¿Qué es la comunicación en serie? La explicación académica es un método que consiste en enviar continuamente un bit de datos a través del bus en un momento dado. Es como un arquero que dispara su arco y sus flechas con frecuencia: ¡zás, zás, zás…!
¿Qué es el protocolo de comunicación en serie? En pocas palabras, es el método de transmisión utilizado en la comunicación en serie.
¿Cuántos tipos de protocolos de comunicación en serie hay? Los protocolos de comunicación en serie incluyen protocolos entre sistemas y protocolos internos del sistema.
Protocolo entre sistemas: Protocolo utilizado para la comunicación entre dos dispositivos diferentes. Es el caso, por ejemplo, de la comunicación entre el ordenador y el kit de microcontrolador. La comunicación se lleva a cabo a través del sistema de bus interno. Entre los más comunes se encuentran el protocolo UART, el protocolo USART y el protocolo USB.
Protocolo interno del sistema: El protocolo interno del sistema se utiliza para la comunicación entre dos dispositivos de la placa de circuito impreso. Al utilizar estos protocolos internos, ampliaremos las capacidades de los periféricos del microcontrolador sin necesidad de recurrir a los protocolos externos. El uso de protocolos internos aumenta la complejidad del circuito y el consumo energético. Al utilizar protocolos externos, se reducen la complejidad del circuito y el consumo energético, se reducen los costes y el acceso a los datos es muy seguro. Entre los más comunes se encuentran el protocolo I2C, el protocolo SPI y el protocolo CAN.
Protocolo UART
UART son las siglas de «Universal Asynchronous Transmitter and Receiver» (Transmisor y receptor asíncrono universal). El protocolo UART es un sistema de comunicación en serie con dos protocolos cableados. Las líneas de señal del cable de datos se denominan Rx y Tx. La comunicación en serie se utiliza habitualmente para enviar y recibir señales. La transmisión y la comunicación se realizan a través del puerto serie para recibir datos sin impulsos. El UART recibe los bytes de datos y envía los bits individuales de forma secuencial.
El protocolo USAT se utiliza normalmente como periférico de MCU en sistemas embebidos; en general, el nivel TTL se deriva directamente del pin del chip; y el nivel RS232 puede conectarse al chip de conversión en el medio.Para más detalles, consulte: Estándares para la comunicación serie
UART es un protocolo half-duplex. Half-duplex significa tener la capacidad de transmitir y recibir datos, pero no simultáneamente. La mayoría de los controladores tienen una UART hardware en la placa. Utiliza una línea de datos para enviar y recibir datos. Tiene un bit de inicio, un dato de 8 bits y un bit de parada, que indica que los datos de 8 bits se transmiten de alto a bajo. Por ejemplo: correo electrónico, mensajes de texto, walkie-talkies, servidor serie de equipos de transmisión IoT industrial.
Protocolo USART
USART son las siglas de Universal Synchronous and Asynchronous Transmitter and Receiver. Se trata de una comunicación serie de protocolo de dos hilos. Las líneas de señal del cable de datos se denominan Rx y TX. Este protocolo se utiliza para enviar y recibir datos byte a byte junto con pulsos de reloj. Se trata de un protocolo full-duplex, lo que significa que los datos se envían y reciben simultáneamente a diferentes velocidades de la placa. Diferentes dispositivos se comunican con el microcontrolador a través de este protocolo. Por ejemplo, las telecomunicaciones.
Protocolo USB
USB son las siglas de «Universal Serial Bus» (Bus serie universal). Se trata, una vez más, de un protocolo de dos hilos para la comunicación en serie. Los hilos de señal del cable de datos están marcados como D y D-. Este protocolo se utiliza para comunicarse con los periféricos del sistema. El protocolo USB se emplea para enviar y recibir datos en serie entre el host y los dispositivos periféricos. La comunicación USB requiere un software de controladores acorde con las capacidades del sistema. Los dispositivos USB pueden transmitir datos al host sin necesidad de solicitar el bus. Hoy en día, la mayoría de los dispositivos utilizan esta tecnología para comunicarse mediante el protocolo USB. Utiliza el USB para comunicarte con el controlador ARM como si fuera un ordenador. El USB transfiere datos en diferentes modos. El primero es un modo lento, de 10 kbps a 100 kbps; el segundo es un modo de velocidad completa, de 500 kbps a 10 Mbps, y un modo de alta velocidad, de 25 Mbps a 400 Mbps. La longitud máxima del cable USB es de 4 metros.
