Úvod

sériová komunikace je nejpoužívanějším přístupem k přenosu informací mezi zařízením pro zpracování dat a periferiemi. Komunikace obecně znamená výměnu informací mezi jednotlivci prostřednictvím písemných dokumentů, slovních slov, audio a video lekcí.

každé zařízení může být váš osobní počítač nebo mobilní běží na sériovém protokolu. Protokol je bezpečný a spolehlivý způsob komunikace s pravidly řešit hostiteli zdroje (odesílatele) a cílového hostitele (přijímač). Chcete-li mít lepší přehled, vysvětlil jsem koncept sériové komunikace.

ve vestavěném systému je sériová komunikace způsob výměny dat pomocí různých metod ve formě sériového digitálního binárního. Některé z dobře známých rozhraní používaných pro výměnu dat jsou RS-232, RS-485, I2C, SPI atd.

co je sériová komunikace?

v sériové komunikaci jsou data ve formě binárních impulzů. Jinými slovy, můžeme říci, že binární jeden představuje logiku vysokou nebo 5 voltů a nula představuje logiku nízkou nebo 0 voltů. Sériová komunikace může mít mnoho podob v závislosti na typu režimu přenosu a přenosu dat. Režimy přenosu jsou klasifikovány jako Simplex, Half Duplex a Full Duplex. Pro každý režim přenosu bude existovat zdroj (známý také jako odesílatel) a cíl (nazývaný také přijímač).

Simplex metoda je jednosměrný komunikační technika. Pouze jeden klient (odesílatel nebo příjemce je aktivní najednou). Pokud odesílatel vysílá, příjemce může přijmout pouze. Rádio a televizní přenos jsou příklady simplex režimu.

V režimu Half Duplex jsou odesílatel i příjemce aktivní, ale ne najednou, tj. pokud odesílatel vysílá, příjemce může přijímat, ale nemůže odesílat a naopak. Dobrým příkladem je internet. Pokud klient (notebook) odešle požadavek na webovou stránku, webový server zpracuje aplikaci a odešle zpět informace.

plně duplexní režim je ve světě široce používán. Zde mohou odesílatel i přijímač vysílat a přijímat současně. Příkladem je váš smartphone.

kromě přenosových režimů musíme zvážit endiannost a návrh protokolu hostitelského počítače (odesílatele nebo příjemce). Endianness je způsob ukládání dat na konkrétní adresu paměti. V závislosti na datovém zarovnání je endian klasifikován jako

• malý Endian a
• velký Endian.

Vezměte si tento příklad, abyste pochopili koncept endiannosti. Předpokládejme, že máme 32bitová hexadecimální data ABCD87E2. Jak jsou tato data uložena v paměti? Abych měl jasnou představu, vysvětlil jsem rozdíl mezi malým Endianem a velkým Endianem.

přenos Dat se může stát dvěma způsoby. Jedná se o sériovou komunikaci a paralelní komunikaci. Sériová komunikace je technika používaná k odesílání dat bit po bitu pomocí dvouvodičového tj. vysílače (odesílatele) a přijímače.

například chci poslat 8-bit binární data 11001110 z vysílače do přijímače. Ale, který kousek vyjde jako první? Nejvýznamnější Bit-MSB (7. bit) nebo nejméně významný Bit-LSB (0. Bit). To nemůžeme říct. Zde uvažuji o tom, že LSB se pohybuje jako první (pro malého Endiana).

Z výše uvedeného obrázku, pro každou clock pulse; vysílač odešle jeden bit dat do přijímače.

paralelní komunikace pohybuje 8,16, nebo 32 bitů dat najednou. Tiskárny a stroje Xerox používají paralelní komunikaci pro rychlejší přenos dat.

