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技術(shù)專題
串行通信協(xié)議-簡(jiǎn)介
串行通信協(xié)議-簡(jiǎn)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(jiǎn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。我們希望該資源在您下次需要實(shí)現(xiàn)串行通信總線時(shí)能夠證明是有價(jià)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(chǎng)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(shí)，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(shí)現(xiàn)它們之間的通信。想象每個(gè)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(gè)人都使用其獨(dú)特的語(yǔ)言進(jìn)行交談一樣。這將是混亂的，因?yàn)槲覀兠總€(gè)人幾乎不可能相互理解。
當(dāng)前，我們有不同的存儲(chǔ)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(jì)，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(huì)有很大的不同。它可以用于編程以提取信息，提供信號(hào)以啟動(dòng)動(dòng)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(hào)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(hào)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(tái)設(shè)備傳輸?shù)搅硪慌_(tái)設(shè)備。在這種情況下，故障可能存在于以下一個(gè)或多個(gè)位置：在發(fā)送設(shè)備的邏輯中，在其電路設(shè)計(jì)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(shí)，在接收器的電路設(shè)計(jì)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(dòng)，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(gè)可以對(duì)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(gè)非常低的成本之間的采樣率; 我擁有一個(gè)，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(duì)于固件和硬件設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)I2C，3個(gè)USART，2個(gè)SPI和1個(gè)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(shí)具有USART和SPI功能。這意味著您不能同時(shí)使用所有列出的SPI和USART接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。您需要選擇所需的時(shí)間并做出相應(yīng)的計(jì)劃，或者搜索另一個(gè)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(shí)候使用，因?yàn)樗鼈儾荒芡瑫r(shí)使用。這將增加硬件和固件設(shè)計(jì)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(gè)協(xié)議都有其應(yīng)用，通信速度，設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。