Протоколи серијске комуникације

Пре него што започнемо са серијским комуникацијским протоколима, раздвојимо терминологију у три дела. Комуникација је веома добро позната терминологија која подразумева размену информација између два или више медија. У уграђеним системима, комуникација значи размену података између два микроконтролера у облику битова. Ова размена битова података у микроконтролеру врши се неким скупом дефинисаних правила познатих као комуникацијски протоколи. Ако се подаци шаљу у серији, тј. Један за другим, онда је протокол комуникације познат као протокол серијске комуникације. Прецизније, битови података се преносе један по један на секвенцијални начин преко магистрале података или комуникационог канала у серијској комуникацији.

Врсте комуникационих протокола

У дигиталној електроници су доступни различити типови преноса података као што су серијска и паралелна комуникација. Слично томе, протоколи су подељени у два типа, као што су протокол серијске комуникације и протокол паралелне комуникације. Примери протокола паралелне комуникације су ИСА, АТА, СЦСИ, ПЦИ и ИЕЕЕ-488. Слично томе, постоји неколико примера серијских комуникационих протокола као што су ЦАН, ЕТХЕРНЕТ, И2Ц, СПИ, РС232, УСБ, 1-Вире и САТА итд.

У овом чланку ће бити речи о различитим врстама протокола серијске комуникације. Серијска комуникација је најчешће кориштен приступ преношењу информација између периферних уређаја за обраду података. Сваки електронички уређај, било да је реч о личном рачунару (рачунару) или мобилном, користи серијску комуникацију. Протокол је сигуран и поуздан облик комуникације који има скуп правила којима се обраћају изворни домаћин (пошиљалац) и одредишни домаћин (прималац) слично паралелној комуникацији.

Начини преноса у серијској комуникацији

Као што је већ горе речено да се подаци у серијској комуникацији шаљу у облику битова, односно бинарних импулса, а добро је познато да бинарни представља логику ВИСОКО, а нула представља логику НИЗКО. Постоји неколико врста серијске комуникације у зависности од врсте начина преноса и преноса података. Начини преноса су класификовани као Симплек, Халф Дуплек и Фулл Дуплек.

Симплек метода:

Једноставном методом истовремено може бити активан било који од медија, односно пошиљалац или прималац. Дакле, ако пошиљалац преноси податке, прималац може само прихватити и обрнуто. Дакле, симплекс метода је једносмерна техника комуникације. Познати примери симплекс методе су Телевизија и Радио.

Полудуплекс метода:

У полудуплексној методи и пошиљалац и прималац могу бити активни, али не истовремено. Дакле, ако пошиљалац емитује, прималац може прихватити, али не може послати и слично обрнуто. Познати примери полудуплекса је интернет где корисник шаље захтев за подацима, а добија их са сервера.

Фулл Дуплек метода:

У фулл дуплек методи, и пријемник и предајник могу истовремено да шаљу податке једни другима. Познати пример је мобилни телефон.

Поред овога, за одговарајући пренос података сат игра важну улогу и један је од примарних извора. Неисправност сата резултира неочекиваним преносом података, чак понекад и губитком података. Дакле, синхронизација сата постаје веома важна када се користи серијска комуникација.

Синхронизација сата

Сат се разликује за серијске уређаје и класификује се у две врсте. Синхрони серијски интерфејс и асинхрони серијски интерфејс.

Синхрони серијски интерфејс:

То је веза од главне тачке до главне тачке. У овој врсти интерфејса, сви уређаји користе једну ЦПУ магистралу за размену података и сата. Пренос података постаје бржи помоћу исте магистрале за дељење сата и података. Такође не постоји неусклађеност брзине преноса у овом интерфејсу. На страни предајника долази до померања података на серијску линију пружајући сат као засебан сигнал јер се подацима не додају битови за старт, заустављање и паритет. На страни пријемника, подаци се издвајају помоћу сата који пружа предајник и конвертују серијске податке назад у паралелни облик. Познати примери су И2Ц и СПИ.