Rozdíl mezi Sériovou a Paralelní komunikaci

Sériové komunikace vysílá jen jeden bit najednou. takže tyto vyžadují méně I / O (input-output) linek. Proto zabírá méně místa a je odolnější vůči vzájemnému rozhovoru. Hlavní výhodou sériové komunikace je, že náklady celého vestavěného systému se stává levné a přenáší informace na dlouhé vzdálenosti. Sériový přenos se používá v zařízeních dce (Data communication Equipment), jako je modem.

při paralelní komunikaci je současně odeslán kus dat (8,16 nebo 32 bitů). Takže každý bit dat vyžaduje samostatnou fyzickou I / O linku. Výhodou paralelní komunikace je, že je rychlá, ale její nevýhodou je větší počet i / O (vstup-výstup) linek. Paralelní přenos se používá v PC (osobní počítač) pro propojení CPU (centrální procesorová jednotka), RAM (paměť s náhodným přístupem), modemů, audio, video a síťového hardwaru.

Poznámka: Pokud Integrovaný Obvod nebo procesor podporuje menší množství vstupně/Výstupní piny je lepší se rozhodnout sériové komunikace.

Pro snadné pochopení, tady je srovnání sériové a paralelní komunikace.

Sériová Komunikace	Paralelní Komunikace
Posílá data bit po bitu na jedna clock pulse	Převody kus dat v čase
Vyžaduje jeden vodič pro přenos dat	Vyžaduje ‚n‘ počet řádků pro přenos ‚n‘ bitů
Komunikace, rychlost je pomalý	Komunikace, rychlost je velmi jednoduché
Instalace je nízká cena	Instalace cena je vysoká
výhodné pro dálkové komunikace	Používá se pro komunikaci na krátké vzdálenosti
Příklad: Počítače na počítač	Počítač multifunkční tiskárny

Synchronizace Hodin

Pro efektivní pracovní sériových zařízení, hodiny je primárním zdrojem. Porucha hodin může vést k neočekávaným výsledkům. Hodinový signál je pro každé sériové zařízení odlišný a je kategorizován jako synchronní protokol a asynchronní protokol.

synchronní sériové rozhraní

všechna zařízení na synchronním sériovém rozhraní používají jednu sběrnici CPU ke sdílení hodin i dat. Díky této skutečnosti je přenos dat rychlejší. Výhodou je, že nedojde k neshodě v přenosové rychlosti. Kromě toho je pro komponenty rozhraní vyžadováno méně linek I/O (vstup-výstup). Příklady jsou I2C, SPI atd.

Asynchronní sériové rozhraní,

asynchronní rozhraní nemá externí hodinový signál, a opírá se o čtyři parametry a to

1. Přenosová rychlost ovládání
2. Data flow control
3. Přenos a příjem kontrola
4. kontrola Chyb.

asynchronní protokoly jsou vhodné pro stabilní komunikaci. Používají se pro dálkové aplikace. Příklady asynchronních protokolů jsou RS-232, RS-422 a RS-485.

jak funguje sériová komunikace?

pokročilé CPU, jako je mikrokontrolér a mikroprocesor, využívají sériovou komunikaci pro komunikaci s vnějším světem i na periferiích čipů. Abychom se seznámili, Vezměme si jednoduchý příklad. Předpokládejme například, že chcete odeslat soubor přítomný v notebooku do smartphonu. Jak byste poslal? Pravděpodobně pomocí protokolu Bluetooth nebo WiFi, že jo.

zde jsou kroky k navázání sériové komunikace

1. přidejte připojení.

v prvním kroku váš notebook vyhledá zařízení v blízkosti 100m a zobrazí seznam nalezených zařízení. Tento proces se často nazývá roaming.

1. vyberte zařízení, které chcete komunikovat.

Chcete-li se připojit k mobilu, musí být provedeno párování. Výchozí konfigurace je již v softwaru. Není tedy třeba ručně konfigurovat přenosovou rychlost. Kromě toho existují čtyři neznámá pravidla. Jsou to přenosová rychlost, výběr datových bitů (rámování), start-stop bit a parita.

