¿Qué es la comunicación en serie y cómo funciona?
Introducción
La comunicación en serie es el enfoque más utilizado para transferir información entre equipos de procesamiento de datos y periféricos. En general, la comunicación significa el intercambio de información entre individuos a través de documentos escritos, palabras verbales, lecciones de audio y video.
Cada dispositivo, ya sea su computadora personal o móvil, se ejecuta en protocolo serie. El protocolo es la forma de comunicación segura y confiable que tiene un conjunto de reglas dirigidas por el host de origen (remitente) y el host de destino (receptor). Para tener una mejor comprensión, he explicado el concepto de comunicación en serie.
En el sistema embebido, la comunicación en serie es la forma de intercambiar datos utilizando diferentes métodos en forma de binario digital en serie. Algunas de las interfaces conocidas utilizadas para el intercambio de datos son RS-232, RS-485, I2C, SPI, etc.
¿Qué es la comunicación en serie?
En la comunicación en serie, los datos están en forma de pulsos binarios. En otras palabras, podemos decir que Uno binario representa un ALTO lógico o 5 Voltios, y cero representa un BAJO lógico o 0 Voltios. La comunicación en serie puede adoptar muchas formas dependiendo del tipo de modo de transmisión y transferencia de datos. Los modos de transmisión se clasifican como Simplex, Half Duplex y Full Duplex. Habrá una fuente (también conocida como remitente) y un destino (también llamado receptor) para cada modo de transmisión.
Modos de Transmisión – Comunicación Serial
El método Simplex es una manera técnica de comunicación. Solo un cliente (el emisor o el receptor está activo a la vez). Si un emisor transmite, el receptor solo puede aceptar. La transmisión de radio y televisión son los ejemplos del modo simplex.
En modo Semidúplex, tanto el emisor como el receptor están activos pero no a la vez, es decir, si un emisor transmite, el receptor puede aceptar pero no enviar y viceversa. Un buen ejemplo es internet. Si un cliente (portátil) envía una solicitud para una página web, el servidor web procesa la aplicación y devuelve la información.
El modo dúplex completo es una comunicación ampliamente utilizada en el mundo. Aquí tanto el emisor como el receptor pueden transmitir y recibir al mismo tiempo. Un ejemplo es su teléfono inteligente.
Más allá de los modos de transmisión, tenemos que considerar la endianidad y el diseño del protocolo del ordenador host (emisor o receptor). «Endian» es la forma de almacenar los datos en una determinada dirección de memoria. Dependiendo de la alineación de datos, endian se clasifica como
- Little Endian y
- Big Endian.
Tomar este ejemplo para entender el concepto de «endian». Supongamos que tenemos un dato hexadecimal de 32 bits ABCD87E2. ¿Cómo se almacenan estos datos en la memoria? Para tener una idea clara, he explicado la diferencia entre Little Endian y Big Endian.
Little Endian Vs Big Endian
transferencia de Datos puede ocurrir de dos maneras. Son comunicación en serie y comunicación paralela. La comunicación en serie es una técnica utilizada para enviar datos bit a bit utilizando un transmisor (emisor) y un receptor de dos cables.
Por ejemplo, quiero enviar un 11001110 de datos binarios de 8 bits del transmisor al receptor. Pero, ¿qué parte sale primero? Bit más Significativo MSB (7 bits) o Bit Menos Significativo – LSB (0 palas). No podemos decirlo. Aquí estoy considerando que LSB se mueve primero (para little Endian).
la Comunicación Serial
En el diagrama anterior, para cada pulso; el transmisor envía un solo bit de datos al receptor.
La comunicación paralela mueve 8,16, o 32 bits de datos a la vez. Las impresoras y las máquinas Xerox utilizan la comunicación paralela para una transferencia de datos más rápida.
