Im Bereich eingebetteter Systeme ist die serielle Kommunikation die am weitesten verbreitete Methode zur Datenübertragung zwischen Geräten und Peripheriegeräten. Was steckt hinter seiner Popularität? Und welche generischen seriellen Port-Protokolle sollte ein Embedded-System-Ingenieur beherrschen? Erlauben Sie RF-star, es zu erklären.
Was ist serielle Kommunikation?
Im Hinblick auf die grundlegende Methodik können Datenübertragungsprotokolle im Allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt werden: parallele Protokolle und serielle Protokolle.
Serielle Protokolle verwenden eine oder zwei Übertragungsleitungen für die Übertragung und den Empfang von Bits. Bits werden nacheinander einzeln über den Computerbus oder Kommunikationskanal übertragen. Parallele Protokolle hingegen übertragen und empfangen Bits mit mehreren parallelen Kanälen gleichzeitig.
Das serielle Kommunikationsprotokoll ist eine einfache und zuverlässige Kommunikationsmethode mit Regeln, die vom Sender und Empfänger befolgt werden. Drei gängige Beispiele für serielle Kommunikationsprotokolle werden in den unterschiedlichsten Anwendungen verwendet.
Serielle Kommunikationsprotokolle UART SPI I2C und Bluetooth UART-Module
Beispiele für serielle Kommunikationsprotokolle: UART, SPI, I2C
Die wichtigsten Arten serieller Kommunikationsprotokolle sind UART, SPI und I2C.
Was ist UART?
UART oder Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ist eines der frühesten und einfachsten seriellen Protokolle zum Austausch serieller Daten zwischen zwei Geräten. Das asynchrone Kommunikationsprotokoll verwendet zum Senden und Empfangen von Daten nur zwei Leitungen, nämlich die Sende- (TX) und die Empfangsleitung (RX).
Über UART verbundene Geräte kommunizieren durch das Senden von Bits mit einer vorgegebenen Baudrate, häufig einschließlich Start-, Stopp- und optionalen Paritätsbits. UART-Geräte verwenden kein gemeinsames Taktsignal. Stattdessen müssen sie sich auf die Baudrate und das Datenformat einigen.
Viele Entwickler nutzen UART aufgrund seiner einfachen Einrichtung, benutzerfreundlichen Oberfläche und Erschwinglichkeit für drahtlose Verbindungen und Computerverarbeitung.
Was ist SPI?
SPI steht für Serial Peripheral Interface, ein serielles Kommunikationsprotokoll, das häufig in eingebetteten Systemen für den schnellen Datenaustausch zwischen mehreren Geräten am Bus verwendet wird. Über SPI kommunizierende Geräte befinden sich in einer Master-Slave-Architektur, bei der mehrere Slave-Geräte mit einem einzigen Master-Gerät verbunden sind. Darüber hinaus unterstützt die SPI-Kommunikation die Vollduplex-Kommunikation, was bedeutet, dass sowohl der Master als auch der Slave gleichzeitig Daten senden und empfangen können.
Im Gegensatz zu anderen Kommunikationsprotokollen wie UART oder I2C verfügt SPI über kein vordefiniertes Protokoll und keine festen Kommunikationsparameter. Diese Flexibilität macht SPI ideal für Daten-Streaming-Anwendungen, die Echtzeit- oder Datenkommunikation mit hoher Bandbreite erfordern.
Klicken Sie hier, um weitere Informationen zu UART- und SPI-Schnittstellen zu erhalten .
Was ist I2C?
I2C (kurz für Inter-Integrated Circuit), auch bekannt als I2C oder IIC, ist ein synchroner serieller Multi-Master/Multi-Slave-Kommunikationsbus. Es handelt sich um einen bidirektionalen seriellen Zweidrahtbus, der serielle Taktleitungen (SCL) und serielle Datenleitungen (SDA) verwendet, um Daten Stück für Stück zwischen mehreren Geräten zu senden und zu verwalten. Mit I2C können mehrere Slaves mit einem einzigen Master verbunden werden (wie SPI) und mehrere Master können einzelne oder mehrere Slaves steuern.
I2C bietet extreme Skalierbarkeit und Flexibilität beim Anschluss zahlreicher Geräte. Es hat jedoch einige Nachteile. Es arbeitet im Vergleich zu SPI langsamer und die Takt- und Datenleitungen erfordern Pull-up-Widerstände. I2C beinhaltet außerdem eine komplexere Logik und Fehlerbehandlung sowie potenzielle Probleme wie Buskonflikte und Rauschstörungen.
Welches ist das beste serielle Kommunikationsprotokoll, UART, SPI, I2C? Leider gibt es kein definitiv optimales serielles Kommunikationsprotokoll, da jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat. Die Tabelle zum Vergleich der UART-, SPI- und I2C-SPI-Kommunikation zeigt direkt ihre verschiedenen Vor- und Nachteile und Funktionen, um Ihnen die Auswahl der möglichen Kommunikation zu erleichtern.
