JP3523858B2 - シリアルデータ通信装置及びシリアルデータの送受信方法 - Google Patents
シリアルデータ通信装置及びシリアルデータの送受信方法Info
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Description
タ通信を行うための装置(以下、UART(Universal
Asynchronous Receiver Transmitter)という)に関す
る。
す。同図に示すようにこのUARTはボーレートジェネ
レータ部1と、シフトレジスタ2と、送受信を切換える
スイッチ部3と、UART全体を制御するUARTコン
トロール部4とから構成され、データバス5を通じて制
御されるようになっている。
ト格納用のレジスタ1aと、設定された転送レート値を
ロードし、送信データの1ビット幅の半分に相当する時
間をカウントするリロードカウンタからなるボーレート
カウンタ1bと、ボーレートカウンタ1bから出力され
るキャリーを受け、シフトレジスタ2にシフトクロック
S1を供給するフリップフロップ1cとから構成され
る。
クCLKをボーレートジェネレータ部1でカウントする
ことにより周期がビット幅に等しいシフトクロックS1
を生成し、このS1により送信ビットまたは受信ビット
をシフトレジスタ2内でシフトさせることにより、シリ
アルデータの送信又は受信処理を行うことができる。送
信/受信の切換えはUARTコントロール部4がスイッ
チ部3を制御することにより行われ、転送レート設定値
や送信データのセット、受信データの取出しはデータバ
ス5を介して行われる。
52MHzのときに9600bpsの転送レートでデー
タを送受信する場合には、ボーレートカウンタ1bが2
56個の基準クロックCLKをカウントする度にキャリ
ーを出力するようにレジスタ1aを設定する。このと
き、フリップフロップ1cからは512個分の基準クロ
ックに相当する時間間隔でシフトクロックS1がシフト
レジスタ2に供給されるようになり、4.9152×1
06/512=9600(bps)での転送が可能にな
る。
準クロック)に相当する場合の例であり、ボーレートカ
ウンタ1bが基準クロックを4個カウントする度にキャ
リーを出力するようにレジスタ1aには「FCh」を設
定している。尚、図8のタイミングチャートにおけるボ
ーレートカウンタ値は、フリップフロップ1cの値も含
んだ値になっている。
来のUARTでは、例えばICカードに用いた場合のよ
うに、基準クロックCLKの周波数が3.58MHzの
ときに9600bpsの転送レートでデータの転送を行
うためには、1ビット時間=3.58×106/9600
=372.9166...となり、転送レート設定値は
186.4583...となる。この場合、転送レート
設定値は近似値である186に設定して使用することに
なるので、転送レートに誤差が生じてしまう。ただしこの
場合は転送レートが9600bpsと遅いため、誤差は
殆ど問題とならないレベルである(通常、スタートビッ
トからnビット目までの時間がn±0.2ビット時間の範
囲にあれば許容される)。しかし、38.4kbps、
76.8kbps、さらには372kbpsといった高
速転送を行う場合には、理論上の転送レート設定値と実
際に設定する転送レート設定値との差が大きくなり、基
準クロックの周波数を高くして誤差を小さくしないと高
速データ転送ができないという問題があった。
り、1ビット時間が基準クロックの整数倍とならない場
合にも、基準クロックの周波数を上げることなくデータ
を高速で転送することのできるシリアルデータ通信装置
を提供することを目的とする。
タ通信装置は、基準クロックが入力され、基準クロック
を補正して補正クロックを出力するクロック補正手段
と、補正クロックが入力され、基準クロックの周波数と
転送レートとの比に基づいて設定される第1の整数値に
等しい数だけ補正クロックが入力される度に第1の信号
を発生するカウンタを備えるボーレートジェネレータ
と、送信データまたは受信データが入力され、第1の信
号に応じて送信データまたは受信データをシフトして出
力するシフトレジスタとを有し、クロック補正手段は、
第1の整数値に応じて設定される第2の整数値に等しい
数だけ基準クロックが入力される度に第2の信号を発生
し、第2の信号に応じて基準クロックを補正して補正ク
