BAZAT E PROTOKOLLIT TMM KOMUNIKIMIT SPI: 13 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Kur lidhni një mikrokontrollues me një sensor, ekran ose modul tjetër, a mendoni ndonjëherë se si të dy pajisjet flasin me njëra -tjetrën? Çfarë saktësisht thonë ata? Si janë ata në gjendje të kuptojnë njëri -tjetrin?

Komunikimi midis pajisjeve elektronike është si komunikimi midis njerëzve. Të dyja palët duhet të flasin të njëjtën gjuhë. Në elektronikë, këto gjuhë quhen protokolle komunikimi. Për fatin tonë të mirë, ka vetëm disa protokolle komunikimi që duhet të dimë kur ndërtojmë shumicën e projekteve elektronike DIY. Në këtë seri artikujsh, ne do të diskutojmë bazat e tre protokolleve më të zakonshëm: Ndërfaqja Seriale Periferike (SPI), Qarku i Integruar (I2C) dhe Komunikimi i Marrësit/Transmetuesit Asinkron Universal (UART). Së pari, ne do të fillojmë me disa koncepte themelore në lidhje me komunikimin elektronik, pastaj do të shpjegojmë në detaje se si funksionon SPI. Në artikullin tjetër, ne do të diskutojmë komunikimin e drejtuar nga UART, dhe në artikullin e tretë, ne do të zhyten në I2C. SPI, I2C dhe UART janë pak më të ngadaltë se protokollet si USB, ethernet, Bluetooth dhe WiFi, por ato janë shumë më të thjeshta dhe përdorin më pak burime harduerike dhe të sistemit. SPI, I2C dhe UART janë ideale për komunikim midis mikrokontrolluesve dhe midis mikrokontrolluesve dhe sensorëve ku sasi të mëdha të të dhënave me shpejtësi të lartë nuk kanë nevojë të transferohen.

Hapi 1: SERIALE VS. KOMUNIKIMI PARALLEL

Pajisjet elektronike flasin me njëra -tjetrën duke dërguar pjesë të të dhënave përmes telave të lidhur fizikisht midis pajisjeve. Një bit është si një shkronjë në një fjalë, përveçse në vend të 26 shkronjave (në alfabetin anglez), një bit është binar dhe mund të jetë vetëm 1 ose 0. Bitet transferohen nga një pajisje në tjetrën nga ndryshimet e shpejta të tensionit. Në një sistem që funksionon në 5 V, një 0 bit komunikohet si një impuls i shkurtër prej 0 V, dhe një 1 bit komunikohet nga një impuls i shkurtër prej 5 V.

Pjesët e të dhënave mund të transmetohen ose në formë paralele ose serike. Në komunikimin paralel, pjesët e të dhënave dërgohen të gjitha në të njëjtën kohë, secila përmes një teli të veçantë. Diagrami i mëposhtëm tregon transmetimin paralel të shkronjës "C" në binar (01000011):

Hapi 2:

Në komunikimin serik, bitët dërgohen një nga një përmes një teli të vetëm. Diagrami i mëposhtëm tregon transmetimin serik të shkronjës "C" në binar (01000011):

Hapi 3:

Hapi 4: HYRJE N CO KOMUNIKIMIN SPI

SPI është një protokoll komunikimi i zakonshëm i përdorur nga shumë pajisje të ndryshme. Për shembull, modulet e kartave SD, modulet e lexuesit të kartave RFID dhe transmetuesit/marrësit pa tel 2.4 GHz të gjithë përdorin SPI për të komunikuar me mikrokontrolluesit.

Një përfitim unik i SPI është fakti që të dhënat mund të transferohen pa ndërprerje. Çdo numër i bitëve mund të dërgohen ose merren në një rrjedhë të vazhdueshme. Me I2C dhe UART, të dhënat dërgohen në pako, të kufizuara në një numër të caktuar bitesh. Kushtet e fillimit dhe ndalimit përcaktojnë fillimin dhe mbarimin e secilës paketë, kështu që të dhënat ndërpriten gjatë transmetimit. Pajisjet që komunikojnë përmes SPI janë në një marrëdhënie master-skllav. Master është pajisja kontrolluese (zakonisht një mikrokontrollues), ndërsa skllavi (zakonisht një sensor, ekran ose çip memorie) merr udhëzime nga masteri. Konfigurimi më i thjeshtë i SPI është një master i vetëm, një sistem skllevër i vetëm, por një master mund të kontrollojë më shumë se një skllav (më shumë për këtë më poshtë).

Hapi 5:

Hapi 6:

MOSI (Master Output/Slave Input) - Linja që masteri të dërgojë të dhëna te skllavi.

MISO (Master Input/Slave Output) - Linja që skllavi të dërgojë të dhëna te masteri.

SCLK (Ora) - Linja për sinjalin e orës.

SS/CS (Slave Select/Chip Select) - Linja për masterin për të zgjedhur se cilit skllav do t'i dërgojë të dhëna

Hapi 7:

*Në praktikë, numri i skllevërve është i kufizuar nga kapaciteti i ngarkesës së sistemit, gjë që zvogëlon aftësinë e zotit për të kaluar me saktësi midis niveleve të tensionit.

Hapi 8: SI PUNON SPI

ORA

Sinjali i orës sinkronizon daljen e bitëve të të dhënave nga masteri në marrjen e mostrave të bitëve nga skllavi. Një grimë e të dhënave transferohet në çdo cikël të orës, kështu që shpejtësia e transferimit të të dhënave përcaktohet nga frekuenca e sinjalit të orës. Komunikimi SPI fillon gjithmonë nga masteri pasi master konfiguron dhe gjeneron sinjalin e orës.

