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SPI, I2C, UART, I2S, GPIO, SDIO, CAN, lesen Sie einfach diesen Artikel
Der Bus bleibt immer darin stecken. Die Signale in dieser Welt sind alle gleich, aber es gibt Tausende von Bussen, was Kopfschmerzen bereitet. Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Bussen: interner Bus, Systembus und externer Bus. Der interne Bus ist der Bus zwischen den Peripheriechips im Mikrocomputer und dem Prozessor, der für die Verbindung auf Chipebene verwendet wird. während der Systembus der Bus zwischen den Steckkarten und der Systemplatine im Mikrocomputer ist und für den gegenseitigen Austausch auf der Ebene der Steckkarten verwendet wird. Der externe Bus ist der Bus zwischen dem Mikrocomputer und dem externen Gerät. Als Gerät tauscht der Mikrocomputer über den Bus Informationen und Daten mit anderen Geräten aus. Es wird für die Verbindung auf Geräteebene verwendet.
Neben dem Bus gibt es auch einige Schnittstellen, bei denen es sich um eine Sammlung mehrerer Busse handelt oder die nicht abgelehnt werden.
1. SPI
SPI (Serial Peripheral Interface): Die von MOTOROLA vorgeschlagene synchrone serielle Busmethode. Synchrone serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle. 3- bis 4-Draht-Schnittstelle, unabhängiges Senden und Empfangen, kann synchronisiert werden.
Es ist aufgrund seiner leistungsstarken Hardwarefunktionen weit verbreitet. In dem intelligenten Instrumenten- und Mess- und Steuersystem bestehend aus Single-Chip-Mikrocomputer. Wenn die Geschwindigkeitsanforderung nicht hoch ist, ist der SPI-Busmodus eine gute Wahl. Es kann E / A-Ports speichern, die Anzahl der Peripheriegeräte und die Leistung des Systems verbessern. Der Standard-SPI-Bus besteht aus vier Leitungen: Serielle Taktleitung (SCK), Master-Eingangs- / Slave-Ausgangsleitung (MISO). Master-Ausgang / Slave-Eingangsleitung (MOSI) und Chip-Auswahlsignal (CS). Einige SPI-Schnittstellenchips haben Interrupt-Signalleitungen oder kein MOSI.
Der SPI-Bus besteht aus drei Signalleitungen: serieller Takt (SCLK), serieller Datenausgang (SDO) und serieller Dateneingang (SDI). Der SPI-Bus kann die Verbindung mehrerer SPI-Geräte realisieren. Das SPI-Gerät, das die serielle SPI-Uhr bereitstellt, ist ein SPI-Master oder Master-Gerät (Master), und andere Geräte sind SPI-Slaves oder Slave-Geräte (Slave). Vollduplex-Kommunikation kann zwischen Master- und Slave-Geräten realisiert werden. Wenn mehrere Slave-Geräte vorhanden sind, kann eine Auswahlzeile für Slave-Geräte hinzugefügt werden. Wenn Sie einen universellen E / A-Port verwenden, um den SPI-Bus zu simulieren, müssen Sie über einen Ausgangsport (SDO), einen Eingangsport (SDI) verfügen. Der andere Port hängt vom Typ des implementierten Geräts ab. Wenn Sie ein Master-Slave-Gerät implementieren möchten, benötigen Sie einen Eingangs- und Ausgangsport. , Wenn nur das Master-Gerät realisiert wird, reicht der Ausgangsport aus; Wenn nur das Slave-Gerät realisiert wird, ist nur der Eingangsport erforderlich.
2. I2C
I2C (Inter-Integrated Circuit): Ein von PHILIPS entwickelter serieller Zweidrahtbus, mit dem Mikrocontroller und ihre Peripheriegeräte verbunden werden.
Der I2C-Bus verwendet zwei Drähte (SDA und SCL), um Informationen zwischen dem Bus und dem Gerät, die serielle Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller und externen Geräten oder die bidirektionale Datenübertragung zwischen dem Master-Gerät und dem Slave-Gerät zu übertragen. I2C ist ein OD-Ausgang, die meisten I2C sind 2-Draht (Ausgang und Daten) und werden im Allgemeinen zur Übertragung von Steuersignalen verwendet.
I2C ist ein Multi-Master-Bus, sodass jedes Gerät wie ein Master arbeiten und den Bus steuern kann. Jedes Gerät am Bus hat eine eindeutige Adresse und kann je nach seinen Fähigkeiten als Sender oder Empfänger fungieren. Auf demselben I2C-Bus können mehrere Mikrocontroller gleichzeitig vorhanden sein.