Асинхрони серијски интерфејс:

У асинхроном серијском интерфејсу, сигнал спољног такта одсутан је. Асинхрони серијски интерфејси се углавном могу видети у апликацијама на велике удаљености и савршено се уклапају у стабилну комуникацију. У асинхроном серијском интерфејсу одсуство екстерног извора такта чини да се ослања на неколико параметара као што су контрола протока података, контрола грешака, контрола брзине преноса, контрола преноса и контрола пријема. На страни предајника долази до померања паралелних података на серијску линију помоћу сопственог сата. Такође додаје бит, старт, стоп и паритет за проверу паритета. На страни пријемника, пријемник издваја податке помоћу сопственог сата и претвара серијске податке назад у паралелни облик након уклањања стартних, стоп и паритетних битова. Познати примери су РС-232, РС-422 и РС-485.

Остали термини повезани са серијском комуникацијом

Осим синхронизације сата, постоје неке ствари које треба имати на уму приликом серијског преноса података, попут брзине преноса података, избора бита података (кадрирање), синхронизације и провере грешака. Размотримо укратко ове појмове.

Брзина преноса : Брзина преноса је брзина којом се подаци преносе између предајника и пријемника у облику битова у секунди (бпс). Најчешће коришћена брзина преноса је 9600. Али постоје и други одабири брзине преноса, као што су 1200, 2400, 4800, 57600, 115200. Што више брзина преноса буде масти, подаци ће се преносити истовремено. Такође, за пренос података брзина преноса мора бити једнака и за предајник и за пријемник.

Кадрирање: Кадрирање се односи на број битова података који се шаљу од предајника до пријемника. Број битова података се разликује у случају примене. Већина апликације користи 8 битова као стандардне битове података, али се такође може одабрати као 5, 6 или 7 битова.

Синхронизација: Битови синхронизације су важни за одабир дела података. Каже почетак и крај битова података. Предајник ће поставити битове за покретање и заустављање оквира података, а прималац ће га идентификовати у складу са тим и извршити даљу обраду.

Контрола грешака: Контрола грешака игра важну улогу током серијске комуникације, јер постоји много фактора који утичу и додају буку у серијској комуникацији. Да би се решили ове грешке, користе се битови паритета где ће паритет проверити парни и непарни паритет. Дакле, ако оквир података садржи паран број 1, он је познат као парни паритет, а бит парности у регистру је постављен на 1. Слично томе ако оквир података садржи непаран број 1, тада је познат као непаран паритет и брише непаран бит парности у регистру.

Протокол је попут уобичајеног језика који систем користи за разумевање података. Као што је горе описано, протокол серијске комуникације подељен је на типове тј. Синхрони и асинхрони. Сада ће се о обојици детаљно разговарати.

Синхрони серијски протоколи

Синхрони тип серијских протокола као што су СПИ, И2Ц, ЦАН и ЛИН се користе у различитим пројектима, јер је то један од најбољих средстава за онбоард периферије. Такође су ово широко коришћени протоколи у главним апликацијама.

СПИ протокол

Серијски периферни интерфејс (СПИ) је синхрони интерфејс који омогућава међусобно повезивање неколико СПИ микроконтролера. У СПИ су потребне посебне жице за податке и линију сата. Такође сат није укључен у ток података и мора бити представљен као засебан сигнал. СПИ може бити конфигурисан или као мастер или као славе. Четири основна СПИ сигнала (МИСО, МОСИ, СЦК и СС), Вцц и Гроунд део су комуникације података. Дакле, потребно је 6 жица за слање и примање података од славе или мастер-а. Теоретски, СПИ може имати неограничен број робова. Комуникација података је конфигурисана у СПИ регистрима. СПИ може пружити брзину до 10Мбпс и идеалан је за брзу комуникацију података.

