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技術(shù)專題
串行通信協(xié)議-簡介
串行通信協(xié)議-簡介
我們將研究可用于在微控制器，數(shù)據(jù)產(chǎn)生和數(shù)據(jù)處理外圍設(shè)備以及其他智能設(shè)備之間傳遞信息的一些不同類型的串行通信協(xié)議。串行通信簡介之后的文章將介紹一些常用的較流行的協(xié)議。在本系列的最后，我們將總結(jié)每個優(yōu)點和缺點。我們希望該資源在您下次需要實現(xiàn)串行通信總線時能夠證明是有價值的，從而幫助您根據(jù)自己的特定情況選擇最佳選擇。
如今，數(shù)字電子已成為市場上大多數(shù)電子設(shè)備中最重要的部分。在使用許多不同的芯片時，它們的復(fù)雜操作取決于與其他相似數(shù)字組件之間來回發(fā)送的信息。已經(jīng)創(chuàng)建了通用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以實現(xiàn)它們之間的通信。想象每個IC或設(shè)備是否使用其唯一協(xié)議進(jìn)行通信。這就像每個人都使用其獨特的語言進(jìn)行交談一樣。這將是混亂的，因為我們每個人幾乎不可能相互理解。
當(dāng)前，我們有不同的存儲器IC，數(shù)字傳感器，保護(hù)設(shè)備，可編程電源，數(shù)字電位計，射頻IC等。所有這些器件都需要彼此之間或與微控制器，微處理器，FPGA或ASIC之間進(jìn)行通信。設(shè)備之間這些通信的目的可能會有很大的不同。它可以用于編程以提取信息，提供信號以啟動動作的執(zhí)行。
同樣，某些協(xié)議使人類能夠通過微控制器與IC進(jìn)行交互。您可以將信號發(fā)送到微控制器，該微控制器被編程為通過這些協(xié)議之一將信號發(fā)送到IC?；蛘?，您可以連接調(diào)試可用的工具之一。
串行通信的問題之一是如果出現(xiàn)問題，很難找到并調(diào)試電路。假設(shè)數(shù)據(jù)沒有從一臺設(shè)備傳輸?shù)搅硪慌_設(shè)備。在這種情況下，故障可能存在于以下一個或多個位置：在發(fā)送設(shè)備的邏輯中，在其電路設(shè)計中，在串行通信中如何編碼，在通信總線中，在接收器進(jìn)行解碼時，在接收器的電路設(shè)計中或最終在接收器的邏輯中。將示波器探頭插入串行通信可以使您查看是否有任何活動，但是幾乎看不出其有效性。要完全了解發(fā)生了什么，您將需要具有解碼功能的示波器或邏輯分析儀。
但是，要徹底調(diào)試串行通信，您將需要一個可以對總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼的工具，以查看其是否正確，是否已損壞或受到?jīng)_突的影響。已經(jīng)創(chuàng)建了大量的調(diào)試工具，專門用于調(diào)試設(shè)備或IC之間的通信。Saleae Logic系列邏輯分析儀是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯分析儀之一，Pro模型提供了足夠的速度來分析所有最流行的協(xié)議。
許多低成本的邏輯分析儀太慢，無法處理諸如SPI之類的高速協(xié)議。該LA2016邏輯分析儀提供了Saleae邏輯8和邏輯8 Pro的一個非常低的成本之間的采樣率; 我擁有一個，并且已經(jīng)非常成功地使用它來分析協(xié)議。
同樣，通信協(xié)議的考慮對于固件和硬件設(shè)計都至關(guān)重要。從硬件方面，您應(yīng)該始終仔細(xì)閱讀所選微控制器的數(shù)據(jù)表。MCU只能使用專用引腳與預(yù)定義的協(xié)議進(jìn)行通信。設(shè)計人員將需要在選擇MCU之前決定要使用的IC和所需的協(xié)議。
例如，安裝在流行的STM32 Blue Pill開發(fā)板上的STMicroelectronics STM32F103C8T6器件包括2個I2C，3個USART，2個SPI和1個CAN通信接口。但是，這些通信協(xié)議的某些引腳是共享的。例如，如果我們看一下設(shè)備的引腳14，標(biāo)記為PA4。該引腳同時具有USART和SPI功能。這意味著您不能同時使用所有列出的SPI和USART接口進(jìn)行設(shè)計。您需要選擇所需的時間并做出相應(yīng)的計劃，或者搜索另一個支持更多通信接口的微控制器。當(dāng)然，通過更改操作中的配置，PA4引腳可用于兩種通信協(xié)議。然而，您仍然需要仔細(xì)考慮它將在什么時候使用，因為它們不能同時使用。這將增加硬件和固件設(shè)計的復(fù)雜性。
盡管通信協(xié)議很多，但最受歡迎的是SPI和I2C。每個協(xié)議都有其應(yīng)用，通信速度，設(shè)計注意事項，優(yōu)點和缺點。