Comunicación paralela RS232
Diferencia entre comunicación en serie y en paralelo
La comunicación en serie envía solo un bit a la vez. por lo tanto, requieren menos líneas de E/S (entrada-salida). Por lo tanto, ocupa menos espacio y es más resistente a la conversación cruzada. La principal ventaja de la comunicación en serie es que el costo de todo el sistema integrado se vuelve barato y transmite la información a larga distancia. La transferencia en serie se utiliza en dispositivos DCE (Equipos de comunicación de datos) como un módem.
En la comunicación paralela, se envía un trozo de datos (8,16 o 32 bits) a la vez. Por lo tanto, cada bit de datos requiere una línea de E/S física separada. La ventaja de la comunicación en paralelo es que es rápida, pero su inconveniente es que usa más líneas de E/S (entrada-salida). La transferencia paralela se utiliza en PC (computadora personal) para interconectar CPU (unidad de procesamiento central), RAM (memoria de acceso aleatorio), módems, audio, video y hardware de red.
Nota: Si su circuito Integrado o procesador admite menos cantidad de pines de entrada/salida, es mejor optar por la comunicación en serie
Para una fácil comprensión, aquí está la comparación de la comunicación en serie y en paralelo.
| Comunicación en serie | Comunicación paralela |
|---|---|
| Envía bit de datos por bit a un pulso de reloj | Transfiere un trozo de datos a la vez |
| Requiere un cable para transmitir los datos | Requiere ‘n’ número de líneas para transmitir ‘n’ bits |
| La velocidad de comunicación es lenta | La velocidad de comunicación es rápida |
| /tr> | |
| Preferido para la comunicación de larga distancia | Utilizado para la comunicación de corta distancia |
| Ejemplo: De computadora a computadora | de computadora a impresora multifunción |
Sincronización de reloj
Para el funcionamiento eficiente de dispositivos en serie, el el reloj es la fuente principal. El mal funcionamiento del reloj puede dar lugar a resultados inesperados. La señal de reloj es diferente para cada dispositivo serie, y se clasifica como protocolo síncrono y protocolo asíncrono.
Interfaz serial síncrona
Todos los dispositivos en la interfaz serial síncrona utilizan el bus de CPU único para compartir tanto el reloj como los datos. Debido a este hecho, la transferencia de datos es más rápida. La ventaja es que no habrá desajustes en la velocidad de transmisión. Además, se requieren menos líneas de E/S (entrada-salida) para los componentes de interfaz. Los ejemplos son I2C, SPI, etc.
Interfaz serie asíncrona
La interfaz asíncrona no tiene una señal de reloj externa y se basa en cuatro parámetros, a saber, Control de velocidad de baudios
Los protocolos asíncronos son adecuados para una comunicación estable. Estos se utilizan para aplicaciones de larga distancia. Ejemplos de protocolos asíncronos son RS-232, RS-422 y RS-485.
¿Cómo funciona la comunicación en serie?
La CPU avanzada, como el microcontrolador y el microprocesador, hace uso de la comunicación en serie para comunicarse con el mundo externo, así como en los periféricos del chip. Para familiarizarnos, tomemos un ejemplo sencillo. Por supuesto, desea enviar un archivo presente en su computadora portátil al teléfono inteligente. Cómo podrías enviar? Probablemente usando protocolo Bluetooth o WiFi, Cierto.
Por lo tanto, estos son los pasos para establecer la comunicación en serie
- Agregar la conexión.
En el primer paso, su computadora portátil buscará dispositivos cercanos a 100 m y enumerará los dispositivos encontrados. Este proceso a menudo se denomina roaming.
- Seleccione el dispositivo que desea comunicar.
Para conectarse a su móvil, el emparejamiento debe hacerse. La configuración predeterminada ya está presente en el software. Por lo tanto, no es necesario configurar la velocidad de transmisión manualmente. Más allá de esto, hay cuatro reglas desconocidas. Son velocidad de transmisión, selección de bits de datos (framing), bit de inicio-parada y paridad.
