SPI Հաղորդակցության արձանագրության հիմունքները. 13 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:49

Երբ միկրոկառավարիչը միացնում եք սենսորին, էկրանին կամ այլ մոդուլին, երբևէ մտածե՞լ եք այն մասին, թե ինչպես են երկու սարքերը խոսում միմյանց հետ: Կոնկրետ ի՞նչ են ասում: Ինչպե՞ս են նրանք կարողանում հասկանալ միմյանց:

Էլեկտրոնային սարքերի միջև հաղորդակցությունը նման է մարդկանց միջև հաղորդակցությանը: Երկու կողմերն էլ պետք է խոսեն նույն լեզվով: Էլեկտրոնիկայի մեջ այս լեզուները կոչվում են հաղորդակցության արձանագրություններ: Մեզ համար բարեբախտաբար, կան ընդամենը մի քանի հաղորդակցման արձանագրություններ, որոնք մենք պետք է իմանանք DIY էլեկտրոնիկայի նախագծերի մեծ մասը կառուցելիս: Այս հոդվածների շարքում մենք կքննարկենք երեք ամենատարածված արձանագրությունների հիմունքները `սերիալ ծայրամասային միջերես (SPI), ինտեգրված սխեմա (I2C) և ունիվերսալ ասինխրոն ընդունիչ/հաղորդիչ (UART) հաղորդակցություն: Նախ, մենք կսկսենք էլեկտրոնային հաղորդակցության վերաբերյալ որոշ հիմնական հասկացություններով, այնուհետև մանրամասն կբացատրենք, թե ինչպես է գործում SPI- ն: Հաջորդ հոդվածում մենք կքննարկենք UART- ով առաջնորդվող հաղորդակցությունը, իսկ երրորդ հոդվածում մենք կխորանանք I2C- ի մեջ: SPI, I2C և UART- ը բավականին դանդաղ են, քան USB- ի, ethernet- ի, Bluetooth- ի և WiFi- ի նման արձանագրությունները, բայց դրանք շատ ավելի պարզ են և օգտագործում են ավելի քիչ ապարատային և համակարգային ռեսուրսներ: SPI, I2C և UART- ը իդեալական են միկրոկոնտրոլերների և միկրոկոնտրոլերների և տվիչների միջև հաղորդակցության համար, որտեղ մեծ արագությամբ տվյալների փոխանցման կարիք չկա:

Քայլ 1: ՍԵՐԻԱԼ VS. ARՈARՈՎԱՎԱ ՀԱՐMMՈՄ

Էլեկտրոնային սարքերը միմյանց հետ խոսում են ՝ տվյալների բիթեր ուղարկելով սարքերի միջև ֆիզիկապես միացված լարերի միջոցով: Բիթը նման է բառի տառին, բացառությամբ 26 տառերի (անգլերեն այբուբենի), բիթը երկուական է և կարող է լինել միայն 1 կամ 0. Բիթերը մի սարքից մյուսը փոխանցվում են լարման արագ փոփոխության միջոցով: 5 Վ -ում աշխատող համակարգում 0 բիթը հաղորդվում է որպես 0 Վ կարճ իմպուլս, իսկ 1 բիթը հաղորդվում է 5 Վ կարճ լարման միջոցով:

Տվյալների բիթերը կարող են փոխանցվել ինչպես զուգահեռ, այնպես էլ սերիական տեսքով: Parallelուգահեռ հաղորդակցության ընթացքում տվյալների բիթերը ուղարկվում են բոլորը միաժամանակ, յուրաքանչյուրը առանձին լարով: Հետևյալ դիագրամը ցույց է տալիս «C» տառի զուգահեռ փոխանցումը երկուականով (01000011).

Քայլ 2:

Սերիական հաղորդակցության մեջ բիթերը մեկ առ մեկ ուղարկվում են մեկ մետաղալարով: Հետևյալ դիագրամը ցույց է տալիս «C» տառի սերիական փոխանցումը երկուականով (01000011).

Քայլ 3:

Քայլ 4. Ներածություն SPI ԿԱՊԻՆ

SPI- ն ընդհանուր կապի արձանագրություն է, որն օգտագործվում է բազմաթիվ տարբեր սարքերի կողմից: Օրինակ ՝ SD քարտի մոդուլները, RFID քարտերի ընթերցման մոդուլները և 2.4 ԳՀց անլար հաղորդիչը/ընդունիչներն օգտագործում են SPI միկրոկոնտրոլերների հետ հաղորդակցվելու համար:

