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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)處理外圍設備以及其他智能設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)電子設備中最重要的部分。在使用許多不同的芯片時，它們的復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)議標準以實現(xiàn)它們之間的通信。想象每個IC或設備是否使用其唯一協(xié)議進行通信。這就像每個人都使用其獨特的語言進行交談一樣。這將是混亂的，因為我們每個人幾乎不可能相互理解。
當前，我們有不同的存儲器IC，數(shù)字傳感器，保護設備，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之間進行通信。設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。或者，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。假設數(shù)據(jù)沒有從一臺設備傳輸?shù)搅硪慌_設備。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)送設備的邏輯中，在其電路設計中，在串行通信中如何編碼，在通信總線中，在接收器進行解碼時，在接收器的電路設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)試設備或IC之間的通信。Saleae Logic系列邏輯分析儀是行業(yè)標準的邏輯分析儀之一，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計都至關重要。從硬件方面，您應該始終仔細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定義的協(xié)議進行通信。設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，如果我們看一下設備的引腳14，標記為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接口進行設計。您需要選擇所需的時間并做出相應的計劃，或者搜索另一個支持更多通信接口的微控制器。當然，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計的復雜性。
盡管通信協(xié)議很多，但最受歡迎的是SPI和I2C。每個協(xié)議都有其應用，通信速度，設計注意事項，優(yōu)點和缺點。