著者 | 黃強
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今日、読者から次のような質問があったと思います。マイクロコントローラーを扱うにはどのような通信技術知識を習得する必要がありますか?
テクノロジーの発展に伴い、通信技術はますます増えていますが、組み込み分野では、一般的な通信技術は実はそれほど多くなく、UART、I²C、SPI、CAN、USB、TCP/IP などが代表的です。
言うは易し、言うは難しのコミュニケーション技術ですが、ここでは初心者の視点から基本的な内容を簡単に紹介します。
一般的な通信技術
UART
UART:ユニバーサル非同期レシーバー/トランスミッター、ユニバーサル非同期レシーバーおよびトランスミッター。
USART:ユニバーサル同期/非同期レシーバー/トランスミッター、ユニバーサル同期/非同期シリアル レシーバー/トランスミッター。
USART は、UART と USRT の 2 つが 1 つになった通信インターフェイスとして理解でき、一方は同期通信、もう一方は非同期通信です。
I²C
I²C: Inter-Integrated Circuit、文字通り集積回路間を意味します。実際には I²C Bus の略称で、中国語では集積回路バスと呼ぶべきです。シリアル通信バスです。
SPI
SPI: Serial Peripheral Interface、シリアル ペリフェラル インターフェイスは、高速、全二重、同期通信バスです。
QSPIは Queued SPI の略で、Motorola が発売した SPI インターフェイスを拡張したもので、SPI よりも広く使用されています。
QSPI は SPI プロトコルをベースにキュー送信機構を追加したもので、送信処理に CPU の介入が不要となり、送信効率が大幅に向上します。
できる
CAN:コントローラー エリア ネットワーク、コントローラー エリア ネットワーク。
CAN バスは広く使用されているフィールド バスであり、産業用計測および制御や産業オートメーションなどの分野で大きな応用が期待されています。
USB
USB:ユニバーサル シリアル バス、ユニバーサル シリアル バス。
USBは、コンピュータと外部機器との間の接続および通信を標準化するための外部バス規格であり、PC分野で応用されているインターフェース技術です。
TCP/IP
TCP/IP:伝送制御プロトコル/インターネット プロトコル、伝送制御プロトコル/インターネット プロトコル。
TCP/IP は伝送プロトコルであり、もちろん主にインターネット ネットワークを指しますが、TCP/IP は伝送プロトコルの最も重要な層です。
もちろん、これらは一般的な通信技術であり、有線、無線の通信技術は数多くありますので、ここでは詳しく説明しません。
通信原理
これらの一般的なシリアル方式の基本的な通信原理は難しくなく、オンライン チュートリアルも多数ありますので、ここではそれらをまとめて説明します。
UART
UART通信は通常3線式ですが、もちろん単線半二重モードもあります。
UART接続方式：
UART通信データフォーマット：
このセクションの詳細については、「通信チュートリアル 01」のシリアル通信の章を参照してください。
I²C
I²C はシリアル同期通信方式で、通常は 2 つのライン (SDA データ ライン、SCL クロック ライン)、1 つのマスターと複数のスレーブで構成されます。
I2C接続方法：
SDA（シリアルデータライン）とSCL（シリアルクロックライン）は双方向I/Oラインであり、インターフェース回路はオープンドレイン出力です。プルアップ抵抗を介して電源 VCC に接続する必要があります。バスが空いているとき。両方のラインはハイレベルであり、バスに接続される外部デバイスはすべて CMOS デバイスであり、出力段もオープンドレイン回路です。バスで消費される電流は非常に小さいです。
I2C は通常、アドレス + データ + ACK モードであり、基本的なデータ形式は次のとおりです。
SPI
SPI は広く使用されており、マイクロコントローラーとシフト レジスタ、センサー、SD カードなどの小型周辺機器の間でデータを送信するためのインターフェイス バスとしてよく使用されます。
SPI 通信は主に 3 つの回線 (SCK、MOSI、MISO) を通信に使用します。
ただし、SPI はマルチスレーブ通信にも使用されるため、CS チップセレクト信号線が余分に発生します。
マルチスレーブ配線方式：
もちろん、I2C に似たマルチスレーブ デバイスもあり、次のアドレス指定によって実装されます。
SPI 通信プロトコルは I2C よりもはるかに単純で、過度のデータ処理は必要ありません。
できる
CAN 通信は、前の 3 つよりも複雑なローカル エリア ネットワークであり、ハードウェア プロトコルとソフトウェア プロトコルの両方がより複雑です。
ここでは詳細には触れませんが、公開アカウントの返信 [ CANOpen シリーズ チュートリアル]をフォローしてください。これには、基盤となるハードウェア、プロトコルから上位層のソフトウェアに至るまで、CAN に関する詳細な内容が含まれています。
USB
USB は一般的なシリアル通信インターフェイスで、主に 4 線 (D+ D- VCC GND) です。
USB デバイス側の D- または D+ データ ラインは、1.5K オームのプルアップ抵抗に接続されています。デバイスが PC に接続されると、PC の D- または D+ 端子の電圧がプルアップされ、PC は D- または D+ 端子のハイレベルを検出すると、デバイスが挿入されたことを認識します。
PC の D- 端子を High にすると USB 低速デバイスが接続され、PC の D+ 端子を High にすると USB フルスピードまたはハイスピード デバイスが接続されます。 -speed device か high-speed device かは、PC と USB デバイスのパケット送信とハンドシェイクによって決まります。
USB 伝送速度には、低速 1.5Mbps (USB1.0 プロトコル)、フルスピード 12Mbps (USB1.1 プロトコル)、高速 480Mbps (USB2.0 プロトコル)、超高速 5Gbps (USB3.0 プロトコル) が含まれます。 ）など。
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