ロックを出力することを特徴とする。
係るUARTの構成を示すブロック図である。同図にお
いて図9に示した従来のUARTと同じあるいは対応す
る構成要素には同一の番号を付してその説明は省略し、
本実施形態に追加されている構成要素についてのみ説明
する。第1の実施形態は、補正カウンタ部6とORゲート
7が追加されている点で図9に示した従来のUARTと
異なる。
納する補正カウントレジスタ6aと、基準クロックCL
Kを補正カウント値までカウントするオートリローダブ
ルカウンタからなる補正カウンタ6bと、補正カウンタ
6bの全ビットが"1"になった時、即ち基準クロックC
LKが補正カウント値までカウントされる度に補正カウ
ンタ6bから出力される信号を、次の基準クロックCL
Kの立上りで捕らえ、キャリー出力S2を生成するフリ
ップフロップ6cとから構成される。
クロックCLKとが入力され、該ORゲート7の出力信
号S3は補正されたクロック信号としてボーレートジェ
ネレータ部1に供給される。UARTコントロール部4
は、補正カウンタ部6も含めてUART全体を制御する
ように構成されている。
アルデータ転送動作を図2のタイミングチャートを参照
して説明する。なお、ここでは、基準クロックCLKの周
波数は3.58MHz、転送レートは372kbps、
ボーレートカウンタ1bのビット数は8ビット(フリッ
プフロップ/1cを含めると9ビット)、補正カウンタ
6bのビット数は7ビットであるものとする。
ビットに含まれる基準クロックの数)は3.58×10
6/372×103≒9.62CLKであるので、転送
レート設定値及び補正カウント値を以下の計算式に従っ
て決定する。 転送レート設定値=256−int(1/2×基準クロ
ック周波数/転送レート) =256−int(1/2×3.58×106/372
×103) =256−4=252=FCh 補正カウント値=[1/{1ビット時間/(2×(256−
転送レート設定値))−1}]−1の四捨五入値 =[1/{9.62/(2×(256−252))−
1}]−1 =1/(9.62/8−1)−1=1/0.2025−
1≒4h
ータバス5を介してボーレートカウントレジスタ1aに
セットされた転送レート設定値FChは、UARTの送
信又は受信の開始時、及びボーレートカウンタ1bのキ
ャリー発生時(FFhから00hになる時)にボーレー
トカウンタ1bにそのままロードされる。また、フリップ
フロップ1cは受信開始時に"1"、送信開始時に"0"が
ロードされ、ボーレートカウンタ1bがキャリーを発生
する度に反転する。
バス5を介して補正カウントレジスタ6aにセットされ
た補正カウント設定値4hの反転データ(7Fh−4h
=7Bh)はUARTの送信又は受信開始時に補正カウ
ンタ6bにロードされる。
上記のように決定し、スイッチ部3を送信モードに切替
え、データバス5を介してシフトレジスタ2に送信デー
タをセットするとUARTコントロール部4が送信動作
を開始する。先ず、ボーレートカウンタ1bにFCh、
フリップフロップ1cに"0"、補正カウンタ6bに7B
hがロードされ、これらの2つのカウンタのカウント動
作が開始される。
ビットが"1"になった時(即ち、カウント値が7Fhに
なった時)の基準クロックCLKの立上りでフリップフ
ロップ6cがキャリーを捕らえ、ハイレベルの継続時間
が1基準クロックCLKのハイレベルの継続時間の2倍
であるキャリー信号S2を生成する。また、補正カウン
タ6bはその全ビットが"0"になった次のカウント時に
補正カウント設定値をリロードする。これにより上記動
作が繰り返される。
れる。ORゲート7はキャリー信号S2ともう一方の入
力信号である基準クロックの論理和をボーレートカウン
タ1bがカウントするクロックS3として出力する。図
2に示すようにキャリー信号S2がハイレベルの間は、
クロックS3はハイレベルに固定されるため、本実施形
態では、5CLKに一回の割合で2つの基準クロックが
1つのクロックに纏められることになる。
をカウントし、カウント値がFFhになると次のクロッ
ク入力で、フリップフロップ1cを反転させると共に、転
送レート設定値をリロードする。シフトレジスタ2は、
フリップフロップ1cのキャリー出力S1の立下りをト
リガーとしてデータをシフトし、データがシリアル送信
される。
リー出力S1の立下りの間隔は、常に一定の値ではなく、
補正カウンタ部6により補正された間隔となり、これに
