Was ist ein Kommunikationsprotokoll für eine serielle Schnittstelle? Es gibt mehrere gängige Protokolle

Es gibt mehrere serielle Kommunikationsprotokolle

Bevor wir über das Kommunikationsprotokoll der seriellen Schnittstelle sprechen, müssen wir wissen, dass die seriellen Kommunikationsprotokolle systeminterne und systemübergreifende Protokolle umfassen. Lassen Sie uns diese also nacheinander erklären.

Interne Systemprotokolle: Zu den gängigen Protokollen gehören CAN-Protokoll, I2C-Protokoll und SPI-Protokoll

Systemübergreifende Protokolle: Zu den gängigen Protokollen gehören das USART-Protokoll, das UART-Protokoll und das USB-Protokoll.

Was ist ein internes Systemprotokoll? Ein systeminternes Protokoll wird für die Kommunikation zwischen zwei Geräten auf der Platine verwendet. Bei Verwendung dieser systeminternen Protokolle werden wir die Peripheriegeräte des Mikrocontrollers erweitern, ohne die systeminternen Protokolle zu verwenden. Die Verwendung von systeminternen Protokollen erhöht die Komplexität der Schaltung und den Stromverbrauch. Durch die Verwendung von systeminternen Protokollen werden die Komplexität der Schaltung und der Stromverbrauch reduziert, die Kosten gesenkt und der Zugriff auf die Daten ist sehr sicher.

Was ist ein systemübergreifendes Protokoll? Ein Intersystem-Protokoll dient der Kommunikation zwischen zwei verschiedenen Geräten. So wie die Kommunikation zwischen dem Computer und dem Mikrocontroller-Bausatz. Die Kommunikation findet über das interne Bussystem statt.

CAN-Protokoll

CAN steht für Controller Area Network. Es ist ein serielles Kommunikationsprotokoll. Es benötigt zwei Leitungen CAN high (H) und CAN low (H-). Es wurde 1985 von der Robert Bosh Corporation für den Einsatz in Kfz-Netzwerken entwickelt. Es basiert auf einem nachrichtenorientierten Transportprotokoll.

Das CAN-Protokoll wird häufig in elektronischen Netzwerken in Automobilen, Flugzeugen und medizinischen Systemen verwendet. Zu den gängigen Produkten gehört das CAN-Ethernet-Gerät USR-CANET200.

In den 1970er Jahren begannen die Automobilhersteller mit der Einführung neuer Funktionen wie Antiblockiersystem, Klimaanlage, Gangschaltung, zentral gesteuerte Türschlösser usw. Diese Funktionen sorgen für zusätzliche Verkabelung und komplexe Konstruktionen, wodurch Kosten und Risiken steigen. Um diese Probleme zu lösen, führte Robert Bosch in den 1980er Jahren das CAN-Protokoll ein. Dieses serielle Kommunikationsprotokoll wurde 1993 als ISO11898 weiter genormt. Es ist das CAN-Protokoll, das die Kommunikation zwischen modernen Sensoren völlig verändert hat.

I2C-Protokoll

Der I2C-Bus wurde von Philips Semiconductors entwickelt. Sein ursprünglicher Zweck war es, eine einfache Möglichkeit zu bieten, die CPU mit Peripheriechips zu verbinden. Peripheriegeräte in eingebetteten Systemen werden oft als speichergesteuerte Geräte an den Mikrocontroller angeschlossen. I2C benötigt nur zwei Drähte, um alle Peripheriegeräte mit dem Mikrocontroller zu verbinden. Diese aktiven Leitungen, SDA und SCL genannt, sind bidirektional. Die SDA-Leitung ist die serielle Datenleitung, während die SCA-Leitung die serielle Taktleitung ist.

I2C steht für Inter Integrated Circuit. I2C benötigt nur zwei Drähte, um alle Peripheriegeräte mit dem Mikrocontroller zu verbinden. I2C benötigt nur zwei Drähte, SDA (serielle Datenleitung) und SCL (serielle Taktleitung), um Informationen zwischen Geräten zu übertragen. Es ist der Master des Slave-Kommunikationsprotokolls. Jeder Slave hat eine eindeutige Adresse. Das Master-Gerät sendet die Adresse und die Lese-/Schreib-Flags des Ziel-Slave-Geräts. Diese Adresse stimmt mit jedem eingeschalteten Slave-Gerät überein, die übrigen Slave-Geräte befinden sich im Deaktivierungsmodus. Sobald die Adressen übereinstimmen, findet die Kommunikation zwischen dem Master und dem Slave statt, und es werden Daten gesendet und empfangen. Der Sender sendet 8 Datenbits und der Empfänger antwortet mit einem Bestätigungsbit. Nach Abschluss der Kommunikation gibt die Master-Station eine Stop-Bedingung aus.