3. UART
UART: Universelle asynchrone serielle Schnittstelle, vollständige bidirektionale Kommunikation gemäß Standard-Baudrate, langsame Geschwindigkeit.
Der UART-Bus ist eine asynchrone serielle Schnittstelle, daher ist er im Allgemeinen viel komplizierter als die ersten beiden synchronen seriellen Schnittstellen. Im Allgemeinen besteht es aus einem Baudratengenerator (die erzeugte Baudrate entspricht dem 16-fachen der Übertragungsbaudrate), einem UART-Empfänger und einem UART-Sender. Es besteht aus zwei Drähten in Hardware, eine zum Senden und eine zum Empfangen.
UART ist ein Chip zur Steuerung von Computern und seriellen Geräten. Zu beachten ist, dass es eine RS-232C-Datenendgeräteschnittstelle bietet, über die der Computer mit Modems oder anderen seriellen Geräten kommunizieren kann, die die RS-232C-Schnittstelle verwenden. Als Teil der Schnittstelle bietet UART auch die folgenden Funktionen:
Die vom Computer übertragenen parallelen Daten werden in den seriellen Ausgabedatenstrom konvertiert. Konvertieren Sie serielle Daten von außerhalb des Computers in Bytes zur Verwendung durch Geräte, die parallele Daten innerhalb des Computers verwenden. Fügen Sie dem seriellen Ausgabedatenstrom ein Paritätsbit hinzu und führen Sie eine Paritätsprüfung für den von außen empfangenen Datenstrom durch. Fügen Sie die Start-Stopp-Marke zum Ausgabedatenstrom hinzu und löschen Sie die Start-Stopp-Marke aus dem empfangenen Datenstrom. Behandeln Sie das von der Tastatur oder Maus gesendete Interrupt-Signal (Tastatur und Maus sind ebenfalls serielle Geräte). Kann das Synchronisationsverwaltungsproblem des Computers und des externen seriellen Geräts lösen. Einige High-End-UARTs bieten auch Puffer für Eingabe- und Ausgabedaten. Der neuere UART ist 16550, der 16 Datenbytes im Puffer speichern kann, bevor der Computer die Daten verarbeiten muss. Der übliche UART ist 8250. Wenn Sie jetzt ein eingebautes Modem kaufen, befindet sich normalerweise ein 16550 UART im Modem.
3. Vergleich von SPI, I2C und UART
Sowohl SPI- als auch I2C-Kommunikationsverfahren sind Kurzstreckenkommunikation zwischen dem Chip und dem Chip oder zwischen anderen Komponenten wie dem Sensor und dem Chip. SPI und IIC sind Board-to-Board-Kommunikation, IIC macht manchmal auch Board-to-Board-Kommunikation, aber die Entfernung ist sehr kurz, aber mehr als ein Meter, zum Beispiel einige Touchscreens, LCD-Bildschirme für Mobiltelefone, viele Dünnfilme Kabel verwenden IIC, I2C kann verwendet werden, um Standard-Parallelbus, verschiedene integrierte Schaltkreise und Funktionsmodule, die angeschlossen werden können, zu ersetzen. I2C ist ein Multi-Master-Bus, sodass jedes Gerät wie ein Master arbeiten und den Bus steuern kann. Jedes Gerät am Bus hat eine eindeutige Adresse und kann je nach seinen Fähigkeiten als Sender oder Empfänger fungieren. Auf demselben I2C-Bus können mehrere Mikrocontroller gleichzeitig vorhanden sein. Diese beiden Leitungen gehören zur langsamen Übertragung.
Der UART wird bei der Kommunikation zwischen zwei Geräten verwendet, beispielsweise bei der Kommunikation zwischen einem Gerät und einem Computer, der mit einem Einzelchip-Mikrocomputer hergestellt wird. Eine solche Kommunikation kann über große Entfernungen erfolgen. Die UART-Geschwindigkeit ist schneller als die beiden oben genannten, bis zu etwa 100K. Es wird verwendet, um mit dem Computer und dem Gerät oder zwischen dem Computer und der Berechnung zu kommunizieren, aber die effektive Reichweite wird nicht sehr groß sein, etwa 10 Meter. Der Vorteil des UART besteht darin, dass es ein breites Spektrum an Unterstützung und eine Programmdesignstruktur bietet. Ganz einfach, mit der Entwicklung von USB geht UART allmählich bergab.