# 1, Co je Přenosová rychlost?

Přenosová rychlost je rychlost přenosu dat z vysílače do přijímače ve formě bitů za sekundu. Některé ze standardních přenosových rychlostí jsou 1200, 2400, 4800, 9600, 57600.

musíte nastavit stejnou přenosovou rychlost na obou stranách (mobilní i notebook).

Poznámka: čím vyšší je přenosová rychlost, více dat lze přenášet za kratší dobu.

nicméně doporučuji použít až 115200 jako bezpečný limit z důvodu nesouladu vzorkovací frekvence na konci přijímače.

# 2 rámování

rámování ukazuje, kolik datových bitů chcete odeslat z hostitelského zařízení (notebooku) do mobilu (přijímače). Je to 5, 6, 7 nebo 8 bitů? Většinou je preferováno mnoho zařízení, 8 bitů. Po vybrání 8bitového datového bloku musí být endiannost odsouhlasena odesílatelem a příjemcem.

# 3 Synchronizace

Vysílač připojí synchronizace bitů (1 Start bit a 1 nebo 2 Stop bit) původní datový rámec. Synchronizační bity pomáhají přijímači identifikovat začátek a konec přenosu dat. Tento proces je známý jako asynchronní přenos dat.

# 4 Kontrola chyb

může dojít k poškození dat v důsledku vnějšího šumu na konci přijímače. Jediným řešením, jak získat stabilní výstup, je zkontrolovat paritu.

Pokud binární data obsahují sudé číslo 1, je známo jako sudá parita a paritní bit je nastaven na „1“. Pokud binární data obsahují liché číslo 1, nazývá se lichá parita a nyní je paritní bit nastaven na „0“.

Asynchronní Sériové Protokoly

nejčastější otázka, která přijde na mysl, když začnete pracovat na embedded systému je důvod, proč používat Asynchronní protokoly?

• pro pohyb informací na delší vzdálenost a
• pro spolehlivější přenos dat.

Některé asynchronní komunikační protokoly jsou:

RS-232 protokol

• RS232 je první sériový protokol používaný pro připojení modemů pro telefonní služby. RS je zkratka pro doporučený Standard a nyní se změnila na EIA (Electronic Industries Alliance) / TIA (Telecommunication Industry Association).
• používá se také v modemových, myšových a CNC strojích (výpočetní numerické výpočty). K jednomu přijímači můžete připojit pouze jeden vysílač.
• podporuje plně duplexní komunikaci a umožňuje přenosovou rychlost až 1Mbps.
• délka kabelu je omezena na 50 stop.

jak víte, data uložená v paměti jsou ve formě bajtů. Možná máte pochybnosti o tom, jak jsou bajtová data převedena na binární bity? Odpověď je sériový port.

sériový port má interní čip nazvaný UART. UART je zkratka pro Univerzální Asynchronní Přijímač / Vysílač, který převádí paralelní data (byte) do bitové sériové podobě.

RS-232 Připojení Kabeláže

RS232 sériový port má devět pinů, samec nebo samice typ modelů. RS 232C sériové komunikační rozhraní je novější verze RS232.

všechny funkce přítomné v RS232 je přítomen v modelu RS232C kromě toho, že má 25 pinů. Z 25 nebo 9 kolíků používáme pouze tři kolíky pro připojení koncových zařízení.

RS422 Rozhraní

můžete přenášet data pouze do 1Mpbs limit pomocí RS232. K překonání tohoto problému přichází do obrazu RS422. RS422 je multi-drop sériové rozhraní. pomocí jediné sběrnice můžeme připojit deset vysílačů k 10 přijímačům najednou. Odesílá data pomocí dvou kroucených párových kabelů (diferenciální konfigurace). Délka kabelu je 4000 stop s přenosovou rychlostí 10Mbps.

