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SPI, I2C, UART, I2S, GPIO, SDIO, CAN, il suffit de lire cet article
Le bus reste toujours coincé dedans. Les signaux dans ce monde sont tous les mêmes, mais il y a des milliers de bus, ce qui est un casse-tête. D'une manière générale, il existe trois types de bus: bus interne, bus système et bus externe. Le bus interne est le bus entre les puces périphériques du micro-ordinateur et le processeur, qui est utilisé pour l'interconnexion au niveau de la puce; tandis que le bus système est le bus entre les cartes enfichables et la carte système dans le micro-ordinateur, et est utilisé pour l'échange mutuel au niveau de la carte enfichable. Le bus externe est le bus entre le micro-ordinateur et le périphérique externe. En tant que dispositif, le micro-ordinateur échange des informations et des données avec d'autres dispositifs via le bus. Il est utilisé pour l'interconnexion au niveau de l'appareil.
En plus du bus, il existe également des interfaces, qui sont un ensemble de bus multiples, ou elles ne sont pas rejetées.
1. IPS
SPI (Serial Peripheral Interface): méthode de bus série synchrone proposée par MOTOROLA. Port série synchrone haute vitesse. L'interface 3 à 4 fils, envoi et réception indépendants, peut être synchronisée.
Il est largement utilisé en raison de ses puissantes fonctions matérielles. Dans l'instrument intelligent et le système de mesure et de contrôle composé d'un micro-ordinateur à puce unique. Si la vitesse requise n'est pas élevée, le mode bus SPI est un bon choix. Il peut économiser les ports d'E / S, améliorer le nombre de périphériques et les performances du système. Le bus SPI standard se compose de quatre lignes: ligne d'horloge série (SCK), ligne d'entrée maître / sortie esclave (MISO). Sortie maître / ligne d'entrée esclave (MOSI) et signal de sélection de puce (CS). Certaines puces d'interface SPI ont des lignes de signal d'interruption ou n'ont pas de MOSI.
Le bus SPI se compose de trois lignes de signaux: horloge série (SCLK), sortie de données série (SDO) et entrée de données série (SDI). Le bus SPI peut réaliser l'interconnexion de plusieurs appareils SPI. Le dispositif SPI qui fournit l'horloge série SPI est un dispositif maître ou maître SPI (maître), et les autres dispositifs sont des esclaves SPI ou des dispositifs esclaves (esclave). Une communication en duplex intégral peut être réalisée entre les appareils maître et esclave. Lorsqu'il y a plusieurs appareils esclaves, une ligne de sélection d'appareils esclaves peut être ajoutée. Si vous utilisez un port IO universel pour simuler le bus SPI, vous devez disposer d'un port de sortie (SDO), d'un port d'entrée (SDI) et l'autre port dépend du type de périphérique implémenté. Si vous souhaitez implémenter un périphérique maître-esclave, vous avez besoin d'un port d'entrée et de sortie. , Si seul le périphérique maître est réalisé, le port de sortie suffit; si seul le périphérique esclave est réalisé, seul le port d'entrée est requis.
2. I2C
I2C (Inter-Integrated Circuit): Un bus série à deux fils développé par PHILIPS, utilisé pour connecter des microcontrôleurs et leurs périphériques.
Le bus I2C utilise deux fils (SDA et SCL) pour transférer des informations entre le bus et l'appareil, la communication série entre le microcontrôleur et les appareils externes, ou le transfert de données bidirectionnel entre l'appareil maître et l'appareil esclave. I2C est une sortie OD, la plupart des I2C sont à 2 fils (horloge et données), généralement utilisées pour transmettre des signaux de commande.
I2C est un bus multi-maître, de sorte que tout appareil peut fonctionner comme un maître et contrôler le bus. Chaque appareil sur le bus a une adresse unique et, selon ses propres capacités, il peut fonctionner comme émetteur ou récepteur. Plusieurs microcontrôleurs peuvent coexister sur le même bus I2C.
