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SPI, I2C, UART, I2S, GPIO, SDIO, CAN,이 기사 읽기
버스는 항상 갇혀 있습니다. 이 세상의 신호는 모두 똑같지 만 수천 개의 버스가있어 골칫거리입니다. 일반적으로 내부 버스, 시스템 버스 및 외부 버스의 세 가지 종류의 버스가 있습니다. 내부 버스는 마이크로 컴퓨터의 주변 칩과 프로세서 사이의 버스로, 칩 수준에서 상호 연결하는 데 사용됩니다. 시스템 버스는 마이크로 컴퓨터의 플러그인 보드와 시스템 보드 사이의 버스이며 플러그인 보드 수준에서 상호 교환을 위해 사용됩니다. 외부 버스는 마이크로 컴퓨터와 외부 장치 사이의 버스입니다. 장치로서 마이크로 컴퓨터는 버스를 통해 다른 장치와 정보 및 데이터를 교환합니다. 장치 수준 상호 연결에 사용됩니다.
버스 외에도 여러 버스의 모음 인 일부 인터페이스가 있거나 거부되지 않습니다.
1. SPI
SPI (Serial Peripheral Interface) : MOTOROLA에서 제안한 동기식 직렬 버스 방식. 고속 동기 직렬 포트. 3-4 선 인터페이스, 독립적 인 송수신, 동기화 가능.
강력한 하드웨어 기능으로 인해 널리 사용됩니다. 단일 칩 마이크로 컴퓨터로 구성된 지능형 계측기 및 측정 및 제어 시스템에서. 속도 요구 사항이 높지 않은 경우 SPI 버스 모드를 선택하는 것이 좋습니다. I / O 포트를 절약하고 주변 장치 수와 시스템 성능을 향상시킬 수 있습니다. 표준 SPI 버스는 직렬 클럭 라인 (SCK), 마스터 입력 / 슬레이브 출력 라인 (MISO)의 XNUMX 개 라인으로 구성됩니다. 마스터 출력 / 슬레이브 입력 라인 (MOSI) 및 칩 선택 신호 (CS). 일부 SPI 인터페이스 칩에는 인터럽트 신호 라인이 있거나 MOSI가 없습니다.
SPI 버스는 직렬 클럭 (SCLK), 직렬 데이터 출력 (SDO) 및 직렬 데이터 입력 (SDI)의 세 가지 신호 라인으로 구성됩니다. SPI 버스는 여러 SPI 장치의 상호 연결을 실현할 수 있습니다. SPI 직렬 클럭을 제공하는 SPI 장치는 SPI 마스터 또는 마스터 장치 (마스터)이고 다른 장치는 SPI 슬레이브 또는 슬레이브 장치 (슬레이브)입니다. 마스터와 슬레이브 장치간에 전이중 통신을 실현할 수 있습니다. 여러 슬레이브 장치가있는 경우 슬레이브 장치 선택 라인을 추가 할 수 있습니다. 범용 IO 포트를 사용하여 SPI 버스를 시뮬레이션하는 경우 출력 포트 (SDO), 입력 포트 (SDI)가 있어야하며 다른 포트는 구현 된 장치 유형에 따라 다릅니다. 마스터-슬레이브 장치를 구현하려면 입력 및 출력 포트가 필요합니다. , 마스터 장치 만 실현되면 출력 포트로 충분합니다. 슬레이브 장치 만 실현되는 경우 입력 포트만 필요합니다.
2. I2C
I2C (Inter-Integrated Circuit) : PHILIPS에서 개발 한 XNUMX 선 직렬 버스로, 마이크로 컨트롤러와 주변 장치를 연결하는 데 사용됩니다.
I2C 버스는 버스와 장치 간 정보 전송, 마이크로 컨트롤러와 외부 장치 간의 직렬 통신 또는 마스터 장치와 슬레이브 장치 간의 양방향 데이터 전송을 위해 두 개의 와이어 (SDA 및 SCL)를 사용합니다. I2C는 OD 출력이고 대부분의 I2C는 2 선 (클럭 및 데이터)으로 일반적으로 제어 신호를 전송하는 데 사용됩니다.
I2C는 다중 마스터 버스이므로 모든 장치가 마스터처럼 작동하고 버스를 제어 할 수 있습니다. 버스의 각 장치에는 고유 한 주소가 있으며 고유 한 기능에 따라 송신기 또는 수신기로 작동 할 수 있습니다. 여러 마이크로 컨트롤러가 동일한 I2C 버스에 공존 할 수 있습니다.
