SPI、I2C、UART、I2S、GPIO、SDIO、CANの概要

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バスはいつもそれに引っかかっています。この世界の信号はすべて同じですが、何千ものバスがあり、それは頭痛の種です。一般的に、バスには、内部バス、システムバス、外部バスのXNUMX種類があります。内部バスは、マイクロコンピュータの周辺チップとプロセッサ間のバスであり、チップレベルでの相互接続に使用されます。一方、システムバスはプラグインボードとマイクロコンピュータのシステムボード間のバスであり、プラグインボードレベルでの相互交換に使用されます。外部バスは、マイコンと外部機器間のバスです。マイクロコンピュータはデバイスとして、バスを介して他のデバイスと情報やデータを交換します。デバイスレベルの相互接続に使用されます。
バスに加えて、複数のバスの集合である、またはそれらが拒否されないいくつかのインターフェースもあります。

1.SPI

SPI（シリアルペリフェラルインターフェイス）：MOTOROLAによって提案された同期シリアルバス方式。高速同期シリアルポート。独立した送信と受信の3〜4線式インターフェースを同期させることができます。

強力なハードウェア機能により広く使用されています。シングルチップマイクロコンピュータで構成されたインテリジェント機器および測定および制御システム。速度要件が高くない場合は、SPIバスモードが適しています。 I / Oポートを節約し、周辺機器の数とシステムのパフォーマンスを向上させることができます。標準のSPIバスは、シリアルクロックライン（SCK）、マスター入力/スレーブ出力ライン（MISO）のXNUMXつのラインで構成されています。マスター出力/スレーブ入力ライン（MOSI）およびチップセレクト信号（CS）。一部のSPIインターフェイスチップには、割り込み信号ラインがあるか、MOSIがありません。

SPIバスは、シリアルクロック（SCLK）、シリアルデータ出力（SDO）、およびシリアルデータ入力（SDI）のXNUMXつの信号ラインで構成されています。 SPIバスは、複数のSPIデバイスの相互接続を実現できます。 SPIシリアルクロックを提供するSPIデバイスはSPIマスターまたはマスターデバイス（マスター）であり、他のデバイスはSPIスレーブまたはスレーブデバイス（スレーブ）です。マスターデバイスとスレーブデバイス間で全二重通信を実現できます。複数のスレーブデバイスがある場合は、スレーブデバイス選択ラインを追加できます。ユニバーサルIOポートを使用してSPIバスをシミュレートする場合は、出力ポート（SDO）、入力ポート（SDI）が必要です。他のポートは、実装されているデバイスのタイプによって異なります。マスタースレーブデバイスを実装する場合は、入力ポートと出力ポートが必要です。、マスターデバイスのみが実現されている場合は、出力ポートで十分です。スレーブデバイスのみが実現されている場合は、入力ポートのみが必要です。

2.I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit）：PHILIPSによって開発されたXNUMX線式シリアルバスで、マイクロコントローラーとその周辺機器を接続するために使用されます。

I2Cバスは、2本のワイヤ（SDAとSCL）を使用して、バスとデバイス間の情報転送、マイクロコントローラと外部デバイス間のシリアル通信、またはマスターデバイスとスレーブデバイス間の双方向データ転送を行います。 I2CはOD出力であり、ほとんどのI2CはXNUMX線式（クロックとデータ）であり、一般に制御信号の送信に使用されます。

I2Cはマルチマスターバスであるため、どのデバイスもマスターのように機能してバスを制御できます。バス上の各デバイスには一意のアドレスがあり、それぞれの機能に応じて、送信機または受信機として機能します。複数のマイクロコントローラが同じI2Cバス上に共存できます。

3.UART

UART：ユニバーサル非同期シリアルポート、標準ボーレートに従った完全な双方向通信、低速。

UARTバスは非同期シリアルポートであるため、通常、最初の16つの同期シリアルポートよりもはるかに複雑です。一般に、ボーレートジェネレータ（生成されたボーレートは送信ボーレートのXNUMX倍に等しい）、UARTレシーバ、およびUARTトランスミッタで構成されます。これは、ハードウェア内のXNUMX本のワイヤーで構成されています。XNUMX本は送信用、もうXNUMX本は受信用です。

UARTは、コンピューターとシリアルデバイスを制御するために使用されるチップです。注意すべき点の232つは、RS-232Cデータ端末デバイスインターフェイスを提供するため、コンピュータがRS-XNUMXCインターフェイスを使用するモデムやその他のシリアルデバイスと通信できることです。インターフェイスの一部として、UARTは次の機能も提供します。

コンピュータから送信されたパラレルデータは、出力シリアルデータストリームに変換されます。コンピューターの外部からのシリアルデータをバイトに変換して、コンピューターの内部でパラレルデータを使用するデバイスで使用できるようにします。出力シリアルデータストリームにパリティビットを追加し、外部から受信したデータストリームに対してパリティチェックを行います。出力データストリームに開始停止マークを追加し、受信したデータストリームから開始停止マークを削除します。キーボードまたはマウスから送信された割り込み信号を処理します（キーボードとマウスもシリアルデバイスです）。コンピュータと外部シリアルデバイスの同期管理の問題を処理できます。一部のハイエンドUARTは、入力データと出力データ用のバッファーも提供します。新しいUARTは16550で、コンピューターがデータを処理する前に、16バイトのデータをバッファーに格納できます。通常のUARTは8250です。内蔵モデムを購入すると、通常、モデム内に16550UARTがあります。

