Možno vás zaujíma, ktorý protokol je pre váš projekt najvhodnejší: I2C, SPI alebo UART. Každá možnosť ponúka jedinečné výhody. Rýchlosť, zapojenie, škálovateľnosť a spoľahlivosť zohrávajú pri vašom výbere veľkú úlohu. Napríklad komunikačný protokol I2C vám umožňuje pripojiť veľa zariadení s menším počtom káblov. SPI vám poskytuje rýchly prenos dát. UART funguje dobre pre jednoduché prepojenia typu point-to-point. Pri výbere správneho protokolu sa zamerajte na potreby vášho projektu.
Základy protokolu
Komunikačný protokol I2C
Vidíš I2C komunikačný protokol v mnohých elektronických prvkoch. Je to skratka pre interintegrovaný obvod (inter-integrated circuit). I2C sa používa na pripojenie mnohých zariadení iba dvoma vodičmi. Tieto vodiče sa nazývajú SDA pre dáta a SCL pre hodiny (clock). Komunikačný protokol i2C vám pomáha prepojiť senzory, displeje a pamäťové čipy s mikrokontrolérom. Každé zariadenie má svoju vlastnú adresu. Vďaka tomu je i2C skvelý pre projekty s množstvom súčiastok. I2C nájdete v teplotných senzoroch, hodinách reálneho času a malých obrazovkách. Komunikačný protokol i2C je vhodný pre krátke vzdialenosti a pomalé alebo stredné rýchlosti. Ak pridáte príliš veľa zariadení, i2C sa môže spomaliť.
Tip: Ak chcete použiť menej káblov a pripojiť viacero zariadení, vyberte si komunikačný protokol i2c.
SPI: Sériové periférne rozhranie
Protokol spi sa používa, keď potrebujete veľmi rýchlo prenášať dáta. Protokol spi znamená sériové periférne rozhranie. Zariadenia sa pripájajú pomocou štyroch vodičov: MISO, MOSI, SCK a SS. Protokol spi je najlepší pre krátke vzdialenosti a rýchlu komunikáciu. Často sa používa pre SD karty, senzory a obrazovky, ktoré vyžadujú rýchle aktualizácie. Sériové periférne rozhranie poskytuje stabilný a bezpečný prenos dát. Môžete mať jedno hlavné zariadenie a veľa podriadených zariadení, ale každé zariadenie potrebuje svoj vlastný SS vodič. To robí spi zložitejším ako i2c, keď pridáte viac zariadení. spi sa vyberá, keď je rýchlosť najdôležitejšia vec.
Prehľad UART
Používate UART na jednoduchá komunikácia medzi dvoma osobamiProtokol UART je skratka pre Universal Asynchrónny Receiver/Transmitter (Univerzálny asynchrónny prijímač/vysielač). Dve zariadenia pripájate iba dvoma vodičmi: TX a RX. Protokol UART nepotrebuje hodinový vodič. UART sa často používa na prepojenie mikrokontrolérov a počítačov. Protokol UART funguje dobre na odosielanie dát na veľké vzdialenosti. UART nájdete v moduloch GPS, moduloch Bluetooth a sériových konzolách. Pomocou UART nemôžete pripojiť veľa zariadení, ale poskytuje jednoduché a stabilné pripojenie. UART si vyberiete, keď chcete jednoduché nastavenie a priame prepojenie medzi dvoma zariadeniami.
Poznámka: Každý komunikačný protokol má svoje silné stránky. Mali by ste si vybrať protokol, ktorý vyhovuje potrebám vášho projektu.
Kľúčové rozdiely
Porovnanie rýchlosti
Keď si vyberáte medzi i2c, spi a uart, rýchlosť je veľmi dôležitáKaždý z týchto sériových protokolov spracováva prenos dát rôznymi rýchlosťami. Mali by ste vedieť, ako rýchlo váš projekt potrebuje presúvať dáta.
Protokol | Typický rozsah rýchlosti | Najlepší prípad použitia |
|---|---|---|
i2c | Až 3.4 Mbps | Senzory, displeje, pamäťové čipy |
spi | Až 50 Mbps alebo viac | SD karty, rýchle obrazovky, vysokorýchlostný prenos dát |
uart | Až 1 Mbps (zvyčajne menej) | GPS moduly, Bluetooth, sériové konzoly |
Rozhranie spi vám poskytuje najvyššiu rýchlosť prenosu dát. Používate ho, keď potrebujete vysokorýchlostnú a stabilnú sériovú komunikáciu.
i2c funguje dobre pre prenos dát so strednou rýchlosťou. I2c sa používa, keď pripájate viacero zariadení, ktoré nepotrebujú veľmi rýchle aktualizácie.
UART ponúka pomalšiu sériovú komunikáciu. UART sa používa pre jednoduché sériové spojenia, kde rýchlosť nie je hlavným cieľom.