よりビット時間が基準クロックの整数倍でないことによ
って生じる誤差を補正している。上記の例では、1ビッ
ト時間が8CLKとなるように転送レート値を設定して
いるが、5CLKに一回の割合で2つの基準クロックが
1つのクロックに纏められるので、実際には1ビット時
間=8×6/5=9.6となり、理論上の1ビット時間
9.62に非常に近くなる。
ートビットST、8個のデータビットb0〜b8、1個の
パリティビットP、2個のストップビットSTP1及び
STP2)を送信する場合において、スタートビットか
ら各ビットの終りまでの時間を、通常許容される時間の
範囲と、従来のUARTで送信した場合と、上記第1の実
施形態のUARTで送信した場合について比較して示す
表である。各場合についてMIN値とMAX値があるの
は、受信時に、スタートビットの立下りの検出に最大で1
基準クロックのずれが生じるためである。この表から明
らかなように、第1の実施形態のUARTを使用すると、
フレームの全てのビットが許容時間範囲に入ることが分
かる。
れば、基準クロックの周波数を上げることなく高速デー
タ転送が可能になる効果が得られる。また、低い周波数の
基準クロックを使用して高速転送ができることから消費
電力が低減される効果も見込める。
RTの構成を示すブロック図であり、図1に示した構成
要素と同じあるいは対応する構成要素には同じ符号を付
し説明は省略する。第1の実施形態と異なる部分につい
てのみ以下に説明する。
リーの立ち上がりでトリガーされるフリップフロップ
(以下、立ち上がりフリップフロップという)6cがキ
ャリーの立ち下がりでトリガーされるフリップフロップ
(以下、立下りフリップフロップという)6dに変更さ
れ、ORゲート7がANDORゲート7aに変更され、
新たに基準クロックの1/4時間程度の遅延を持つイン
バータゲート8と、XORゲート9とが設けられている
点で第1の実施形態と異なる。
9の一方の入力とに基準クロックCLKが供給され、イ
ンバータゲート8の出力信号S4がXORゲート9の他
方の入力に供給される。ANDORゲート7aの2つの
ANDゲートのうちの1つにはXORゲート9の出力信
号S5とフリップフロップ6dの出力信号S2'とが供
給される。ANDORゲート7aのもう1つのANDゲ
ートには基準クロックCLKと信号S2'をインバータ
10で反転させた信号とが供給される。その他の構成に
ついては、図1に示した第1の実施形態と同じなので説
明は省略する。
タイミングチャートを参照して以下に説明する。なお、こ
こでは、第1の実施形態の場合と同様、基準クロックの
周波数が3.58MHz、転送レートが372kbp
s、ボーレートカウンタ1bのビット数が8ビット(フ
リップフロップ1cを含めると9ビット)、補正カウン
タ6bのビット数が7ビットであるものとし、第1の実
施形態の動作と異なる部分についてのみ説明する。
転送レート設定値及び、補正カウント値を決定する。 転送レート設定値=256−(1/2×基準クロック周
波数/転送レート)の切上げ値=256−(1/2×
3.58×106/372×103)の切上げ値=25
6−5=251=FBh 補正カウント値=[1/{(2×(256−転送レート設
定値)/1ビット時間)−1}]−2の四捨五入値 =[1/{(2×(256−251)/9.62)−
1}]−2 =1/(10/9.62−1)−2=1/0.0395
−2 =23.3=23≒17h
を通過する際に遅延され、図5のS4のような波形とな
る。このS4と基準クロックとのXOR(排他的論理
和)であるS5がXORゲート9から出力される。即
ち、XORゲート9により基準クロックの2倍の周波数
のクロックS5が生成される。
正カウンタ6bに、レジスタ1a及び6aにそれぞれ格
納された値がロードされ、カウントが開始される。補正カ
ウンタ6bの全ビットが"1"になると、補正カウンタ6
bの出力がハイレベルとなり、更に基準クロックCLK
の立下りで、立下りトリガーフリップフロップ6dの出
力S2'がハイレベルになる。この時、補正カウンタ6b
は全ビットが"0"になり、次の基準クロックCLKの立
下りで、S2'がローレベルに変化し、更に補正カウンタ
6bに補正カウント値の反転データがリロードされる。
これにより、補正カウンタ部6は以上の処理を繰り返
す。
カウントするクロックを切換える制御信号として使用さ