SPI- ի մեկ եզակի առավելությունն այն է, որ տվյալները կարող են փոխանցվել առանց ընդհատումների: Numberանկացած քանակի բիթ կարող է ուղարկվել կամ ստացվել շարունակական հոսքով: I2C- ով և UART- ով տվյալները ուղարկվում են փաթեթներով ՝ սահմանափակված որոշակի քանակությամբ բիթերով: Սկսելու և դադարեցնելու պայմանները սահմանում են յուրաքանչյուր փաթեթի սկիզբը և վերջը, ուստի տվյալները ընդհատվում են փոխանցման ընթացքում: SPI- ի միջոցով հաղորդակցվող սարքերը գտնվում են վարպետ-ստրուկ հարաբերությունների մեջ: Վարպետը վերահսկիչ սարք է (սովորաբար միկրոկոնտրոլեր), իսկ ստրուկը (սովորաբար սենսոր, դիսփլեյ կամ հիշողության չիպ) հրահանգ է վերցնում վարպետից: SPI- ի ամենապարզ կազմաձևը մեկ վարպետ, մեկ ստրուկ համակարգ է, բայց մեկ վարպետ կարող է վերահսկել մեկից ավելի ստրուկներ (այս մասին ստորև):

Քայլ 5:

Քայլ 6:

MOSI (Master Output/Slave Input) - Տող, որպեսզի վարպետը տվյալներ ուղարկի ստրուկին:

MISO (Master Input/Slave Output) - Ստրուկի տող, որը տվյալներ է ուղարկում տիրոջը:

SCLK (ockամացույց) - Lineամացույցի ազդանշանի տող:

SS/CS (Slave Select/Chip Select) - տող ՝ վարպետի համար, որը պետք է ընտրի, թե որ ստրուկին է ուղարկվելու տվյալները

Քայլ 7:

*Գործնականում ստրուկների թիվը սահմանափակվում է համակարգի բեռնունակությամբ, ինչը նվազեցնում է վարպետի ՝ լարման մակարդակների միջև ճշգրիտ անցնելու ունակությունը:

Քայլ 8. Ինչպես է աշխատում SPI- ն

THEԱՄԱՈՅԸ

Theամացույցի ազդանշանը համաժամացնում է տվյալների բիթերի ելքը վարպետից մինչև ստրուկի կողմից բիթերի նմուշառում: Յուրաքանչյուր ժամացույցի ցիկլում փոխանցվում է մեկ բիթ տվյալ, ուստի տվյալների փոխանցման արագությունը որոշվում է ժամացույցի ազդանշանի հաճախականությամբ: SPI հաղորդակցությունը միշտ սկսվում է վարպետի կողմից, քանի որ վարպետը կարգավորում և արտադրում է ժամացույցի ազդանշանը:

Communicationանկացած հաղորդակցման արձանագրություն, որտեղ սարքերը կիսում են ժամացույցի ազդանշանը, հայտնի է որպես համաժամանակյա: SPI- ը համաժամանակյա հաղորդակցության արձանագրություն է: Կան նաև ասինքրոն մեթոդներ, որոնք չեն օգտագործում ժամացույցի ազդանշան: Օրինակ, UART հաղորդակցության մեջ երկու կողմերն էլ դրված են նախապես կազմաձևված բաուդ արագության վրա, որը թելադրում է տվյալների փոխանցման արագությունն ու ժամանակը:

Iամացույցի ազդանշանը SPI- ում կարող է փոփոխվել `օգտագործելով ժամացույցի բևեռականության և ժամացույցի փուլի հատկությունները: Այս երկու հատկությունները միասին աշխատում են ՝ որոշելու, թե երբ են բիթերը դուրս գալիս և երբ են դրանք նմուշառվում: Masterամացույցի բևեռականությունը կարող է սահմանվել վարպետի կողմից, որպեսզի թույլ տա բիթերի թողարկում և նմուշառում ժամացույցի ցիկլի բարձրացող կամ ընկնող եզրին: Ockամացույցի փուլը կարող է սահմանվել այնպես, որ ելքը և նմուշառումը տեղի ունենան ժամացույցի ցիկլի առաջին կամ երկրորդ եզրին ՝ անկախ նրանից այն բարձրանում կամ ընկնում է:

Ստրուկների ընտրություն

Վարպետը կարող է ընտրել, թե որ ստրուկի հետ է ուզում խոսել ՝ ստրուկի CS/SS գիծը ցածր լարման մակարդակի վրա դնելով: Պարապ, չփոխանցող վիճակում ստրուկի ընտրության գիծը պահվում է բարձր լարման մակարդակում: Վարորդի վրա կարող են հասանելի լինել բազմաթիվ CS/SS կապեր, ինչը թույլ է տալիս զուգահեռաբար միացնել բազմաթիվ ստրուկների: Եթե առկա է միայն մեկ CS/SS քորոց, մի քանի ստրուկներ կարող են միացվել վարպետին `երիցուկի շղթայով:

ԲԱTԻՆ ՍՏԼՎԱՆԵՐ SPI

կարող է ստեղծվել մեկ տիրոջ և մեկ ստրուկի հետ աշխատելու համար, և այն կարող է ստեղծվել մի քանի ստրուկներով, որոնք վերահսկվում են մեկ տիրոջ կողմից: Տիրոջը բազմաթիվ ստրուկներ միացնելու երկու եղանակ կա: Եթե վարպետն ունի բազմաթիվ ստրուկների ընտրված կապում, ստրուկները կարող են զուգահեռաբար զուգակցվել այսպես.