SPI-Protokoll

SPI steht für Serial Peripheral Interface. Es handelt sich um ein von Motorola entwickeltes Kommunikationsprotokoll für serielle Schnittstellen. Manchmal wird das SPI-Protokoll auch als 4-Draht-Protokoll bezeichnet. Es benötigt vier Drähte MOSI, MISO, SS und SCLK. Das SPI-Protokoll wird zur Kommunikation zwischen Master- und Slave-Geräten verwendet. Der Host konfiguriert zunächst den Takt mit der Frequenz. Dann wählt der Host ein bestimmtes Slave-Gerät aus, mit dem er über eine Zugtaste kommunizieren möchte. Mit der Auswahl dieses spezifischen Geräts wird die Kommunikation zwischen dem Master und diesem spezifischen Slave gestartet. Der Master wählt immer nur einen Slave auf einmal aus. Es handelt sich um ein Vollduplex-Kommunikationsprotokoll. Im Falle von Bitübertragungen ist es nicht auf 8-Bit-Wörter beschränkt.

USART-Protokoll

USART steht für Universal Synchronous and Asynchronous Transmitter and Receiver. Es handelt sich um eine serielle Kommunikation mit einem Zweidrahtprotokoll. Die Signalleitungen des Datenkabels sind mit Rx und TX bezeichnet. Dieses Protokoll wird verwendet, um Daten byteweise zusammen mit Taktimpulsen zu senden und zu empfangen. Es handelt sich um ein Vollduplex-Protokoll, d. h. die Daten werden gleichzeitig mit unterschiedlichen Kartengeschwindigkeiten gesendet und empfangen. Verschiedene Geräte kommunizieren über dieses Protokoll mit dem Mikrocontroller. Zum Beispiel die Telekommunikation.

UART-Protokoll

UART steht für Universal Asynchronous Transmitter and Receiver. Das UART-Protokoll ist eine serielle Kommunikation mit zwei verdrahteten Protokollen. Die Signalleitungen des Datenkabels sind mit Rx und Tx bezeichnet. Die serielle Kommunikation wird in der Regel zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet. Es wird mit der seriellen Schnittstelle übertragen und kommuniziert, um Daten ohne Puls zu empfangen. Der UART empfängt die Datenbytes und sendet die einzelnen Bits sequentiell.

Das USAT-Protokoll wird in der Regel als Peripheriegerät der MCU in eingebetteten Systemen verwendet; im Allgemeinen wird der TTL-Pegel direkt vom Chip-Pin abgeleitet, und der RS232-Pegel kann mit dem Konvertierungs-Chip in der Mitte verbunden werden (siehe Einzelheiten): Normen für serielle Kommunikation

UART ist ein Halbduplex-Protokoll. Halbduplex bedeutet, dass die Möglichkeit besteht, Daten zu senden und zu empfangen, jedoch nicht gleichzeitig. Die meisten Steuerungen haben einen Hardware-UART auf der Platine. Er verwendet eine Datenleitung zum Senden und Empfangen von Daten. Sie hat ein Startbit, 8-Bit-Daten und ein Stoppbit, das anzeigt, dass die 8-Bit-Daten von oben nach unten übertragen werden. Zum Beispiel: E-Mail, Textnachrichten, Walkie-Talkies, industrielle IoT-Übertragungsgeräte, serielle Server.

USB-Protokoll

USB steht für Universal Serial Bus. Auch hier handelt es sich um ein Zwei-Draht-Protokoll für die serielle Kommunikation. Die Signaldrähte des Datenkabels sind mit D und D- gekennzeichnet. Dieses Kommunikationsprotokoll für serielle Anschlüsse wird für die Kommunikation mit Systemperipheriegeräten verwendet. Das USB-Protokoll wird zum seriellen Senden und Empfangen von Daten an den Host und an Peripheriegeräte verwendet. Für die USB-Kommunikation ist eine Treibersoftware erforderlich, die auf den Fähigkeiten des Systems basiert. USB-Geräte können Daten über den Host übertragen, ohne dass ein Bus angefordert wird. Die meisten Geräte verwenden heute diese Technologie zur Kommunikation mit dem USB-Protokoll. Verwenden Sie USB, um mit dem ARM-Controller wie mit einem Computer zu kommunizieren. USB überträgt Daten in verschiedenen Modi. Der erste ist ein langsamer Modus von 10 kbit/s bis 100 kbit/s; der zweite ist ein Hochgeschwindigkeitsmodus von 500 kbit/s bis 10 MBit/s und ein Hochgeschwindigkeitsmodus von 25 MBit/s bis 400 MBit/s. Die maximale USB-Kabellänge beträgt 4 Meter.

Zum Beispiel: Hubs, Switches, Mäuse, Tastaturen, USB-Sticks.