3. UART
UART : 범용 비동기 직렬 포트, 표준 전송 속도, 느린 속도에 따라 완전한 양방향 통신.
UART 버스는 비동기 직렬 포트이므로 일반적으로 처음 두 개의 동기 직렬 포트보다 훨씬 더 복잡합니다. 일반적으로 보 레이트 생성기 (생성 된 보 레이트는 전송 보 레이트의 16 배), UART 수신기 및 UART 송신기로 구성됩니다. 하드웨어에있는 두 개의 와이어로 구성됩니다. 하나는 송 신용이고 다른 하나는 수 신용입니다.
UART는 컴퓨터 및 직렬 장치를 제어하는 데 사용되는 칩입니다. 한 가지주의 할 점은 컴퓨터가 RS-232C 인터페이스를 사용하는 모뎀 또는 기타 직렬 장치와 통신 할 수 있도록 RS-232C 데이터 터미널 장치 인터페이스를 제공한다는 것입니다. 인터페이스의 일부로 UART는 다음 기능도 제공합니다.
컴퓨터에서 전송 된 병렬 데이터는 출력 직렬 데이터 스트림으로 변환됩니다. 컴퓨터 외부의 직렬 데이터를 컴퓨터 내부의 병렬 데이터를 사용하는 장치에서 사용할 수 있도록 바이트로 변환합니다. 출력 직렬 데이터 스트림에 패리티 비트를 추가하고 외부에서 수신 한 데이터 스트림에 대해 패리티 검사를 수행합니다. 출력 데이터 스트림에 시작-중지 표시를 추가하고 수신 된 데이터 스트림에서 시작-중지 표시를 삭제합니다. 키보드 또는 마우스가 보낸 인터럽트 신호를 처리합니다 (키보드와 마우스도 직렬 장치 임). 컴퓨터와 외부 시리얼 장치의 동기화 관리 문제를 처리 할 수 있습니다. 일부 고급 UART는 입력 및 출력 데이터 용 버퍼도 제공합니다. 최신 UART는 16550으로 컴퓨터가 데이터를 처리하기 전에 버퍼에 16 바이트의 데이터를 저장할 수 있습니다. 일반적인 UART는 8250입니다. 이제 내장 모뎀을 구입하면 일반적으로 모뎀 내부에 16550 UART가 있습니다.
3. 비교 SPI, I2C 및 UART의
SPI 및 I2C 통신 방법은 모두 칩과 칩 간 또는 센서와 칩과 같은 다른 구성 요소 간의 근거리 통신입니다. SPI 및 IIC는 보드 간 통신이며 IIC는 때때로 보드 간 통신도 수행하지만 거리는 매우 짧지 만 2 미터 이상 (예 : 일부 터치 스크린, 휴대폰 LCD 화면, 많은 박막) 케이블은 IIC를 사용하고 I2C는 표준 병렬 버스, 다양한 집적 회로 및 연결할 수있는 기능 모듈을 대체하는 데 사용할 수 있습니다. I2C는 다중 마스터 버스이므로 모든 장치가 마스터처럼 작동하고 버스를 제어 할 수 있습니다. 버스의 각 장치에는 고유 한 주소가 있으며 고유 한 기능에 따라 송신기 또는 수신기로 작동 할 수 있습니다. 여러 마이크로 컨트롤러가 동일한 IXNUMXC 버스에 공존 할 수 있습니다. 이 두 회선은 저속 전송에 속합니다.
UART는 단일 칩 마이크로 컴퓨터로 만든 장치와 컴퓨터 간의 통신과 같이 두 장치 간의 통신에 사용됩니다. 이러한 통신은 장거리에서 수행 될 수 있습니다. UART 속도는 위의 두 가지 속도보다 최대 약 100K입니다. 컴퓨터와 장치 또는 컴퓨터와 계산간에 통신하는 데 사용되지만 유효 범위는 약 10 미터로 그리 길지 않습니다. UART의 장점은 광범위한 지원과 프로그램 설계 구조가 있다는 것입니다. 간단히 말해서, USB의 개발과 함께 UART는 점차 하락세를 보이고 있습니다.