3. 比較 SPI、I2C、UARTの

SPIとI2Cの両方の通信方法は、チップとチップの間、またはセンサーとチップなどの他のコンポーネント間の短距離通信です。 SPIとIICはボード間通信であり、IICはボード間通信も行うことがありますが、距離は非常に短いですが、たとえば、一部のタッチスクリーン、携帯電話のLCDスクリーン、多くの薄膜など、2メートルを超えます。ケーブルはIICを使用し、I2Cは、標準のパラレルバス、さまざまな集積回路、および接続可能な機能モジュールの代わりに使用できます。 I2Cはマルチマスターバスであるため、どのデバイスもマスターのように機能してバスを制御できます。バス上の各デバイスには一意のアドレスがあり、それぞれの機能に応じて、送信機または受信機として機能します。複数のマイクロコントローラが同じIXNUMXCバス上に共存できます。これらのXNUMXつのラインは低速伝送に属しています。

UARTは、デバイスとシングルチップマイクロコンピュータで作られたコンピュータとの間の通信など、100つのデバイス間の通信で使用されます。このような通信は、長距離で行うことができます。 UARTの速度は、上記の10つよりも速く、最大で約XNUMXKです。コンピュータとデバイスの間、またはコンピュータと計算の間の通信に使用されますが、有効範囲はそれほど長くはなく、約XNUMXメートルです。 UARTの利点は、幅広いサポートとプログラム設計構造を備えていることです。簡単に言えば、USBの開発に伴い、UARTは徐々に下り坂になっています。

5.I2S

I2S（Inter-IC Sound Bus）は、フィリップスがデジタルオーディオデバイス間のオーディオデータ伝送用に開発したバス規格です。そのほとんどは3線式であり（クロックとデータに加えて、左右のチャネル選択信号もあります）、I2Sは主にオーディオ信号の送信に使用されます。一般的に使用されるSTB、DVD、MP3など。

I2S規格では、ハードウェアインターフェイスの仕様とデジタルオーディオデータの形式の両方が指定されています。 I2Sには3つの主要な信号があります。1）ビットクロック（BCLK）とも呼ばれるシリアルクロックSCLK。つまり、デジタルオーディオデータの各ビットに対応し、SCLKには1つのパルスがあります。 SCLKの周波数= 2×サンプリング周波数×サンプリングビット数。 2）フレームクロックLRCK（WSとも呼ばれる）は、左右のチャネルのデータを切り替えるために使用されます。「1」のLRCKは、左チャネルのデータが送信されていることを意味し、「0」は、右チャネルのデータが送信されていることを意味します。 LRCKの周波数はサンプリング周波数と同じです。 3）シリアルデータSDATAは、256の補数で表されたオーディオデータです。システムをより適切に同期させるために、マスタークロックと呼ばれる別の信号MCLKを送信する必要がある場合があります。これは、システムクロック（Sys Clock）とも呼ばれ、サンプリング周波数の384倍またはXNUMX倍です。

GPIO（汎用入出力）またはバスエキスパンダー。業界標準のI2C、SMBus、またはSPIインターフェイスを使用してI / Oポートの拡張を簡素化します。

マイクロコントローラまたはチップセットに十分なI / Oポートがない場合、またはシステムがリモートシリアル通信または制御を使用する必要がある場合、GPIO製品は追加の制御および監視機能を提供できます。各GPIOポートは、ソフトウェアによって入力または出力として構成できます。マキシムのGPIO製品ラインには、8ポートから28ポートのGPIOが含まれており、プッシュプル出力またはオープンドレイン出力を提供します。ミニチュア3mmx 3mmQFNパッケージで利用できます。

①低消費電力：GPIOは低消費電力です（μCの動作電流が1μAであるのに対し、約100μA）。

②統合IICスレーブインターフェース：GPIO内蔵IICスレーブインターフェースで、スタンバイモードでもフルスピードで動作します。
　
③小さなパッケージ：GPIOデバイスは最小のパッケージサイズを提供します-3mm x 3mm QFN！

④低コスト：未使用の機能にお金を払う必要はありません！

⑤クイックリスト：追加のコードやドキュメントを書く必要がなく、メンテナンス作業も不要です！　
柔軟な照明制御：内蔵の複数の高解像度PWM出力。

⑥事前に決定可能な応答時間：外部イベントと割り込みの間の応答時間を短縮または決定します。

✓より良い照明効果：均一なディスプレイの明るさを保証するために電流出力を一致させます。

⑧簡単な配線：2つのIICバスまたは3つのSPIバスのみが必要です

SDIOはSDタイプの拡張インターフェースです。 SDカードに接続できるだけでなく、SDIOインターフェースをサポートするデバイスにも接続できます。ソケットの目的は、メモリーカードを挿入することだけではありません。 SDIOインターフェイスをサポートするPDAおよびラップトップは、GPSレシーバー、Wi-FiまたはBluetoothアダプター、モデム、LANアダプター、バーコードリーダー、FMラジオ、TVレシーバー、無線周波数認証リーダー、またはデジタルカメラやSDを使用するその他のデバイスに接続できます。標準インターフェース。

