マイコンのポートについて(CMOS？TTL？)

マイコンのポートについて確証がもてず質問させてください。

マイコンのシリアル、I/Oなどの外部ポートは、CMOSレベルなのかTTLレベルなのか
どちらなのでしょうか？

事の発端は、シリアルポートに電圧の異なる回路を接続しなければならず、レベルシフトICの使用を
検討していて、入力がTTL対応のもの(HD74LV1GT125ACM)を見つけました。

このICの入力(TTL)をマイコンに接続しようとしたときに、
マイコン側はCMOSレベルの信号なのか、TTLレベルの信号なのか疑
問がわき、データシートで確認することにしました。

直接名称の記載はありませんでしたが、付録の回路図を見たところCMOSの記号があり
電気特性でも入出力のレベルはCMOSの値(Vccを基準としたレベル)であったので、
このマイコンのシリアルポートはCMOSレベルの信号であると思いました。


念のため、このことを先輩へ確認したところ、
「シリアルポートはTTLレベル」といわれてしまいました。


そこでもう一度、データシートを確認しましたが、
電気特性はVccに対する比率(という表現でよいのかわかりませんが)で
Hi、Loのレベルが規定されているのでCMOSレベルで間違いないと思いますが、
回路図のほうは入力(RXD)側のみ論理回路を通っていたため
この部分がTTLレベルなのか？でも、どこにもそのような記載は見当たらないしと混乱しています。

ロジックICであればシリーズ(TTL-ICであればスタンダード、74LSなど、
CMOSであれば74HC、74LVC)で確認しやすいものもありますが、
マイコンの場合はどうやって確認するのでしょうか？

上記のように、データシートの回路図や電気特性から判断する方法でよいのでしょうか。

確認したマイコン
H8/36064(参照頁は、回路図：付録38、電気特性は、21-4～21-6)を確認しました。

No.4 ベストアンサー 回答者： challenger9 回答日時： 2013/11/03 10:47

質問文を読み直して、何をしようとしているのかわからなくなってしまったのですが、もう少し補足すると、

データシートに書かれる回路図は、説明のための等価回路なので、チップ上での設計を正確に表しているものではありませんし、回路図中の論理記号がどんな電圧レベルが動いているかもわかりません。他の素子との接続に関しては、データシートでそれぞれの出力と入力の特性を見比べて余裕があることを確認すればいいです。

TTLレベルという名称も、純粋なTTLがほとんど使用されなくなった今ではあまり意味がなくなってきていますし、CMOSレベルというのはもっとあやふやな名称なので、あくまで電圧数値で確認すべきです。

この回答へのお礼

challenger9さま

今回、マイコンにRS232Cドライバ(MAX3232EPE+)を接続しようと思っていす。

このICは、TTL/CMOSいずれのレベルにも対応するICなので、電圧レベルについては意識していませんでしたが、マイコン側3.3V、RS232CIC側が5Vと電源電圧が異なることからレベルシフト回路が必要と判断、HD74LV1GT125ACMを選定した際にTTLレベルとの記載があったのでマイコン側との整合が取れているのか疑問に思った次第です。

最終的には、レベルシフトもそうですが、信号絶縁も必要とのことで、デジトラとフォトカプラで対応することになりそうです。

この点は、challenger9さまの指摘のとおり、レベル云々よりも電圧仕様の整合が重要という意味ではひとつの解としてはありなのかなと思っていますが、詳細は実際に回路を組んでみて動きを確かめていきたいと思います。

いろいろとご指摘、情報をいただきありがとうございました。

お礼日時：2013/11/04 09:29

No.5 回答者： tadys 回答日時： 2013/11/04 05:23

H8/36064のハードウエアマニュアルの２１．２．２のDC特性によると

RXDの入力Highレベル電圧：０．７ｘVdd （Vcc=４．０～５．５V）
RXDの入力Lowレベル電圧：０．３ｘVdd （Vcc=４．０～５．５V）
となっていますので、ロジックレベルとしてはCMOS対応です。
http://documentation.renesas.com/doc/products/mp …

TTLの場合は、入力Highレベル電圧：２．７V、入力Lowレベル電圧：０．８Vです。

TTLレベルの出力をCMOS入力につないだ場合、Highレベルの電圧が０．７ｘVddに足りない場合があるので誤動作の原因になり得ます。

なお、LS-TTLの入力Lowレベル電流は０．４mA（MAX)なのでH8/36064ではLS-TTL１個しかドライブ出来ないポートが有ります。

この回答へのお礼

tadysさま

回答ありがとうございます。

challenger9さまの回答にもありましたが、現状TTLやCMOSレベルという意味もあやふやになっているという部分からすると、CMOS対応という表現が一番しっくり来るなと感じました。