5. I2S
I2S (Inter-IC Sound Bus)는 디지털 오디오 장치 간의 오디오 데이터 전송을 위해 Philips에서 개발 한 버스 표준입니다. 대부분 3 선식 (클럭 및 데이터 외에 좌우 채널 선택 신호도 있음) I2S는 주로 오디오 신호를 전송하는 데 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 STB, DVD, MP3 등.
I2S 표준에서는 하드웨어 인터페이스 사양과 디지털 오디오 데이터 형식이 모두 지정됩니다. I2S에는 3 개의 주요 신호가 있습니다. 1) 비트 클럭 (BCLK)이라고도하는 직렬 클럭 SCLK, 즉 디지털 오디오 데이터의 각 비트에 해당하는 SCLK에는 1 개의 펄스가 있습니다. SCLK의 주파수 = 2 × 샘플링 주파수 × 샘플링 비트 수. 2) 프레임 클럭 LRCK (WS라고도 함)는 왼쪽 및 오른쪽 채널의 데이터를 전환하는 데 사용됩니다. LRCK가 "1"이면 왼쪽 채널의 데이터가 전송 중임을 의미하고 "0"은 오른쪽 채널의 데이터가 전송 중임을 의미합니다. LRCK의 주파수는 샘플링 주파수와 같습니다. 3) 직렬 데이터 SDATA는 256의 보수로 표현 된 오디오 데이터입니다. 때로는 시스템을 더 잘 동기화하기 위해 샘플링 주파수의 384 배 또는 XNUMX 배인 시스템 클록 (Sys Clock)이라고도하는 마스터 클록이라고하는 또 다른 신호 MCLK가 전송되어야합니다.
6. 지피오
산업 표준 I2C, SMBus 또는 SPI 인터페이스를 사용하여 I / O 포트 확장을 단순화하는 GPIO (범용 입력 출력) 또는 버스 확장기.
마이크로 컨트롤러 또는 칩셋에 I / O 포트가 충분하지 않거나 시스템이 원격 직렬 통신 또는 제어를 사용해야하는 경우 GPIO 제품은 추가 제어 및 모니터링 기능을 제공 할 수 있습니다. 각 GPIO 포트는 소프트웨어에서 입력 또는 출력으로 구성 할 수 있습니다. Maxim의 GPIO 제품 라인에는 푸시 풀 출력 또는 오픈 드레인 출력을 제공하는 8 포트 ~ 28 포트 GPIO가 포함됩니다. 소형 3mm x 3mm QFN 패키지로 제공됩니다.
(1) GPIO (포트 확장기)의 장점 :
① 저전력 소비 : GPIO는 소비 전력이 낮습니다 (약 1μA, μC의 작동 전류는 100μA).
② 통합 IIC 슬레이브 인터페이스 : GPIO 내장 IIC 슬레이브 인터페이스, 대기 모드에서도 최대 속도로 작동 할 수 있습니다.
③ 소형 패키지 : GPIO 장치는 가장 작은 패키지 크기 3mm x 3mm QFN을 제공합니다!
④ 저렴한 비용 : 사용하지 않는 기능에 대해 비용을 지불 할 필요가 없습니다!
⑤ 빠른 목록 : 추가 코드, 문서를 작성할 필요가 없으며 유지 보수 작업이 필요 없습니다!
유연한 조명 제어 : 내장 된 다중 고해상도 PWM 출력.
⑥ 사전 결정 가능한 응답 시간 : 외부 이벤트와 인터럽트 간의 응답 시간을 단축하거나 결정합니다.
⑦ 더 나은 조명 효과 : 균일 한 디스플레이 밝기를 보장하기 위해 일치하는 전류 출력.
⑧ 간단한 배선 : 2 개의 IIC 버스 또는 3 개의 SPI 버스 만 필요
7. SDIO
SDIO는 SD 유형 확장 인터페이스입니다. SD 카드에 연결할 수있을뿐만 아니라 SDIO 인터페이스를 지원하는 장치에도 연결할 수 있습니다. 소켓의 목적은 메모리 카드를 삽입하는 것 뿐만이 아닙니다. SDIO 인터페이스를 지원하는 PDA 및 노트북은 GPS 수신기, Wi-Fi 또는 Bluetooth 어댑터, 모뎀, LAN 어댑터, 바코드 판독기, FM 라디오, TV 수신기, 무선 주파수 인증 판독기 또는 SD를 사용하는 디지털 카메라 및 기타 장치에 연결할 수 있습니다. 표준 인터페이스.