Քայլ 9:

Քայլ 10:

ՄՈՍԻ ԵՎ ՄԻՍՈ

Վարպետը ստրուկին տվյալներ է ուղարկում բիթ -բիթ, սերիական ՝ MOSI գծի միջոցով: Ստրուկը ստանում է վարպետից ուղարկված տվյալները MOSI կապում: Վարպետից ստրուկին ուղարկվող տվյալները սովորաբար առաջին հերթին ուղարկվում են ամենանշանակալից բիթով: Ստրուկը կարող է նաև տվյալներ հետ ուղարկել տիրոջը MISO տողի միջոցով ՝ սերիական եղանակով: Ստրուկից ետ դեպի տիրոջը ուղարկվող տվյալները սովորաբար առաջին հերթին ուղարկվում են նվազագույն նշանակալի բիթով: SPI ՏՎՅԱԼՆԵՐԻ ՓՈՓՈԽՈԹՅԱՆ ՔԱՅԼԵՐԸ 1. Վարպետը դուրս է բերում ժամացույցի ազդանշանը.

Քայլ 11:

Եթե առկա է միայն մեկ ստրուկի ընտրված քորոց, ստրուկներին կարելի է կապել շղթայված հետևյալ կերպ.

Քայլ 12:

ՄՈՍԻ ԵՎ ՄԻՍՈ

Վարպետը ստրուկին տվյալներ է ուղարկում բիթ -բիթ, սերիական ՝ MOSI գծի միջոցով: Ստրուկը ստանում է վարպետից ուղարկված տվյալները MOSI կապում: Վարպետից ստրուկին ուղարկվող տվյալները սովորաբար առաջին հերթին ուղարկվում են ամենանշանակալից բիթով:

Ստրուկը կարող է նաև տվյալները հետ ուղարկել տիրոջը MISO տողի միջոցով ՝ սերիական եղանակով: Տվյալները, որոնք ուղարկվում են ստրուկից ետ դեպի տիրոջը, սովորաբար առաջին հերթին ուղարկվում են նվազագույն էական բիթով:

SPI ՏՎՅԱԼՆԵՐԻ ՓՈՓՈԽՄԱՆ ՔԱՅԼԵՐ

*Նշում Պատկերները թվարկված են Oboe, որոնք հեշտությամբ կարող եք տարբերակել

1. Վարպետը դուրս է բերում ժամացույցի ազդանշանը.

2. Վարպետը SS/CS կապը միացնում է ցածր լարման վիճակին, որն ակտիվացնում է ստրուկը.

3. Վարպետը տվյալները մեկ առ մեկ ուղարկում է ստրուկին MOSI գծի երկայնքով: Ստրուկը կարդում է բիթերը, երբ դրանք ստացվում են.

4. Եթե պատասխանը անհրաժեշտ է, ստրուկը տվյալները մեկ առ մեկ վերադարձնում է վարպետին MISO գծի երկայնքով: Վարպետը կարդում է բիթերը, երբ դրանք ստացվում են.

Քայլ 13: SPI- ի առավելություններն ու թերությունները

SPI- ի օգտագործումն ունի որոշ առավելություններ և թերություններ, և եթե ընտրվում է տարբեր հաղորդակցման արձանագրությունների միջև ընտրություն, ապա պետք է իմանաք, թե երբ օգտագործել SPI- ն ՝ ձեր նախագծի պահանջներին համապատասխան.

Առավելությունները

Սկսելու և դադարեցնելու բիթեր, այնպես որ տվյալները կարող են անընդհատ հոսել առանց ընդհատումների: Ոչ մի ստրուկի հասցեավորման համակարգ, ինչպիսին է I2C- ը, տվյալների փոխանցման ավելի բարձր արագություն, քան I2C- ն (գրեթե երկու անգամ ավելի արագ) Առանձին MISO և MOSI տողեր, այնպես որ տվյալները կարող են ուղարկվել և ստացվել միաժամանակ ժամանակը

Թերություններ

Օգտագործում է չորս լար (I2C- ն և UART- ը օգտագործում են երկուսը) Ոչ մի հաստատում, որ տվյալները հաջողությամբ ստացվել են (I2C- ն ունի սա) UART- ի պարիտետային բիտերի նման սխալների ստուգման ձև թույլ չի տալիս միայն մեկ վարպետ: Հուսով եմ, որ այս հոդվածը ձեզ ավելի լավ հասկանալու հնարավորություն տվեց: SPI- ի: Շարունակեք այս շարքի երկրորդ մասը ՝ UART- ով պայմանավորված հաղորդակցության մասին սովորելու համար, կամ երրորդ մասը, որտեղ մենք քննարկում ենք I2C արձանագրությունը:

Եթե ունեք որևէ հարց, խնդրում ենք այն ուղղել մեկնաբանությունների բաժնում, մենք այստեղ ենք օգնելու: Եվ անպայման հետևեք

Հարգանքներով ՝ M. Junaid