Vergleich der UART-, SPI- und I2C-, SPI-Kommunikation
Wenn Sie bei der Auswahl eines geeigneten seriellen Protokolls unsicher sind, empfehlen wir Ihnen die folgenden Tipps:
- Wenn Sie der Datenübertragungsgeschwindigkeit Priorität einräumen, wäre SPI das schnellste serielle Kommunikationsprotokoll.
- Wenn die drahtlose Kommunikation mehrere Geräte verbinden und gleichzeitig die Einrichtung relativ einfach halten soll, wäre I2C die bevorzugte Wahl.
- Wenn Ihr Projekt lediglich darauf abzielt, Daten transparent zwischen zwei Geräten zu übertragen, ist UART die einfachste und kostengünstigste Lösung, insbesondere für Anwendungen mit begrenzten Hardwareressourcen.
Beispiele für Bluetooth-UART-Module
Das RF-Star-Funkmodul nutzt die 2,4-GHz-Seriell-Port-Technologie und kann über eine transparente Übertragungskommunikation mit dem UART-Protokoll verfügen, um Daten gleichzeitig zu übertragen. Darüber hinaus ermöglichen Ihnen die umfangreichen AT-Befehle, die Entwicklungszeit zu verkürzen und die Veröffentlichung des Endprodukts zu beschleunigen.
Hier sind die hochwertigen Bluetooth-UART-Module aufgelistet.
Drahtlose HF-Module der Serie CC2340R5
Die drahtlosen HF-Module der RF-BM-2340Xx-Serie basieren alle auf den drahtlosen SimpleLink-MCUs CC2340R5 und unterstützen Bluetooth 5.3 Low Energy, ZigBee 3.0, SimpleLinkTM TI 15.4-Stack und ein proprietäres System. Alle RF-Star CC2340R5-Module sind mit dem transparenten Übertragungsprotokoll BLE5.0 UART ausgestattet. Darüber hinaus verfügen die CC2340R5-Seriell-Port-Module über mehrere umfangreiche Antennenversionen (z. B. PCB, IPEX, Chip) mit unterschiedlichen Abmessungen. Sie eignen sich gut für tragbare medizinische, Automobil-, neue Energie-, Industrie- und Unterhaltungselektronikanwendungen.
Bluetooth-Low-Energy-Module der CC264x-Serie
Die BLE-Module der RF-star CC264x-Serie, die in die MCUs CC2642R und CC2640R von TI eingebettet sind, sind außerdem mit dem transparenten UART-Übertragungsprotokoll BLE5.0 vorprogrammiert. Der Unterschied liegt in der Rolle von CC2640R und CC2642R. Im UART-Protokoll können die CC2642R Bluetooth Low Energy-Module RF-BM-2642B1 und RF-BM-2642B2 gleichzeitig den Master-Slave-Modus unterstützen, während die CC2640R Low-Power-Bluetooth-Module je nach Bedarf entweder als Master- oder Slave-Gerät arbeiten können zu den Bewerbungsvoraussetzungen. Aufgrund ihrer stabilen Leistung und geringen Kosten genießen die Module der CC264x-Serie große Anerkennung in den Bereichen Werbung, Peilung und Bluetooth-Mesh-Netzwerke.
Bluetooth LE5.3-Module der Serie EFR32BG22
Die
Module der EFR32BG22-Serie basieren auf den BG22-SoCs von Silicon Labs und unterstützen BLE 5x Low Energy, BLE Mesh, AoA/AoD und ein proprietäres Protokoll.
Sie sind alle mit einem seriellen Kommunikationsprotokoll (UART) und einem I2C-Kommunikationsprotokoll vorprogrammiert . Sie können als mehrere Master und Slaves gleichzeitig kommunizieren. Die Mehrfachverbindungsfunktion, der klassenbeste extrem niedrige Stromverbrauch und die umfangreichen AT-Befehlsfunktionen machen die BLE-Master-Slave-Module flexibel und skalierbar in verschiedenen Anwendungen.
BLE-Module der nRF52-Serie
Die BLE-Module der nRF52-Serie von RF-star umfassen diese drahtlosen HF-Module, die auf den integrierten Chips Nordic nRF52805, nRF52810 und nRF52832 basieren. Die Module nRF52810 RF-BM-ND04Cx und RF-BM-ND08Cx können nur als Slave-Gerät im transparenten Übertragungsprotokoll BLE5.0 UART betrieben werden. Stattdessen sind die Module nRF52832 RF-BM-ND04x und RF-BM-ND08 als Master-Slave-Bluetooth-Module konzipiert und arbeiten sogar als Master und mehrere Slaves. Die Multiprotokollmodule der nRF52840-Serie sind bereits mit dem Protokoll BLE5.0 Serial Port (UART) ausgestattet.
Zusammenfassung
RF-Star-Funkmodule, insbesondere Bluetooth Low Energy-Module, sind in das transparente Übertragungsprotokoll BLE UART integriert. Mithilfe der seriellen Portmodule können Ihre Endprodukte einfach und direkt in den eingebetteten Systemen kommunizieren. Wenn Ihr Projekt eine SPI- oder I2C-Kommunikation erfordert, bietet RF-star gerne eine maßgeschneiderte drahtlose Kommunikationslösung an.