SDIO 프로토콜은 SD 카드의 프로토콜에서 진화 및 업그레이드되었습니다. 많은 곳에서 SD 카드의 읽기 및 쓰기 프로토콜을 유지합니다. 동시에 SDIO 프로토콜은 CMD52 및 CMD53 명령을 SD 카드 프로토콜에 추가합니다. 이 때문에 SDIO와 SD 카드 사양의 중요한 차이점은 저속 표준의 추가입니다. 저속 카드의 대상 애플리케이션은 저속 I / O 기능을 지원하는 가장 작은 하드웨어에서 시작됩니다. 저속 카드는 모뎀, 바코드 스캐너 및 GPS 수신기와 같은 애플리케이션을 지원합니다. 고속 카드는 네트워크 카드, TV 카드 및 "콤보"카드 등을 지원합니다. 조합 카드는 메모리 + SDIO를 의미합니다.
SDIO와 SD 카드 SPEC의 또 다른 중요한 차이점은 저속 표준의 추가입니다. SDIO 카드에는 SPI 및 1 비트 SD 전송 모드 만 필요합니다. 저속 카드의 목표 응용 프로그램은 최소한의 하드웨어 비용으로 저속 I / O 기능을 지원하는 것입니다. 저속 카드는 모뎀, 바 스캐너 및 GPS 수신기와 같은 애플리케이션을 지원합니다. 조합 카드의 경우 최대 속도 및 4BIT 작동은 카드의 내부 메모리 및 SDIO 부분에 대한 필수 요구 사항입니다. 결합되지 않은 SDIO 장치에서 최대 속도는 25M에 도달해야하며 결합 된 카드의 최대 속도는 25M보다 높은 SD 카드의 최대 속도와 동일합니다.
8. 수
CAN의 전체 이름은 "Controller Area Network", 즉 세계에서 가장 널리 사용되는 필드 버스 중 하나 인 Controller Area Network입니다. 처음에 CAN은 자동차 환경에서 마이크로 컨트롤러 통신으로 설계되어 차량의 다양한 전자 제어 장치 ECU간에 정보를 교환하여 자동차 전자 제어 네트워크를 형성했습니다. 예를 들어, CAN 제어 장치는 엔진 관리 시스템, 변속기 컨트롤러, 계측 장비 및 전자 백본 시스템에 내장되어 있습니다.
CAN 버스로 구성된 단일 네트워크에서 이론적으로 수많은 노드를 연결할 수 있습니다. 실제 애플리케이션에서 노드 수는 네트워크 하드웨어의 전기적 특성에 의해 제한됩니다. 예를 들어, Philips P82C250을 CAN 트랜시버로 사용하는 경우 110 개의 노드를 동일한 네트워크에 연결할 수 있습니다. CAN은 최대 1Mbit / s의 데이터 전송 속도를 제공 할 수 있으므로 실시간 제어가 매우 쉽습니다. 또한 하드웨어의 오류 확인 기능은 전자기 간섭에 저항하는 CAN의 능력을 향상시킵니다.
CAN 버스의 특징 :
1) 다중 마스터 모드에서 작동 할 수 있습니다. 네트워크의 모든 노드는 마스터와 슬레이브에 관계없이 언제든지 네트워크의 다른 노드에 정보를 능동적으로 보낼 수 있으며 통신 모드는 유연합니다.
2) 네트워크의 노드는 서로 다른 실시간 요구 사항을 충족하기 위해 서로 다른 우선 순위로 나눌 수 있습니다.
3) 비파괴 비트 중재 버스 구조 메커니즘이 채택되었습니다. 두 노드가 동시에 네트워크에 정보를 전송할 때 우선 순위가 낮은 노드는 데이터 전송을 능동적으로 중지하고 우선 순위가 높은 노드는 영향을받지 않고 계속해서 데이터를 전송할 수 있습니다.
4) 데이터는 지점 간, 지점 간 및 글로벌 브로드 캐스트의 여러 전송 모드로 수신 할 수 있습니다.
5) 최대 직접 통신 거리는 10km (4Kbps 이하 속도)에 도달 할 수 있습니다.
6) 통신 속도는 최대 1MB / s까지 가능합니다 (현재 최장 거리는 40m).
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