitzaci del sumador es redueix a fer i executar un petit programa.

El desavantatge principal del microprocessador s que, per a un disseny concret, noms aprofitemuna mnima part dels circuits.

Dissenys amb microprocessadors14

1.4 Soluci tecnolgica escollida

El fet dagafar una soluci o un altra vindr determinat principalment per raons de complimentdespecificacions electrniques (determinades per la tecnologia de fabricaci dels circuits emprats) i derendibilitat econmica del disseny.

Durant tot el curs anirem donant criteris per poder dir si un disseny fet amb una tecnologiadeterminada s tcnicament possible.

A l'hora de determinar el cost econmic d'un disseny s'ha de tenir en compte el fet que el preud'un circuit integrat disminueix en augmentar el nombre xips fabricats, i s diferent segons la solucielectrnica escollida, com es veu al grfic de la figura 1.14.

Fig. 1.14 Comparaci dintegrats fets amb diferents tecnologies

Veiem que per a sries petites, lopci millor s la SSI/MSI, mentre que per a sries grans, lamillor opci s la full custom.

1.5 Mtode per fer dissenys amb microprocessadors (DAM)

Davant un disseny digital, el primer que hem de fer s decidir si la soluci amb microprocessadors adeien per al problema que es vol solucionar. Abans de realitzar un disseny amb la tcnica DAM hem deveure si aquesta ens s prou rpida i econmica. A la figura 1.15 es pot veure un organigrama de la reglade decisi que saplica en aquest cas.

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 15

Fig. 1.15 Preguntes que cal fer-se abans descollir un DAM

Un cop ens hem decidit per la soluci DAM, perqu compleix les especificacions tcniques i s lams econmica, proposarem uns criteris de com es fa un disseny amb aquesta tecnologia.

A la figura 1.16 podem veure les fases necessries per al disseny d'una aplicaci utilitzant unmicroprocessador. Lesquema de fases de treball comena per un bloc anomenat especificaci del sistema,en qu s'han de posar totes les caracterstiques del sistema. Tot seguit, el diagrama es divideix en duesbranques relatives al disseny del software i del hardware. Cada branca est sotmesa a un seguit de proves idecisions sobre la validesa del que s'ha fet, que es realimenten cap al comenament del procs i que enspermetran resoldre els problemes trobats. Al final les dues branques arriben a un punt com, a on s'had'ajuntar el software al hardware, i aix es fa gravant el programa dins una ROM i posant-ho tot a dins delcircuit que porta el microprocessador.

Fig 1.16 Passos que cal seguiren fer un disseny amb microprocessador

Dissenys amb microprocessadors16

Tot disseny amb la tcnica DAM consta de dues parts ben diferenciades. Duna banda, tenim elmicroprocessador i tots els circuits necessaris, el circuit imprs, el microprocessador, les memries, lesinterfcies, etc., (hardware) ben connectats per tenir un funcionament correcta, daltra banda tenim laprogramaci del microprocessador (software) perqu el sistema faci les funcions que nosaltres volem.

Per desenvolupar el software d'una aplicaci cada fabricant d'ordinadors posa a la disposici deldissenyador el software (assemblador, linker, simulador, etc.) necessari per fer el disseny. Tot el softwarede desenvolupament sexecuta en un altre ordinador, normalment un PC.

Per posar en marxa el programa desenvolupat a dins de la placa es disposa d'emuladors(simuladors en temps real) i plaques de desenvolupament. Les plaques de desenvolupament ens permetendepurar un programa, mitjanant la seva crrega i execuci a la placa de disseny. A lapndix daquest textes proposa lesquema duna placa per fer desenvolupaments.

Problemes

1. Trobeu la soluci digitalitzada per a una equaci diferencial de segon grau del circuit de la figura 1.7,

LC

V

LC

V

dt

dV

dt

Vd gCCC =++2

2

Fig. 1.17 Circuit RLC

agafant els operadors sT

nVnVnV

)1()()(

= i )2(1)1(1

1)(

2

2

++

= nVT

nVb

T

a

T

nVs

ss

s: [ ])()2()1()2(1

122

nVbTnVnVaTbTaT

V gsccsss

c ++++=

Amb un simulador de tipus MathLab, vegeu que les solucions per a tres i tres-centes mostres snles segents:

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 17

2.Compareu la realitzaci de la funci lgica de 10 variables i 3 mintermsf a a a a a a a a a a a a= + +10 9 2 1 10 9 2 1 10 9 2 1 feta amb una PLA de 10x6x8 (entrades, minterms i

sortides) i amb una ROM de 1.024x8.

3.Tenint en compte l'esquema lgic de la PAL 16L8, (figura 1.18). Poseu a dintre seu un semisumador, iafegiu-hi els fusibles que calguin. Els fusibles que van als inversors de sortida els fixa el compilador de laPLD.

Dissenys amb microprocessadors18

Fig. 1.18 Estructura interna de la PAL 16L8

Solucions electrniques al tractament de variables discretes 19

4. Introduu el disseny i feu-ne la simulaci per mitj dun entorn de desenvolupament, si aquest ha decomplir les equacions segents:

15141312****0 AAAPSENAPER =

15141312****1 AAAPSENAPER =

5.Digueu almenys, una ra per la qual, per a sries petites, s millor la soluci MSI, i per sries grans la fullcustom.

6. Un lector de codi de barres fet amb un microprocessador pot prendre una dada cada 100 ms. La partmbil es mou a una velocitat de 10 cm/s.Quin s lmit de gruix de barres que podem llegir? Com milloraria el procediment?

De quin ordre s el gruix mxim de barra que podrem llegir amb un disseny que fes la mateixafeina, dacord amb lesquema de la figura 1.19?

Fig. 1.19 Circuit proposat, en qu td = 2ns s el retard de cada bloc

7. Tenim una centraleta telefnica (PABX) que pot enviar carcters en srie a 9.600 bps (1 bit cada100 s). El format de la transmissi srie s el que veiem a la figura 1.20 (asncron), 1 bit de stop + 8de informaci + 1 de stop.

Dissenys amb microprocessadors20

Fig. 1.20 Format de transmissi de la centraleta

La informaci enviada per la PABX s tractada per un buffer que porta unmicroprocessador i memria. El microprocessador agafa el carcter rebut en el punt A de la figura1.20 i el processa enviant-lo cap al PC. El buffer per a seva funci, t un programa que triga aexecutar-se 80 s. Lesquema de funcionament s el de la figura 1.21

Fig. 1.21 Esquema de blocs de la centraleta

Es demana:a) Quan temps triga el bit de stop?b) Si hem arribat al punt A del cronograma i el buffer comena a processar el carcter, tindrem proutemps per processar la dada?c) Enviant amb el mateix format i a 115.200 bps (1 bit cada 8,6 s), tindrem prou temps perprocessar les dades?d) Quina s la freqncia mxima en carcters/segon treballant a 9600 bps, a qu pot enviar dades lacentraleta, si processem durant el bit de stop?

c: Els autors, 2000; Edicions UPC, 2000.