Por ejemplo: ratón, teclado, concentrador, conmutador, memoria USB.
Protocolo I2C
I2C son las siglas de «Inter Integrated Circuit». El protocolo I2C solo necesita dos cables para conectar todos los periféricos al microcontrolador. El protocolo I2C solo requiere dos cables, SDA (línea de datos en serie) y SCL (línea de reloj en serie), para transferir información entre dispositivos. Se trata de un protocolo de comunicación de tipo «maestro-esclavo». Cada esclavo tiene una dirección única. El dispositivo maestro envía la dirección y los indicadores de lectura/escritura del dispositivo esclavo de destino. Esta dirección coincide con cualquier dispositivo esclavo que esté encendido; el resto de dispositivos esclavos se encuentran en modo desactivado. Una vez que las direcciones coinciden, se establece la comunicación entre el maestro y ese esclavo, y se envían y reciben datos. El transmisor envía 8 bits de datos y el receptor responde con 1 bit de confirmación. Una vez finalizada la comunicación, la estación maestra emite una condición de parada.
El bus I2C fue desarrollado por Philips Semiconductors. Su objetivo original era ofrecer una forma sencilla de conectar la CPU a los chips periféricos. En los sistemas embebidos, los periféricos suelen conectarse al microcontrolador como dispositivos mapeados en memoria. El I2C solo requiere dos cables para conectar todos los periféricos al microcontrolador. Estas líneas activas, denominadas SDA y SCL, son bidireccionales. La línea SDA es la línea de datos en serie, mientras que la línea SCL es la línea de reloj en serie.
Resistencia pull-up de I2C:
¿Por qué se utilizan resistencias pull-up en las líneas SCL y SDA del protocolo I2C?.
Las líneas SDA y SCL son ambas controladores de drenaje abierto.
Puede poner la salida en nivel bajo y en nivel alto.
Para que la línea pase a estado alto, debes conectar una resistencia pull-up.
Protocolo SPI
SPI son las siglas de Serial Peripheral Interface. Es uno de los protocolos de comunicación serie desarrollados por Motorola. A veces, el protocolo SPI también se denomina protocolo de 4 hilos. Requiere cuatro cables MOSI, MISO, SS y SCLK.El protocolo SPI se utiliza para comunicar dispositivos maestro y esclavo. El host configura primero el reloj con la frecuencia. A continuación, el host selecciona un dispositivo esclavo específico con el que comunicarse mediante un botón pull-tab. Selecciona ese dispositivo específico e inicia la comunicación entre el maestro y ese esclavo específico. El maestro sólo selecciona un esclavo a la vez. Se trata de un protocolo de comunicación full-duplex. En el caso de las transferencias de bits, no está limitado a palabras de 8 bits.
Protocolo CAN
CAN son las siglas de Controller Area Network. Se trata de un protocolo de comunicación en serie. Requiere dos líneas CAN high (H) y CAN low (H-). Fue desarrollado por Robert Bosh Corporation en 1985 para su uso en redes de automoción. Se basa en un protocolo de transporte orientado a mensajes.
La década de los 70 fue la época en que los fabricantes de coches empezaron a introducir nuevas funciones, como el antibloqueo de frenos, el aire acondicionado, el control de marchas, el cierre centralizado de puertas, etc. Estas funciones requieren cableado adicional y diseños complejos, lo que aumenta los costes y los riesgos. Para superar estos problemas, Robert Bosch introdujo el protocolo CAN en los años ochenta. Este protocolo de comunicación en serie se estandarizó posteriormente como ISO11898 en 1993. Es el protocolo CAN el que ha transformado completamente la comunicación entre sensores avanzados.
El protocolo CAN se utiliza habitualmente en redes electrónicas de automóviles, aviones y sistemas médicos. Entre los productos más comunes se incluyen los equipos de CAN a Ethernet USR-CANET200
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