5. I2S
I2S (Inter-IC Sound Bus) ist ein von Philips entwickelter Busstandard für die Übertragung von Audiodaten zwischen digitalen Audiogeräten. Das meiste davon ist 3-Draht (neben Takt und Daten gibt es auch ein Auswahlsignal für den linken und rechten Kanal). I2S wird hauptsächlich zur Übertragung von Audiosignalen verwendet. Wie STB, DVD, MP3 usw., die üblicherweise verwendet werden.
Im I2S-Standard werden sowohl die Hardware-Schnittstellenspezifikation als auch das Format der digitalen Audiodaten angegeben. I2S hat 3 Hauptsignale: 1) Serieller Takt SCLK, auch Bittakt (BCLK) genannt, dh entsprechend jedem Bit digitaler Audiodaten hat SCLK 1 Impuls. Die Frequenz von SCLK = 2 × Abtastfrequenz × Anzahl von Abtastbits. 2) Der Rahmentakt LRCK (auch WS genannt) wird verwendet, um die Daten des linken und rechten Kanals umzuschalten. LRCK von "1" bedeutet, dass die Daten des linken Kanals übertragen werden, und "0" bedeutet, dass die Daten des rechten Kanals übertragen werden. Die Frequenz von LRCK ist gleich der Abtastfrequenz. 3) Die seriellen Daten SDATA sind die Audiodaten, die in Zweierkomplement ausgedrückt werden. Manchmal muss zur besseren Synchronisation der Systeme ein anderes Signal MCLK übertragen werden, das als Haupttakt bezeichnet wird und auch als Systemtakt (Sys-Takt) bezeichnet wird und das 256-fache oder 384-fache der Abtastfrequenz beträgt.
6.GPIO
GPIO (General Purpose Input Output) oder Bus-Expander mit I2C-, SMBus- oder SPI-Schnittstelle nach Industriestandard, um die Erweiterung der E / A-Ports zu vereinfachen.
Wenn der Mikrocontroller oder Chipsatz nicht über genügend E / A-Ports verfügt oder wenn das System eine serielle Fernkommunikation oder -steuerung verwenden muss, können GPIO-Produkte zusätzliche Steuerungs- und Überwachungsfunktionen bereitstellen. Jeder GPIO-Port kann per Software als Eingabe oder Ausgabe konfiguriert werden. Die GPIO-Produktlinie von Maxim umfasst GPIO mit 8 bis 28 Ports, die einen Push-Pull-Ausgang oder einen Open-Drain-Ausgang bieten. Erhältlich in einem 3 mm x 3 mm großen QFN-Miniaturpaket.
(1) Die Vorteile von GPIO (Port Expander):
① Geringer Stromverbrauch: GPIO hat einen geringeren Stromverbrauch (ca. 1 μA, während der Arbeitsstrom von μC 100 μA beträgt).
② Integrierte IIC-Slave-Schnittstelle: Die in GPIO integrierte IIC-Slave-Schnittstelle kann auch im Standby-Modus mit voller Geschwindigkeit arbeiten.
③ Kleines Paket: GPIO-Geräte bieten die kleinste Paketgröße: 3 mm x 3 mm QFN!
④ Niedrige Kosten: Sie müssen nicht für nicht genutzte Funktionen bezahlen!
⑤ Schnelle Auflistung: Sie müssen keine zusätzlichen Codes, Dokumente und keine Wartungsarbeiten schreiben!
Flexible Lichtsteuerung: Integrierte mehrere hochauflösende PWM-Ausgänge.
⑥ Vorbestimmbare Antwortzeit: Verkürzen oder bestimmen Sie die Antwortzeit zwischen externen Ereignissen und Interrupts.
⑦ Besserer Lichteffekt: Angepasste Stromabgabe für gleichmäßige Displayhelligkeit.
⑧ Einfache Verkabelung: Es sind nur 2 IIC-Busse oder 3 SPI-Busse erforderlich
7. SDIO
SDIO ist eine SD-Erweiterungsschnittstelle. Sie kann nicht nur eine Verbindung zu einer SD-Karte herstellen, sondern auch Geräte, die die SDIO-Schnittstelle unterstützen. Der Sockel dient nicht nur zum Einsetzen einer Speicherkarte. PDAs und Laptops, die die SDIO-Schnittstelle unterstützen, können an GPS-Empfänger, WLAN- oder Bluetooth-Adapter, Modems, LAN-Adapter, Barcodeleser, FM-Radios, TV-Empfänger, Radiofrequenz-Authentifizierungsleser oder Digitalkameras und andere Geräte mit SD angeschlossen werden Standardschnittstellen.