Reglas de Comunicación en serie
# 1 ¿Qué es la velocidad en baudios?
La velocidad en baudios es la velocidad de transferencia de datos del transmisor a un receptor en forma de bits por segundo. Algunas de las velocidades de transmisión estándar son 1200, 2400, 4800, 9600, 57600.
Debe establecer la misma velocidad de transmisión en ambos lados (Móvil y portátil).
Nota: Cuanto mayor sea la velocidad en baudios, más datos se pueden transferir en menos tiempo.
Sin embargo, recomiendo usar hasta 115200 como límite seguro debido al desajuste de la frecuencia de muestreo en el extremo del receptor.
# 2 Framing
El framing muestra cuántos bits de datos desea enviar del dispositivo host (portátil) al móvil (receptor). ¿Son 5, 6, 7 u 8 bits? En su mayoría muchos dispositivos, se prefieren 8 bits. Después de seleccionar el fragmento de datos de 8 bits, la endianidad debe ser acordada por el remitente y el receptor.
Sincronización# 3
El transmisor agrega bits de sincronización (1 bit de inicio y 1 o 2 bits de parada) al marco de datos original. Los bits de sincronización ayudan al receptor a identificar el inicio y el final de la transferencia de datos. Este proceso se conoce como transferencia de datos asíncrona.
# 4 Control de errores
La corrupción de datos puede ocurrir debido al ruido externo en el extremo del receptor. La única solución para obtener la salida estable es comprobar la paridad.
Si los datos binarios contienen un número par de 1, se conoce como paridad par y el bit de paridad se establece en ‘1’. Si los datos binarios incluyen un número impar de 1, se llama paridad impar, y ahora el bit de paridad se establece en ‘0’.
Protocolos Seriales asíncronos
La pregunta más común que se le ocurrirá cuando comience a trabajar en el sistema integrado es por qué usar protocolos asíncronos.
- Para moverse por la información a una distancia mayor y
- Para una transferencia de datos más fiable.
Algunos de los protocolos de comunicación asíncrona son:
Protocolo RS-232
- RS232 es el primer protocolo serie utilizado para conectar módems para telefonía. RS significa Estándar Recomendado, y ahora ha cambiado a EIA (Alianza de Industrias Electrónicas) / TIA (Asociación de la Industria de Telecomunicaciones).
- También se utiliza en máquinas de módem, ratón y CNC (computed numerical computing). Puede conectar un solo transmisor a un solo receptor.
- Es compatible con la comunicación dúplex completa y permite una velocidad de transmisión de hasta 1 Mbps.
- La longitud del cable está limitada a 50 pies.
Como sabe, los datos almacenados en la memoria están en forma de bytes. Es posible que tenga dudas Sobre Cómo se convierten los datos en bytes a bits binarios? La respuesta es un puerto Serie.
El puerto serie tiene un chip interno llamado UART. UART es un acrónimo de Transmisor Receptor Asíncrono Universal que convierte los datos paralelos (byte) en la forma serie de bits.
Puerto serie RS232
Conexión de cableado RS-232
El puerto serie RS232 tiene nueve pines, modelos de tipo masculino o femenino. La interfaz de comunicación serie RS 232C es la versión posterior de RS232.
Todas las características presentes en RS232 están presentes en el modelo RS232C, excepto que tiene 25 pines. De 25 o 9 pines, solo usamos tres pines para la conexión de dispositivos terminales.
Conexión de cableado RS232
Interfaz RS422
Podemos transferir datos solo hasta un límite de 1Mpbs utilizando RS232. Para superar este problema, entra en escena RS422. RS422 es una interfaz serie de múltiples gotas. podemos conectar diez transmisores a 10 receptores a la vez usando un solo bus. Envía datos mediante dos cables de par trenzado (configuración diferencial). La longitud del cable es de 4000 pies con una velocidad de transmisión de 10 Mbps.