れる。即ち、ANDORゲート7aからは、S2'がロー
レベルの時には基準クロックCLKがそのままS3'と
して出力され、S2'がハイレベルの時には基準クロック
の2倍の周波数のクロックであるS5がS3'として出
力される。
の基準クロックが発生する度にS2'がハイレベルにな
るので、ボーレートカウンタ1bのカウンタ値が26に
達したとき、実際には25個の基準クロックしか発生し
ておらず、補正カウンタ部6の働きにより補正が行われ
たことになる。即ち、第2の実施形態では、1ビット時
間が10CLKとなるように転送レート値を設定する
が、実際の1ビット時間=10×25/26=9.62
となり、理論上の1ビット時間にほぼ一致することにな
る。
よれば、第1の実施形態と同様、1ビット時間が基準ク
ロックの整数倍とならない場合にも基準クロックの周波
数を上げることなく高速データ転送が可能になる効果が
得られる。また、低い周波数の基準クロックを使用して高
速転送ができることから消費電力が低減される効果も見
込める。
ートビットST、8個のデータビットb0〜b8、1個の
パリティビットP、2個のストップビットSTP1及び
STP2)を送信する場合において、スタートビットか
ら各ビットの終りまでの時間を、通常許容される時間の
範囲と、従来のUARTで送信した場合と、上記第2の実
施形態のUARTで送信した場合について比較して示す
表である。各場合についてMIN値とMAX値があるの
は、受信時に、スタートビットの立下りの検出に最大1基
準クロックのずれが生じるためである。この表から明ら
かなように、第1の実施形態と同様、第2の実施形態の
UARTを使用すると、フレームの全てのビットが許容
時間範囲に入ることが分かる。
2>理論上のビット時間(クロック数)に設定し、補正
カウンタ部により実際のビット時間が短くなるように補
正しているので、理論上のビット時間が転送レート設定
値×2に近いほど相対的精度が上がる。従って、第2の
実施形態は、理論上のビット時間と転送レート設定値×
2との差を第1の実施形態よりも小さくできる場合に
は、第1の実施形態よりも精度が高くなる効果が得られ
る。
RTの構成を示すブロック図である。第3の実施形態は
第1の実施形態の機能と第2の実施形態の機能を併せ持
つように、補正カウンタ6bが2つのフリップフロップ
6c及び6dに接続された構成になっている。また、第2
の実施形態のANDORゲート7aと同様のANDOR
ゲート7bを有するが、ANDORゲート7bは3つの
ANDゲートを有する点でANDORゲート7aと異な
る。また、新たに、補正モード切換フラグ回路11とそ
の出力を反転させるためのインバータゲート12及び2
つのANDゲート13,14が設けられている。
力S2は、インバータゲート12の出力と共にANDO
Rゲート7bの1つのANDゲートに供給されている。
また、ANDゲート13の入力には補正モード切換フラ
グ回路11の出力と立下りトリガーフリップフロップ6
dの出力S2'とが供給され、ANDゲート13の出力は
基準クロックCLKと2倍周波数クロックとの間の切換
信号としてANDORゲート7bに供給される。また、A
NDゲート14には、基準クロックCLKと補正モード
切換フラグ回路11の出力とが供給され、2倍周波数ク
ロックを生成するか否かを決定する信号が生成される。
動作及び第2の実施形態の補正動作の一方を補正モード
切換フラグ回路11で選択する構成を有するが、補正動
作自体は、第1及び第2の実施形態と変わらないので、こ
こでは補正モードの切換動作についてのみ説明する。
グ回路11に"0"を書込むと、ANDゲート13,14
がマスクされ、2倍周波数CLKの生成が停止し、AND
ORゲート7bからS2と基準クロックCLKの論理和
がボーレートジェネレータ部1に入力されることにな
り、第1の実施形態の補正動作が実行される。
1"を書込んだ場合には、ANDゲート13,14により
2倍周波数クロックの生成が許可されると共に立下りト
リガーフリップフロップ6dの出力S2'が有効となり、
一方、立上りトリガーフリップフロップ6cの出力S2
がANDORゲート7bにより無効にされる。これによ
り、第2の実施形態の補正動作が実行される。
れば、新たに補正モード切換フラグ回路11を含む切換
手段を設け、第1及び第2の実施形態の2つの補正動作
を選択的に実行できるようにしたので、第1及び第2の