SDIOプロトコルは、SDカードのプロトコルから進化およびアップグレードされています。多くの場所で、SDカードの読み取りおよび書き込みプロトコルが保持されています。同時に、SDIOプロトコルはCMD52およびCMD53コマンドをSDカードプロトコルに追加します。このため、SDIOとSDカードの仕様の重要な違いは、低速規格の追加です。低速カードのターゲットアプリケーションは、低速I / O機能をサポートする最小のハードウェアから始まります。低速カードは、モデム、バーコードスキャナー、GPS受信機などのアプリケーションをサポートします。高速カードは、ネットワークカード、TVカード、「コンボ」カードなどをサポートします。コンビネーションカードは、メモリ+ SDIOを指します。

SDIOとSDカードSPECのもう1つの重要な違いは、低速規格の追加です。 SDIOカードには、SPIと4ビットSD伝送モードのみが必要です。低速カードのターゲットアプリケーションは、最小限のハードウェア支出で低速I / O機能をサポートすることです。低速カードは、モデム、バースキャナー、GPS受信機などのアプリケーションをサポートします。コンビネーションカードの場合、カードの内部メモリとSDIO部分には、フルスピードと25ビット動作が必須の要件です。結合されていないSDIOデバイスでは、最大速度は25Mに達する必要があり、結合されたカードの最大速度はSDカードの最大速度と同じでXNUMXMを超えます。

CAN、フルネームは「コントローラーエリアネットワーク」、つまり、世界で最も広く使用されているフィールドバスのXNUMXつであるコントローラーエリアネットワークです。当初、CANは自動車環境でのマイクロコントローラー通信として設計され、車両内のさまざまな電子制御デバイスECU間で情報を交換し、自動車の電子制御ネットワークを形成していました。たとえば、CAN制御デバイスは、エンジン管理システム、トランスミッションコントローラ、計装機器、および電子バックボーンシステムに組み込まれています。

CANバスで構成される単一のネットワークでは、理論的には無数のノードを接続できます。実際のアプリケーションでは、ノードの数はネットワークハードウェアの電気的特性によって制限されます。たとえば、Philips P82C250をCANトランシーバーとして使用する場合、110ノードを同じネットワークに接続できます。 CANは最大1Mbit / sのデータ伝送速度を提供できるため、リアルタイム制御が非常に簡単になります。さらに、ハードウェアのエラー検証機能は、電磁干渉に抵抗するCANの機能も強化します。

1）マルチマスターモードで動作します。ネットワーク上のどのノードも、マスターとスレーブに関係なく、いつでもネットワーク上の他のノードにアクティブに情報を送信でき、通信モードは柔軟です。

2）ネットワーク上のノードは、さまざまなリアルタイム要件を満たすためにさまざまな優先順位に分割できます。

3）非破壊ビットアービトレーションバス構造メカニズムが採用されています。 XNUMXつのノードが同時にネットワークに情報を送信する場合、優先度の低いノードは積極的にデータ送信を停止し、優先度の高いノードは影響を受けることなくデータを送信し続けることができます。

4）データは、ポイントツーポイント、ポイントツーマルチポイント、グローバルブロードキャストなどのいくつかの送信モードで受信できます。

5）最大直接通信距離は10km（4Kbps未満の速度）に達することができます。

6）通信速度は最大1MB / sに達する可能性があります（現時点で最長距離は40mです）。

どのくらい遠くまで（長い）変換器のカバー？

送信範囲は、多くの要因に依存します。真の距離は、建物やその他の障害物、受信機の感度、受信機のアンテナのような環境を使用して、高さをインストールするアンテナ、アンテナ利得に基づいています。田舎でアンテナより高いと使用したインストール、距離ははるか遠くなります。

【実施例5W FMトランスミッタは、都市と故郷に使用します。

私は彼の故郷でのGPアンテナと米国の顧客の利用5WのFMトランスミッターを持っている、と彼は車でそれをテストし、それが10km（6.21mile）をカバー。

私はそれが5km（2mile）についてカバーし、私の故郷でのGPアンテナと1.24WのFMトランスミッターをテストします。

私はそれだけで5meter（300ft）についてカバーし、広州市のGPアンテナと984WのFMトランスミッターをテストします。

以下は、異なる電力のFMトランスミッタのおおよその範囲です。（範囲は直径です）

0.1W〜5W FMトランスミッター：100M〜1KM

5W〜15W FM Ttransmitter：1KM〜3KM

15W〜80W FMトランスミッター：3KM〜10KM

80W〜500W FMトランスミッター：10KM〜30KM

500W〜1000W FMトランスミッター：30KM〜50KM

1KW〜2KW FMトランスミッター：50KM〜100KM

2KW〜5KW FMトランスミッター：100KM〜150KM

5KW〜10KW FMトランスミッター：150KM〜200KM

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