Conexión de cableado RS 422
Interfaz RS485
RS485 es el protocolo preferido de la industria. A diferencia del RS422, puede conectar 32 controladores de línea y 32 receptores en una configuración diferencial. El transmisor también se llama controlador de línea. Sin embargo, solo un transmisor está activo a la vez.
Conexión de cableado RS485
Nota: Para RS232 y RS485, debe finalizar la conexión manualmente.
Protocolo de 1 cable
Un cable es similar al protocolo I2c. Pero, la diferencia es que un protocolo de cable utiliza una sola línea de datos y tierra. No requiere señal de reloj y los esclavos se sincronizan utilizando un oscilador de cristal interno. Proporciona comunicación semidúplex.
Un cable utiliza un esquema de direccionamiento de 64 bits. La ventaja de la interfaz de un cable es que admite comunicaciones de larga distancia con bajo costo. Pero, la desventaja es que su velocidad es menor.
Los protocolos con cable asíncronos son adecuados para la comunicación a larga distancia. Sin embargo, hay un inconveniente que da alcance a las interfaces serie síncronas.
El inconveniente es que, si es necesario conectar más transmisores y receptores, el costo de instalación es alto.
Protocolos Serie síncronos
Los protocolos de comunicación síncronos son los mejores recursos para los periféricos integrados. La ventaja es que puede conectar más dispositivos en el mismo bus. Algunos de los protocolos síncronos son I2C, SPI, CAN y LIN.
Protocolo I2C
I2c (Circuito interintegrado) es un protocolo bidireccional de dos hilos utilizado para un intercambio de datos entre diferentes dispositivos en el mismo bus. I2c utiliza direcciones de 7 o 10 bits que permiten conectar hasta 1024 dispositivos. Sin embargo, requiere señal de reloj para generar condiciones de inicio y parada. La ventaja es que proporciona transferencia de datos a 400 kbps. Es adecuado para la comunicación a bordo.
Protocolo SPI
Protocolo SPI (interfaz periférica en serie) envía y recibe datos en un flujo continuo sin interrupción. Este protocolo se recomienda para la comunicación de datos de alta velocidad es necesario. La velocidad máxima que puede proporcionar es de 10 Mbps.
A diferencia de i2c, SPI tiene 4 cables. Son MOSI (Master out slave in), MISO (Master in slave out), Reloj y señal de selección de esclavo. Teóricamente, podemos conectar un número ilimitado de esclavos y prácticamente depende de la capacitancia de carga del bus.
Protocolo CAN
Este protocolo está dedicado a sistemas de vehículos o automóviles. Es un protocolo orientado a mensajes utilizado para el cableado eléctrico multiplex para economizar el cobre. Es un bus serie multi maestro utilizado en aplicaciones como arranque/parada automáticos de vehículos, sistemas de prevención de colisiones, etc.
USB
la interfaz USB es la mejor alternativa a los puertos serie o paralelos. La transferencia de datos asociada a los puertos USB es bastante más rápida que la interfaz serie y paralela. USB admite velocidades de 1,5 Mbps (USB 1.0) a 4,8 Gbps (USB 3.0). Hoy en día, la mayoría de los dispositivos integrados utilizan la técnica USB OTG (On the Go programming) para descargar el archivo hexadecimal al microcontrolador.
Microwire
Microwire es una de tres hilos protocolo de comunicación serie. Tiene un puerto de E/S en serie en el microcontrolador para interactuar con chips periféricos. Admite velocidades de hasta 3 Mbps. Es más rápido que i2c y subconjunto del protocolo SPI.
Conclusión
La comunicación en serie es la parte vital en el área de la Electrónica y los Sistemas Integrados. La velocidad de transferencia de datos es crítica si dos dispositivos desean intercambiar información en el mismo bus. Por lo tanto, es necesario elegir un protocolo serie válido para cualquier aplicación.
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