3.UART
UART: port série asynchrone universel, communication bidirectionnelle complète selon la vitesse de transmission standard, vitesse lente.
Le bus UART est un port série asynchrone, il est donc généralement beaucoup plus compliqué que les deux premiers ports série synchrones. Généralement, il se compose d'un générateur de débit en bauds (le débit en bauds généré est égal à 16 fois le débit en bauds de transmission), d'un récepteur UART et d'un émetteur UART. Il se compose de deux fils dans le matériel, un pour l'envoi et un pour la réception.
UART est une puce utilisée pour contrôler les ordinateurs et les périphériques série. Une chose à noter est qu'il fournit une interface de périphérique de terminal de données RS-232C afin que l'ordinateur puisse communiquer avec des modems ou d'autres périphériques série qui utilisent l'interface RS-232C. Dans le cadre de l'interface, UART fournit également les fonctions suivantes:
Les données parallèles transmises depuis l'ordinateur sont converties en flux de données série de sortie. Convertissez les données série de l'extérieur de l'ordinateur en octets à utiliser par les périphériques qui utilisent des données parallèles à l'intérieur de l'ordinateur. Ajoutez un bit de parité au flux de données série de sortie et effectuez un contrôle de parité sur le flux de données reçu de l'extérieur. Ajoutez la marque start-stop au flux de données de sortie et supprimez la marque start-stop du flux de données reçu. Gérez le signal d'interruption envoyé par le clavier ou la souris (le clavier et la souris sont également des périphériques série). Peut gérer le problème de gestion de la synchronisation de l'ordinateur et du périphérique série externe. Certains UART haut de gamme fournissent également des tampons pour les données d'entrée et de sortie. Le nouveau UART est 16550, qui peut stocker 16 octets de données dans la mémoire tampon avant que l'ordinateur n'ait besoin de traiter les données. L'UART habituel est 8250. Maintenant, si vous achetez un modem intégré, il y aura généralement un 16550 UART à l'intérieur du modem.
3. Comparaison de SPI, I2C et UART
Les deux méthodes de communication SPI et I2C sont une communication à courte distance entre la puce et la puce ou entre d'autres composants tels que le capteur et la puce. SPI et IIC sont une communication carte à carte, IIC fait parfois aussi une communication carte à carte, mais la distance est très courte, mais supérieure à un mètre, par exemple, certains écrans tactiles, écrans LCD de téléphone portable, de nombreux films minces les câbles utilisent IIC, I2C peut être utilisé pour remplacer le bus parallèle standard, divers circuits intégrés et modules fonctionnels qui peuvent être connectés. I2C est un bus multi-maître, de sorte que tout appareil peut fonctionner comme un maître et contrôler le bus. Chaque appareil sur le bus a une adresse unique et, selon ses propres capacités, il peut fonctionner comme émetteur ou récepteur. Plusieurs microcontrôleurs peuvent coexister sur le même bus I2C. Ces deux lignes appartiennent à la transmission à faible vitesse.
L'UART est utilisé dans la communication entre deux appareils, comme la communication entre un appareil et un ordinateur réalisé avec un micro-ordinateur monopuce. Une telle communication peut se faire sur de longues distances. La vitesse UART est plus rapide que les deux ci-dessus, jusqu'à environ 100K. Il est utilisé pour communiquer avec l'ordinateur et l'appareil ou entre l'ordinateur et le calcul, mais la portée effective ne sera pas très longue, environ 10 mètres. L'avantage de l'UART est qu'il dispose d'un large éventail de supports et d'une structure de conception de programme. Tout simplement, avec le développement de l'USB, UART descend progressivement.