Çdo protokoll komunikimi ku pajisjet ndajnë një sinjal të orës njihet si sinkron. SPI është një protokoll komunikimi sinkron. Ekzistojnë gjithashtu metoda asinkrone që nuk përdorin një sinjal të orës. Për shembull, në komunikimin UART, të dyja palët vendosen në një normë baud të para-konfiguruar që dikton shpejtësinë dhe kohën e transmetimit të të dhënave.

Sinjali i orës në SPI mund të modifikohet duke përdorur vetitë e polaritetit të orës dhe fazës së orës. Këto dy veti punojnë së bashku për të përcaktuar kur dalin bitët dhe kur mostrohen. Polariteti i orës mund të vendoset nga masteri për të lejuar daljen e bitëve dhe marrjen e mostrave në skajin në rritje ose në rënie të ciklit të orës. Faza e orës mund të vendoset që dalja dhe marrja e mostrave të ndodhë në skajin e parë ose në skajin e dytë të ciklit të orës, pavarësisht nëse po rritet ose bie.

ZGJEDHJA E SKLLAVE

Mjeshtri mund të zgjedhë me cilin skllav dëshiron të flasë duke vendosur linjën CS/SS të skllavit në një nivel të tensionit të ulët. Në gjendje boshe, jo transmetuese, linja e zgjedhjes së skllavit mbahet në një nivel të tensionit të lartë. Kunjat e shumtë CS/SS mund të jenë të disponueshëm në master, gjë që lejon që skllevërit e shumtë të lidhen paralelisht. Nëse është i pranishëm vetëm një kunj CS/SS, skllevërit e shumtë mund t'i lidhen masterit me zinxhir margaritar.

SKLLAVT SHUM T SPI

mund të krijohet për të vepruar me një master të vetëm dhe një skllav të vetëm, dhe mund të krijohet me skllevër të shumtë të kontrolluar nga një zotërues i vetëm. Ka dy mënyra për të lidhur skllevërit e shumtë me masterin. Nëse masteri ka shumë kunja të zgjedhura për skllevërit, skllevërit mund të lidhen paralelisht si kjo:

Hapi 9:

Hapi 10:

MOSI DHE MISO

Masteri i dërgon të dhënat skllavit pak nga pak, në seri përmes linjës MOSI. Skllavi merr të dhënat e dërguara nga masteri në kunjin MOSI. Të dhënat e dërguara nga masteri te skllavi zakonisht dërgohen së pari me bitin më domethënës. Skllavi gjithashtu mund të dërgojë të dhëna përsëri te masteri përmes linjës MISO në seri. Të dhënat e dërguara nga skllavi te zotëria zakonisht dërgohen së pari me pjesën më të vogël. HAPAT E TRANSMISIONIT TAT TAT DHNAVE SPI 1. Masteri nxjerr sinjalin e orës:

Hapi 11:

Nëse është e disponueshme vetëm një kunj i zgjedhur skllevër, skllevërit mund të jenë të lidhur me zinxhir margaritar si kjo:

Hapi 12:

MOSI DHE MISO

Masteri i dërgon të dhënat skllavit pak nga pak, në seri përmes linjës MOSI. Skllavi merr të dhënat e dërguara nga masteri në kunjin MOSI. Të dhënat e dërguara nga masteri te skllavi zakonisht dërgohen së pari me bitin më domethënës.

Skllavi gjithashtu mund t'i dërgojë të dhënat përsëri zotërisë përmes linjës MISO në seri. Të dhënat e dërguara nga skllavi te zotëria zakonisht dërgohen së pari me pjesën më të vogël.

HAPAT E TRANSMISIONIT TAT T DHNAVE SPI

*Shënim Imazhet janë të listuara Oboe që lehtë mund t'i dalloni

1. Master nxjerr sinjalin e orës:

2. Master kalon pinin SS/CS në një gjendje të tensionit të ulët, i cili aktivizon skllavin:

3. Master i dërgon të dhënat një nga një te skllavi përgjatë vijës MOSI. Skllavi lexon copat kur ato merren:

4. Nëse nevojitet një përgjigje, skllavi i kthen të dhënat një nga një tek masteri përgjatë vijës MISO. Mjeshtri lexon copat kur ato merren:

Hapi 13: Avantazhet dhe disavantazhet e SPI

Ka disa avantazhe dhe disavantazhe për përdorimin e SPI, dhe nëse ju jepet zgjedhja midis protokolleve të ndryshëm të komunikimit, duhet të dini kur të përdorni SPI sipas kërkesave të projektit tuaj:

PËRPARËSITË

Asnjë bit i fillimit dhe ndalimit, kështu që të dhënat mund të transmetohen vazhdimisht pa ndërprerje Asnjë sistem adresimi i ndërlikuar i skllevërve si I2C Shkalla më e lartë e transferimit të të dhënave sesa I2C (pothuajse dy herë më e shpejtë) Ndani linja MISO dhe MOSI, kështu që të dhënat mund të dërgohen dhe merren në të njëjtën kohë koha

MUNDSIT

Përdor katër tela (I2C dhe UART përdorin dy) Asnjë konfirmim që të dhënat janë marrë me sukses (I2C e ka këtë) Asnjë formë gabimi duke kontrolluar si biti i barazisë në UART Vetëm lejon një master të vetëm Shpresojmë se ky artikull ju ka dhënë një kuptim më të mirë të SPI. Vazhdoni në pjesën e dytë të kësaj serie për të mësuar rreth komunikimit të drejtuar nga UART, ose në pjesën e tretë ku diskutojmë protokollin I2C.

Nëse keni ndonjë pyetje, mos ngurroni ta pyesni në pjesën e komenteve, ne jemi këtu për t'ju ndihmuar. Dhe sigurohuni që ta ndiqni

Me respekt: M. Junaid