実施形態の効果に加え、転送レートに応じてより高い精
度が得られる補正動作を選択して実行できるという効果
が得られる。また、第2の実施形態のUARTは2倍周
波数クロックを生成する必要があるため、消費電力の面
で若干不利であるという欠点があるが、消費電力を重視
する場合には第1の実施形態の補正動作を選択できる
等、用途により双方の補正動作を自由に選択できるとい
う効果が得られる。
RTの構成を示すブロック図である。第4の実施形態
は、第1の実施形態に新たに補正有効/無効フラグ回路
15とANDゲート16を追加したものである。補正有
効/無効フラグ回路15の出力は、ANDゲート16の一
方の入力に供給される。ANDゲート16の他方の入力
には基準クロックCLKが供給される。また、ANDゲー
ト16の出力信号は、補正カウンタ部6がカウントする
クロックとして使用される。
て補正カウンタ部6を動作させるか否かを選択可能にし
たものである。補正動作自体は第1の実施形態と同じで
あるので、ここでは、この選択動作に関してのみ説明す
る。
グ回路15に"0"が書込まれると、ANDゲート16に
より基準クロックCLKがマスクされ、補正カウンタ部
6のクロックがローレベルに固定され、補正カウンタ部
6の動作が停止する。
が書込まれると、ANDゲート16は基準クロックCL
Kを通過させるようになり、補正カウンタ部6が動作し、
補正動作が実行される。この状態でUARTによる送受
信が行われると補正カウンタ部6が動作して補正が行わ
れることになる。
れば、新たに補正有効/無効フラグ回路15と、補正カウ
ンタ部6による補正動作を実行する/実行しないを切換
える手段を設けたので、第1の実施形態の効果に加え、補
正の必要のない転送レートの場合には、補正カウンタ部
6の動作を停止させ消費電力を抑えることができる。
作についてのみ説明したが、本発明は受信動作でも適用
できることは言うまでもない。また、ボーレートカウンタ
1bには、ボーレートカウントレジスタ1aの値をその
ままのロードし、補正カウンタ6bには補正カウントレ
ジスタ6aの値を反転してロードしているが、これに限
定されるものではなく、所定のカウントが行えるような
任意の回路構成を用いることができる。また、ボーレート
カウンタ及び補正カウンタのビット数もた実施形態のも
のに限定されるものではない。
を用いて1CLKの停止を実現しているが、ORゲート
に限らずその他の回路構成によって停止させるようにし
てもよい。同様に、第2及び第3の実施形態のANDO
Rゲート7a及び7bもその他の回路構成で置き換えて
もよい。
切換え手段は、第2及び第3の実施形態にも追加できる。
また、第2及び第3の実施形態では、2倍周波数のクロッ
ク生成に遅延インバータ8とXORゲート9を用いた
が、それらに限定されるものではなく、別の回路構成で
生成するようにしてもよい。
ロックの整数倍とならない場合にも、基準クロックの周
波数を上げることなくデータを高速で転送することので
きるシリアルデータ通信装置が提供される。
成を示すブロック図である。
するタイミングチャートである。
RTのビット間隔の精度を比較して示す表である。
成を示すブロック図である。
するタイミングチャートである。
RTのビット間隔の精度を比較して示す表である。
成を示すブロックである。
成を示すブロックである。
である。
グチャートである。
タ、 3 スイッチ部、4 UARTコントロール部、
6 補正カウンタ部、 7 ORゲート、7a,7b
ANDORゲート、 11,15 フラグ回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 基準クロックが入力され、前記基準クロ
ックを補正して補正クロックを出力するクロック補正手
段と、 前記補正クロックが入力され、前記基準クロックの周波
数と転送レートとの比に基づいて設定される第1の整数
値に等しい数だけ前記補正クロックが入力される度に第
1の信号を発生するカウンタを備えるボーレートジェネ
レータと、 送信データまたは受信データが入力され、前記第1の信
号に応じて前記送信データまたは前記受信データをシフ
トして出力するシフトレジスタとを有し、 前記クロック補正手段は、前記第1の整数値に応じて設
定される第2の整数値に等しい数だけ前記基準クロック
が入力される度に第2の信号を発生し、前記第2の信号
に応じて前記基準クロックを補正して前記補正クロック