5.I2S
I2S (Inter-IC Sound Bus) est une norme de bus développée par Philips pour la transmission de données audio entre des appareils audio numériques. La plupart sont à 3 fils (en plus de l'horloge et des données, il existe également un signal de sélection de canal gauche et droit), I2S est principalement utilisé pour transmettre des signaux audio. Tels que STB, DVD, MP3, etc. couramment utilisés.
Dans la norme I2S, la spécification de l'interface matérielle et le format des données audio numériques sont spécifiés. I2S a 3 signaux principaux: 1) Horloge série SCLK, également appelée horloge de bits (BCLK), c'est-à-dire correspondant à chaque bit de données audio numériques, SCLK a 1 impulsion. La fréquence de SCLK = 2 × fréquence d'échantillonnage × nombre de bits d'échantillonnage. 2) L'horloge de trame LRCK, (également appelée WS), est utilisée pour commuter les données des canaux gauche et droit. LRCK de "1" signifie que les données du canal gauche sont transmises, et "0" signifie que les données du canal droit sont transmises. La fréquence de LRCK est égale à la fréquence d'échantillonnage. 3) Les données série SDATA sont les données audio exprimées en complément de deux. Parfois, pour mieux synchroniser les systèmes, il faut transmettre un autre signal MCLK, appelé horloge maître, également appelée horloge système (Sys Clock), qui correspond à 256 fois ou 384 fois la fréquence d'échantillonnage.
6.GPIO
GPIO (General Purpose Input Output) ou extension de bus, utilisant l'interface I2C, SMBus ou SPI standard de l'industrie pour simplifier l'extension des ports d'E / S.
Lorsque le microcontrôleur ou le chipset ne dispose pas de suffisamment de ports d'E / S, ou lorsque le système doit utiliser une communication ou un contrôle série à distance, les produits GPIO peuvent fournir des fonctions de contrôle et de surveillance supplémentaires. Chaque port GPIO peut être configuré comme entrée ou sortie par logiciel. La gamme de produits GPIO de Maxim comprend un GPIO de 8 ports à 28 ports, offrant une sortie push-pull ou une sortie à drain ouvert. Disponible dans un boîtier QFN miniature de 3 mm x 3 mm.
(1) Les avantages du GPIO (extension de port):
① Faible consommation d'énergie: GPIO a une consommation d'énergie inférieure (environ 1 μA, tandis que le courant de fonctionnement de μC est de 100 μA).
② Interface esclave IIC intégrée: interface esclave IIC intégrée GPIO, elle peut fonctionner à pleine vitesse même en mode veille.
③ Petit paquet: les périphériques GPIO fournissent la plus petite taille de paquet-3 mm x 3 mm QFN!
④ Faible coût: vous n'avez pas à payer pour les fonctions inutilisées!
⑤ Liste rapide: pas besoin d'écrire des codes supplémentaires, des documents et pas de travaux de maintenance!
Contrôle d'éclairage flexible: plusieurs sorties PWM haute résolution intégrées.
⑥ Temps de réponse prédéterminé: raccourcissez ou déterminez le temps de réponse entre les événements externes et les interruptions.
⑦ Meilleur effet d'éclairage: sortie de courant adaptée pour assurer une luminosité uniforme de l'écran.
⑧ Câblage simple: seuls 2 bus IIC ou 3 bus SPI sont nécessaires
7. SDIO
SDIO est une interface d'extension de type SD. En plus de pouvoir se connecter à une carte SD, il peut également être connecté à des appareils prenant en charge l'interface SDIO. Le but de la prise n'est pas seulement d'insérer une carte mémoire. Les PDA et les ordinateurs portables prenant en charge l'interface SDIO peuvent être connectés à des récepteurs GPS, des adaptateurs Wi-Fi ou Bluetooth, des modems, des adaptateurs LAN, des lecteurs de codes-barres, des radios FM, des récepteurs de télévision, des lecteurs d'authentification par radiofréquence, ou des appareils photo numériques et d'autres appareils utilisant la SD interfaces standard.