Већина микроконтролера има уграђену подршку за СПИ и може се директно повезати са уређајем који подржава СПИ:

• СПИ комуникација са ПИЦ микроконтролером ПИЦ16Ф877А
• Како се користи СПИ комуникација у микроконтролеру СТМ32
• Како се користи СПИ у Ардуину: Комуникација између две Ардуино плоче

И2Ц серијска комуникација

Дволинијска комуникација између интегрисаних кола (И2Ц) између различитих ИЦ-а или модула, где су две линије СДА (серијска линија података) и СЦЛ (серијска линија сата). Обе линије морају бити повезане са позитивним напајањем помоћу вучног отпора. И2Ц може пружити брзину до 400Кбпс и користи 10-битни или 7-битни систем адресирања за циљање одређеног уређаја на и2ц магистрали, тако да може повезати до 1024 уређаја. Има ограничену дужину комуникације и идеалан је за комуникацију на броду. И2Ц мреже је лако подесити, јер користи само две жице, а нови уређаји се једноставно могу повезати на две уобичајене И2Ц магистралне линије. Слично као и СПИ, микроконтролер обично има И2Ц пинове за повезивање било ког И2Ц уређаја:

• Како се користи И2Ц комуникација у микроконтролеру СТМ32
• И2Ц комуникација са ПИЦ микроконтролером ПИЦ16Ф877
• Како се користи И2Ц у Ардуину: Комуникација између две Ардуино плоче

УСБ

УСБ (Универзална серијска магистрала) је широко протокол различитих верзија и брзина. На један УСБ контролер хоста може се повезати највише 127 периферних уређаја. УСБ делује као „плуг анд плаи“ уређај. УСБ се користи у готово уређајима као што су тастатуре, штампачи, медијски уређаји, камере, скенери и миш. Дизајниран је за једноставну инсталацију, брже оцењивање података, мање каблирања и вруће замене. Заменио је гломазније и спорије серијске и паралелне портове. УСБ користи диференцијалну сигнализацију како би смањио сметње и омогућио брзи пренос на велике удаљености.

Диференцијална магистрала је грађена са две жице, од којих једна представља пренете податке, а друга његов комплемент. Идеја је да 'просечни' напон на жицама не носи никакве информације, што резултира мањим сметњама. У УСБ уређајима је дозвољено да црпе одређену количину енергије без потребе за рачунаром. УСБ користи само две жице за пренос података и бржи су од серијског и паралелног интерфејса. УСБ верзије подржавају различите брзине као што су 1,5 Мбпс (УСБ в1.0), 480 Мбпс (УСБ2.0), 5Гбпс (УСБ в3.0). Дужина појединачног УСБ кабла може достићи до 5 метара без чворишта и 40 метара са чвориштем.

МОЋИ

Мрежа управљачког подручја (ЦАН) користи се, на пример, у аутомобилској индустрији како би се омогућила комуникација између ЕЦУ-а (управљачких јединица мотора) и сензора. ЦАН протокол је робустан, јефтин и заснован на порукама и покрива многе примене - нпр. Аутомобиле, камионе, тракторе, индустријске роботе. Систем сабирнице ЦАН омогућава централну дијагнозу и конфигурацију грешака у свим ЕЦУ-има. ЦАН поруке имају приоритет преко ИД-ова тако да се ИД-ови највишег приоритета не прекидају. Свака ЕЦУ садржи чип за примање свих пренесених порука, одлучује о релевантности и понаша се у складу с тим - ово омогућава једноставну модификацију и укључивање додатних чворова (нпр. ЦАН сакупљачи података сабирнице). Апликације укључују покретање / заустављање возила, системе за избегавање судара. ЦАН магистрални системи могу пружити брзину до 1Мбпс.

Мицровире

МИЦРОВИРЕ је 3Мбпс серијски 3-жични интерфејс који је у основи подскупина СПИ интерфејса. Мицровире је серијски И / О порт на микроконтролерима, тако да ће се Мицровире магистрала наћи и на ЕЕПРОМ-има и другим периферним чиповима. Три линије су СИ (серијски улаз), СО (серијски излаз) и СК (серијски сат). Линија серијског улаза (СИ) до микроконтролера, СО је линија серијског излаза, а СК линија серијског сата. Подаци се померају на доњој ивици СК, а вреднују на растућој ивици. СИ се помера на растућу ивицу СК. Додатно побољшање сабирнице за МИЦРОВИРЕ назива се МИЦРОВИРЕ / Плус. Чини се да је главна разлика између две магистрале у томе што је МИЦРОВИРЕ / Плус архитектура у микроконтролеру сложенија. Подржава брзине до 3Мбпс.