RS485 Rozhraní

RS485 je průmysl preferovaný protokol. Na rozdíl od RS422 můžete připojit 32 linkových ovladačů a 32 přijímačů v diferenciální konfiguraci. Vysílač se také nazývá Line driver. Současně je však aktivní pouze jeden vysílač.

Poznámka: Pro oba RS232 a RS485, budete muset ukončit připojení ručně.

1vodičový protokol

jeden vodič je podobný protokolu I2c. Rozdíl je však v tom, že jeden drátový protokol používá jednu datovou linku a zem. Nevyžaduje žádný hodinový signál a otroci jsou taktováni pomocí interního krystalového oscilátoru. Poskytuje poloviční duplexní komunikaci.

jeden vodič používá 64bitové schéma adresování. Výhodou jednoho drátového rozhraní je, že podporuje komunikaci na dlouhé vzdálenosti s nízkými náklady. Ale nevýhodou je, že jeho rychlost je menší.

asynchronní kabelové protokoly jsou vhodné pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Existuje však jedna nevýhoda, která dává prostor synchronním sériovým rozhraním.

nevýhodou je, že pokud je potřeba připojit více vysílačů a přijímačů, náklady na instalaci jsou vysoké.

synchronní sériové protokoly

synchronní komunikační protokoly jsou nejlepší zdroje pro palubní periferie. Výhodou je, že můžete propojit více zařízení na stejné sběrnici. Některé synchronní protokoly jsou I2C, SPI, CAN A LIN.

I2C Protokolu

I2c (Inter-integrated circuit) je dvou-drát obousměrný protokol používaný pro výměnu dat mezi různými zařízeními na stejné sběrnici. I2c používá 7bitovou nebo 10bitovou adresu umožňující připojení až 1024 zařízení. Ale to vyžaduje hodinový signál pro generování start a stop podmínky. Výhodou je, že poskytuje přenos dat rychlostí 400 kbps. Je vhodný pro palubní komunikaci.

protokol SPI

protokol SPI (Serial peripheral interface) odesílá a přijímá data v nepřetržitém proudu bez přerušení. Tento protokol je doporučen pro vysokorychlostní datovou komunikaci. Maximální rychlost, kterou může poskytnout, je 10 Mbps.

Na rozdíl od i2c má SPI 4 vodiče. Jsou to MOSI (Master out slave in), MISO (Master in slave out), Hodiny a Slave select signál. Teoreticky můžeme připojit neomezený počet otroků a prakticky to závisí na kapacitě zátěže sběrnice.

CAN protokol

Tento protokol je určen pro systémy vozidel nebo automobily. Jedná se o protokol zaměřený na zprávy používaný pro multiplexní elektrické vedení k úspoře mědi. Jedná se o multi-master multi sériovou sběrnici používanou v aplikacích, jako je automatický start / zastavení vozidel, systémy vyhýbání se kolizím atd.

USB

USB rozhraní je nejlepší alternativou k sériovým nebo paralelním portům. Přenos dat spojený s porty USB je poměrně rychlejší než sériové a paralelní rozhraní. USB podporuje rychlosti od 1,5 Mbps (USB 1.0) do 4,8 Gbps (USB 3.0). Dnes většina vestavěných zařízení používá techniku USB OTG (on the Go programming) pro uložení souboru hex do mikrokontroléru.

Microwire

Microwire je třívodičový sériový komunikační protokol. Má sériový I / O port na mikrokontroléru pro rozhraní s periferními čipy. Podporuje rychlost až 3Mbps. Je rychlejší než i2c a podmnožina SPI protokolu.

závěr

sériová komunikace je zásadní součástí v oblasti elektroniky a vestavěných systémů. Rychlost přenosu dat je kritická, pokud si dvě zařízení chtějí vyměňovat informace na stejné sběrnici. Proto je nutné zvolit platný sériový protokol pro jakoukoli aplikaci.

Přečtěte si také: Co je vestavěný systém a jak funguje?