Le protocole SDIO est évolué et mis à niveau à partir du protocole de la carte SD. De nombreux endroits conservent le protocole de lecture et d'écriture de la carte SD. En même temps, le protocole SDIO ajoute les commandes CMD52 et CMD53 au protocole de la carte SD. Pour cette raison, une différence importante entre les spécifications des cartes SDIO et SD est l'ajout de normes à faible vitesse. L'application cible des cartes à faible vitesse commence avec le plus petit matériel pour prendre en charge les capacités d'E / S à faible vitesse. Les cartes à faible vitesse prennent en charge des applications telles que les modems, les scanners de codes-barres et les récepteurs GPS. Les cartes à haut débit prennent en charge les cartes réseau, les cartes TV et les cartes «combo», etc. Les cartes combinées font référence à la mémoire + SDIO.
Une autre différence importante entre SDIO et carte SD SPEC est l'ajout de normes à faible vitesse. La carte SDIO ne nécessite que le mode de transmission SPI et SD 1 bit. L'application cible des cartes à faible vitesse est de prendre en charge les capacités d'E / S à faible vitesse avec une dépense matérielle minimale. Les cartes à faible vitesse prennent en charge des applications telles que les MODEM, les scanners de barres et les récepteurs GPS. Pour les cartes combinées, la vitesse maximale et le fonctionnement 4BIT sont des exigences obligatoires pour la mémoire interne et la partie SDIO de la carte. Dans les appareils SDIO non combinés, la vitesse maximale ne doit atteindre que 25M, et la vitesse maximale de la carte combinée est la même que la vitesse maximale de la carte SD, qui est supérieure à 25M.
8. PEUT
CAN, le nom complet est "Controller Area Network", c'est-à-dire le Controller Area Network, qui est l'un des bus de terrain les plus utilisés au monde. Initialement, CAN a été conçu comme une communication de microcontrôleur dans l'environnement automobile, échangeant des informations entre les différents dispositifs de contrôle électronique ECU dans le véhicule, formant un réseau de contrôle électronique automobile. Par exemple, les dispositifs de contrôle CAN sont intégrés dans les systèmes de gestion de moteur, les contrôleurs de transmission, l'équipement d'instrumentation et les systèmes de dorsale électroniques.
Dans un seul réseau composé de bus CAN, en théorie, d'innombrables nœuds peuvent être connectés. Dans les applications pratiques, le nombre de nœuds est limité par les caractéristiques électriques du matériel réseau. Par exemple, lorsque vous utilisez Philips P82C250 comme émetteur-récepteur CAN, 110 nœuds peuvent être connectés au même réseau. CAN peut fournir un débit de transmission de données allant jusqu'à 1 Mbit / s, ce qui rend le contrôle en temps réel très facile. De plus, la fonction de vérification des erreurs du matériel améliore également la capacité du CAN à résister aux interférences électromagnétiques.
Caractéristiques du bus CAN:
1) Il peut fonctionner en mode multi-maître. Tout nœud du réseau peut envoyer activement des informations à d'autres nœuds du réseau à tout moment, indépendamment du maître et de l'esclave, et le mode de communication est flexible.
2) Les nœuds du réseau peuvent être divisés en différentes priorités pour répondre à différentes exigences en temps réel.
3) Un mécanisme de structure de bus d'arbitrage de bits non destructif est adopté. Lorsque deux nœuds transmettent des informations au réseau en même temps, le nœud avec une priorité inférieure arrête activement la transmission de données, tandis que le nœud avec une priorité plus élevée peut continuer à transmettre des données sans être affecté.
4) Les données peuvent être reçues dans plusieurs modes de transmission: point à point, point à multipoint et diffusion globale.
5) La distance de communication directe maximale peut atteindre 10 km (vitesse inférieure à 4Kbps).
6) Le débit de communication peut atteindre jusqu'à 1 Mo / s (la distance la plus longue est de 40 m à ce moment).
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