を出力するシリアルデータ通信装置において、 前記シリアルデータ通信装置はデータバスを有し、 前記シフトレジスタに対し、前記データバスを介して前
記送信データの格納または前記受信データの取出しが行
われ、 前記第1の整数値および前記第2の整数値が、前記デー
タバスを介して前記ボーレートジェネレータおよび前記
クロック補正手段にそれぞれ設定されること を特徴とす
るシリアルデータ通信装置。 - 【請求項2】 基準クロックが入力され、前記基準クロ
ックを補正して補正クロックを出力するクロック補正手
段と、 前記補正クロックが入力され、前記基準クロックの周波
数と転送レートとの比に基づいて設定される第1の整数
値に等しい数だけ前記補正クロックが入力される度に第
1の信号を発生するカウンタを備えるボーレートジェネ
レータと、 送信データまたは受信データが入力され、前記第1の信
号に応じて前記送信データまたは前記受信データをシフ
トして出力するシフトレジスタとを有し、 前記クロック補正手段は、前記第1の整数値に応じて設
定される第2の整数値に等しい数だけ前記基準クロック
が入力される度に第2の信号を発生し、前記第2の信号
に応じて前記基準クロックを補正して前記補正クロック
を出力するシリアルデータ通信装置において、 前記シリアルデータ通信装置は、前記シリアルデータ通
信装置の送受信を切換えるスイッチ部と、前記ボーレー
トジェネレータと前記シフトレジスタと前記スイッチ部
とを制御するコントロール部とを有すること を特徴とす
るシリアルデータ通信装置。 - 【請求項3】 基準クロックをカウントするカウンタと
送信データまたは受信データを格納するシフトレジスタ
とを有し、前記カウンタが前記基準クロックの周波数と
転送レートとの比に応じて設定される第1の整数値に等
しい数だけ前記基準クロックをカウントする度に前記シ
フトレジスタ内の送信データまたは受信データをシフト
することにより、実質的に前記転送レートでデータを送
受信することの可能なシリアルデータ通信装置におい
て、 前記比と前記第1の整数値との差に応じて設定される第
2の整数値に等しい数だけ前記基準クロックが発生する
度に、前記カウンタがカウントする前記基準クロックの
周波数を一定期間2倍にするクロック補正手段を設けた
ことを特徴とするシリアルデータ通信装置。 - 【請求項4】 基準クロックをカウントするカウンタと
送信データまたは受信データを格納するシフトレジスタ
とを有し、前記カウンタが前記基準クロックの周波数と
転送レートとの比に応じて設定される第1の整数値に等
しい数だけ前記基準クロックをカウントする度に前記シ
フトレジスタ内の送信データまたは受信データをシフト
することにより、実質的に前記転送レートでデータを送
受信することの可能なシリアルデータ通信装置におい
て、 前記比と前記第1の整数値との差に応じて設定される第
2の整数値に等しい数だけ前記基準クロックが発生する
度に、前記カウンタへの前記基準クロックの通過を一定
期間阻止する第1のクロック補正手段と、 前記比と前記第1の整数値との差に応じて設定される第
3の整数値に等しい数だけ前記基準クロックが発生する
度に、前記カウンタがカウントする前記基準クロックの
周波数を一定期間2倍にする第2のクロック補正手段
と、 前記第1のクロック補正手段と前記第2のクロック補正
手段の一方を外部からの信号に基づき選択的に動作させ
る選択手段と、 を備えたことを特徴とするシリアルデータ通信装置。 - 【請求項5】 基準クロックの周波数と転送レートとの
比に基づいて第1の整数値を設定する第1のステップ
と、前記基準クロックを前記第1の整数値に等しい数だ
けカウントする度に送信データまたは受信データを構成
するビット列をシフトアウトすることにより、実質的に
前記転送レートでデータを送受信する第2のステップと
を含むシリアルデータの送受信方法において、 前記第2のステップにおいて、前記比と前記第1の整数
値との差に応じて第2の整数値を設定し、前記基準クロ
ックが前記第2の整数値に等しい数だけ発生する度に、
前記基準クロックの周波数を一定期間2倍にすることを
特徴とするシリアルデータの送受信方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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