Асинхрони серијски протоколи

Асинхрони тип серијских протокола веома је важан када је у питању поуздан пренос података на веће удаљености. Асинхроној комуникацији није потребан часовник који је заједнички за оба уређаја. Сваки уређај независно преслушава и шаље дигиталне импулсе који представљају битове података по договореној брзини. Асинхрона серијска комуникација понекад се назива серијом транзистор-транзисторска логика (ТТЛ), где је високи напон логика 1, а ниски напон једнак логици 0. Готово сваки микроконтролер на тржишту данас има бар један универзални асинхрони пријемник - Предајник (УАРТ) за серијску комуникацију. Примери су РС232, РС422, РС485 итд.

РС232

РС232 (препоручени стандард 232) је врло уобичајени протокол који се користи за повезивање различитих периферних уређаја као што су монитори, ЦНЦ итд. РС232 долази у мушким и женским конекторима. РС232 је тачка-тачка-тачка са максимално једним повезаним уређајем и покрива удаљеност до 15 метара при 9600 бпс. Информације о РС-232 интерфејсу дигитално се преносе логичким 0 и 1. Логички "1" (МАРК) одговара напону у опсегу од -3 до -15 В. Логички "0" (ПРОСТОР) одговара напон у распону од +3 до +15 В. Долази у ДБ9 конектору који има 9 извода попут ТкД, РкД, РТС, ЦТС, ДТР, ДСР, ДЦД, ГНД.

РС422

РС422 је сличан РС232 који омогућава истовремено слање и примање порука на одвојеним линијама, али за то користи диференцијални сигнал. У мрежи РС-422 може бити само један уређај за преношење и до 10 уређаја за пријем. Брзина преноса података у РС-422 зависи од удаљености и може варирати од 10 кбпс (1200 метара) до 10 Мбпс (10 метара). Линија РС-422 је 4 жице за пренос података (2 уплетене жице за пренос и 2 уплетене жице за пријем) и једна уобичајена ГНД жица за уземљење. Напон на линијама за податке може бити у опсегу од -6 В до +6 В. Логична разлика између А и Б је већа од +0,2 В. Логичка 1 одговара разлици између А и Б мање од -0,2 В. РС-422 стандард не дефинише одређену врсту конектора, обично то може бити терминални блок или ДБ9 конектор.

РС485

Будући да РС485 користи точку више тачака, највише се користи у индустрији и представља протокол који преферира индустрија. РС422 може да повеже 32 линијска драјвера и 32 пријемника у различитим конфигурацијама, али уз помоћ додатних репетитора и појачавача сигнала до 256 уређаја. РС-485 не дефинише одређену врсту конектора, али је често терминални блок или ДБ9 конектор. Брзина рада такође зависи од дужине линије и може достићи 10 Мбит / с на 10 метара. Напон на линијама је у распону од -7 В до +12 В. Постоје две врсте РС-485, као што је полудуплексни режим РС-485 са 2 контакта и пуни дуплекс режим РС-485 са 4 контакта. Да бисте сазнали више о коришћењу РС485 са другим микроконтролерима, погледајте линкове:

• РС-485 МОДБУС серијска комуникација користећи Ардуино УНО као славе
• РС-485 серијска комуникација између Распберри Пи и Ардуино Уно
• РС485 серијска комуникација између Ардуино Уно и Ардуино Нано
• Серијска комуникација између СТМ32Ф103Ц8 и Ардуино УНО помоћу РС-485

Закључак

Серијска комуникација је један од широко коришћених система комуникационог интерфејса у електроници и уграђеним системима. Брзине преноса података могу се разликовати за различите апликације. Протоколи за серијску комуникацију могу играти пресудну улогу када се баве овом врстом апликација. Дакле, одабир правог серијског протокола постаје веома важан.