また、LS-TTL使用時の注意点も参考にありました。たしかに、ポート6、SCL、SDA以外の出力端子は0.5mA MAXとの記載もありますのでこうした点も注意が必要だなと意識することが出来ました。

デジタルはアナログよりも簡単と単純に言われて何気なく今回マイコンの設計にチャレンジしてみましたが、やはりそんなに簡単ではないなといい認識を持つことができました。

今後も、データシートや、各部品の使い方など、注意して情報を集めて、実際に動かしながら勉強して行きたいと思います。

お返事、御礼が遅くなりましたが、ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/04 09:42

No.3 回答者： info22_ 回答日時： 2013/11/03 10:40

C-MOSとTTLの接続には,LS(ALS)-TTLを使うのは原則です。

入力側への接続は以下に注意してください。

TTL入出力電圧 (V)

基準とされる電圧レベル

Hiレベル入力電圧: 2.0V以上
Lowレベル入力電圧: 0.8V以下
Hiレベル出力電圧: 2.4V以上
Lowレベル出力電圧: 0.4V以下

C-MOS入出力電圧レベル

CMOS入出力レベル電圧 (V)

Hiレベル入力電圧 : 0.7×Vdd
Lowレベル入力電圧 : 0.2×Vdd
Hiレベル出力電圧 : Vdd-0.8
Lowレベル出力電圧 : 0.4
　　(Vdd : 電源電圧)

マイコンの出力のファン=アウトとバッファーの必要性

マイコン入力の静電気保護、雑音低減(シュミットトリガLS-TTL)、
ttp://www.onsemi.jp/pub_link/Collateral/MC74HCT14A-D.PDF

電圧レベル調整（O/C出力とプルアップ抵抗）

C-MOS回路の直流電源電圧VddとLS(ALS)-TTLのVccが同じか、異なるか？

などを考慮して接続するといいでしょう。

参考URL：http://www.f-kmr.com/fanout.htm,http://wave2.iob …

この回答へのお礼

info22_さま

詳細の説明ありがとうございました。

特に、注意点を具体的に挙げていただき、これから何に注意して設計すればよいかわかりました。

お返事、御礼が遅くなりましたが、ありがとうございました。

教えてもらったサイトを参考にしながら、自身のレベルアップを図っていきたいと思います。

お礼日時：2013/11/04 09:10

No.2 回答者： challenger9 回答日時： 2013/11/02 20:28

マイコンも単なるロジック回路部品なので、見るべき場所はDC特性で良いです。

21-4～21-5で合っていますよ。
データシートの記述からすると、電源5Vで使った場合にLレベル1.5V以下、Hレベル3.5V以上ですから、これはTTLレベルではないですね。先輩はデータシートを見ずに適当なことを言っているのでしょう。

この回答へのお礼

challenger9さま

回答ありがとうございました。

確認するべきところが合っていて安心しました。

今回の先輩の発言では混乱することもありましたが、自身で調べて納得するというプロセスをたどることが出来たので、いい機会を与えてくれたのだと思って今後も精進していきます。

お返事、御礼が遅くなりましたが、ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/04 08:52

No.1 回答者： GoodJob777 回答日時： 2013/11/02 17:38

マニュアルに書いてありますよ

電気特性ってとこに
例えば：R8C/24グループ、R8C/25グループ
SINGLE-CHIP 16-BIT CMOS MCU
RJJ03B0120-0210
Rev.2.10
2006.11.01
1. 概要
本マイコンは高性能シリコンゲートCMOSプロセスを採用し、R8C/Tinyシリーズ CPUコアを搭載したシ
ングルチップマイクロコンピュータで、52ピンプラスチックモールドLQFPまたは64ピンプラスチックモー
ルドFLGAに収められています。このシングルチップマイクロコンピュータは、高機能命令を持ちながら高
い命令効率を持ち、1Mバイトのアドレス空間と、命令を高速に実行する能力を備えています。
さらに、R8C/25グループはデータフラッシュ(1KB×2ブロック)を内蔵します。
R8C/24グループとR8C/25グループの違いはデータフラッシュの有無だけです。周辺機能は同一です。
1.1 応用
家電、事務機器、オーディオ、民生一般、他

この回答へのお礼

GoodJob777さま

回答ありがとうございました。

確かに、R8C/24グループ他マニュアルの概要に記載があるのを確認できました。

他のマイコンのデータシートも確認していれば、記載内容の比較で判別することも出来るのだなと、気がつくことができました。

お返事、御礼が遅くなりましたが、ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/04 08:45