Das SDIO-Protokoll wurde aus dem Protokoll der SD-Karte entwickelt und aktualisiert. An vielen Stellen wird das Lese- und Schreibprotokoll der SD-Karte beibehalten. Gleichzeitig fügt das SDIO-Protokoll die Befehle CMD52 und CMD53 zum SD-Kartenprotokoll hinzu. Aus diesem Grund besteht ein wichtiger Unterschied zwischen den SDIO- und SD-Kartenspezifikationen in der Hinzufügung von Niedriggeschwindigkeitsstandards. Die Zielanwendung von Karten mit niedriger Geschwindigkeit beginnt mit der kleinsten Hardware zur Unterstützung von E / A-Funktionen mit niedriger Geschwindigkeit. Low-Speed-Karten unterstützen Anwendungen wie Modems, Barcode-Scanner und GPS-Empfänger. Hochgeschwindigkeitskarten unterstützen Netzwerkkarten, TV-Karten und "Combo" -Karten usw. Kombinationskarten beziehen sich auf Speicher + SDIO.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen SDIO- und SD-Karten-SPEC ist die Hinzufügung von Niedriggeschwindigkeitsstandards. Die SDIO-Karte benötigt nur den SPI- und 1-Bit-SD-Übertragungsmodus. Die Zielanwendung von Karten mit niedriger Geschwindigkeit besteht darin, E / A-Funktionen mit niedriger Geschwindigkeit bei minimalem Hardwareaufwand zu unterstützen. Low-Speed-Karten unterstützen Anwendungen wie MODEMs, Barscanner und GPS-Empfänger. Bei Kombinationskarten sind volle Geschwindigkeit und 4BIT-Betrieb obligatorische Anforderungen für den internen Speicher und den SDIO-Teil der Karte. Bei nicht kombinierten SDIO-Geräten darf die maximale Geschwindigkeit nur 25 m erreichen, und die maximale Geschwindigkeit der kombinierten Karte entspricht der maximalen Geschwindigkeit der SD-Karte, die höher als 25 m ist.
8. KANN
CAN, der vollständige Name lautet "Controller Area Network", dh das Controller Area Network, eines der am häufigsten verwendeten Feldbusse der Welt. Ursprünglich war CAN als Mikrocontrollerkommunikation in der Automobilumgebung konzipiert, die Informationen zwischen den verschiedenen Steuergeräten für elektronische Steuergeräte im Fahrzeug austauscht und ein elektronisches Steuerungsnetzwerk für Kraftfahrzeuge bildet. Beispielsweise sind CAN-Steuergeräte in Motormanagementsysteme, Getriebesteuerungen, Instrumentierungsgeräte und elektronische Backbone-Systeme eingebettet.
In einem einzigen Netzwerk aus CAN-Bus können theoretisch unzählige Knoten verbunden werden. In praktischen Anwendungen ist die Anzahl der Knoten durch die elektrischen Eigenschaften der Netzwerkhardware begrenzt. Wenn Sie beispielsweise Philips P82C250 als CAN-Transceiver verwenden, dürfen 110 Knoten im selben Netzwerk verbunden werden. CAN kann eine Datenübertragungsrate von bis zu 1 Mbit / s bereitstellen, was die Echtzeitsteuerung sehr einfach macht. Darüber hinaus verbessert die Fehlerüberprüfungsfunktion der Hardware die Fähigkeit von CAN, elektromagnetischen Störungen zu widerstehen.
Merkmale des CAN-Busses:
1) Es kann in einem Multi-Master-Modus arbeiten. Jeder Knoten im Netzwerk kann jederzeit aktiv Informationen an andere Knoten im Netzwerk senden, unabhängig von Master und Slave, und der Kommunikationsmodus ist flexibel.
2) Die Knoten im Netzwerk können in verschiedene Prioritäten unterteilt werden, um unterschiedliche Echtzeitanforderungen zu erfüllen.
3) Ein zerstörungsfreier Bitarbitrierungsbusstrukturmechanismus wird übernommen. Wenn zwei Knoten gleichzeitig Informationen an das Netzwerk senden, stoppt der Knoten mit niedrigerer Priorität aktiv die Datenübertragung, während der Knoten mit höherer Priorität weiterhin Daten übertragen kann, ohne betroffen zu sein.
4) Daten können in verschiedenen Übertragungsmodi empfangen werden: Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Mehrpunkt- und globaler Broadcast.
5) Die maximale direkte Kommunikationsentfernung kann 10 km erreichen (Geschwindigkeit unter 4 Kbit / s).
6) Die Kommunikationsrate kann bis zu 1 MB / s erreichen (die längste Entfernung beträgt derzeit 40 m).
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