Tip: Ak váš projekt vyžaduje vysokú rýchlosť, spi je najlepšou voľbou. Pre väčšinu senzorov a malých obrazoviek je i2c dostatočne rýchle. Na základnú sériovú komunikáciu použite uart.
Zapojenie a zložitosť
Musíte sa pozrieť na to, koľko vodičov každý protokol používa. Menej drôtov môže vytvoriť váš projekt sa ľahšie zostavuje a opravuje.
i2c používa na sériovú komunikáciu iba dva vodiče: SDA (dáta) a SCL (hodiny). Pomocou týchto dvoch vodičov pripojíte viacero zariadení.
Rozhranie spi používa štyri hlavné vodiče: MISO, MOSI, SCK a SS. Ak pridáte ďalšie zariadenia, budete potrebovať viac vodičov SS. To robí spi zložitejším pri pripájaní viacerých zariadení.
UART používa dva vodiče: TX a RX. UART sa používa na jednoduché sériové prepojenie medzi dvoma zariadeniami.
Protokol | Počet drôtov | zložitosť |
|---|---|---|
i2c | 2 | Jednoduché pre viacero zariadení |
spi | 4+ | Zložitejšie s viacerými zariadeniami |
uart | 2 | Jednoduché, ale iba pre dve zariadenia |
Poznámka: i2c je najlepšie, keď chcete pripojiť viac zariadení s najmenším počtom káblov. SPI sa stáva zložitejším s pridávaním ďalších zariadení. UART zostáva jednoduchý, ale funguje iba pre sériovú komunikáciu jeden k jednému.
Škálovateľnosť a adresovanie
Mali by ste premýšľať o tom, koľko zariadení chcete pripojiť. Každý protokol spracováva viacero zariadení iným spôsobom.
i2c umožňuje pripojiť viacero zariadení na tie isté dva vodiče. Každé zariadenie má svoju vlastnú adresu. Teoreticky môžete použiť až 127 zariadení, ale skutočné projekty ich používajú menej kvôli obmedzeniam rýchlosti a signálu.
SPI dokáže pripojiť viacero zariadení, ale každé z nich potrebuje vlastný SS kábel. To sťažuje škálovanie, ak chcete pridať veľa zariadení.
UART nepodporuje viacero zariadení na tej istej sériovej linke. Priamo môžete pripojiť iba dve zariadenia.
Protokol | Podpora viacerých zariadení | adresovanie |
|---|---|---|
i2c | Áno (až 127) | Adresované jedinečným ID |
spi | Áno (obmedzené SS kolíkmi) | Vybrané podľa SS linky |
uart | Nie | Iba bod-bod |
Ak potrebujete pripojiť viacero zariadení, i2c je najjednoduchší protokol. SPI funguje pre niekoľko zariadení, ale s väčším počtom je to zložitejšie. UART nie je určený pre viac ako dve zariadenia.
Spoľahlivosť
Chcete, aby vaša sériová komunikácia bola spoľahlivá. Každý protokol má v tejto oblasti silné a slabé stránky.
i2c môže mať problémy so šumom a dlhými káblami. I2c by ste mali používať na krátke vzdialenosti a nízke až stredné rýchlosti.
SPI vám poskytuje silný a stabilný prenos dát. Máte menej problémov so šumom a SPI funguje dobre pre vysoké rýchlosti a krátke káble.
UART je jednoduchý a spoľahlivý pre sériovú komunikáciu medzi bodmi. UART môžete použiť na dlhšie vzdialenosti, ale musíte udržiavať nízku rýchlosť.
Protokol | Spoľahlivosť | Najlepšia vzdialenosť |
|---|---|---|
i2c | Vhodné pre krátke, jednoduché nastavenia | krátky |
spi | Veľmi spoľahlivý pre vysoké rýchlosti | krátky |
uart | Spoľahlivý pre jednoduché odkazy | Dlhé (pri nízkej rýchlosti) |
Pre najspoľahlivejšiu sériovú komunikáciu použite SPI pre vysokú rýchlosť a krátke vodiče. Pre jednoduché sériové spojenia na dlhé vzdialenosti použite UART. I2C použite, keď potrebujete prepojiť viacero zariadení blízko seba.
Klady a zápory
I2C
i2c si často vyberiete, keď chcete vo svojom projekte jednoduchosť. Tento protokol vám umožňuje pripojiť veľa zariadení pomocou iba dvoch vodičov. i2c nájdete v mnohých senzoroch a displejoch. Jednou z hlavných výhod je, že na tú istú zbernicu môžete pridať až 127 zariadení. Pre každé nové zariadenie nepotrebujete ďalšie vodiče. Vďaka tomu je i2c jedným z najlepších komunikačných rozhraní pre projekty s množstvom súčiastok.
i2c má však aj určité nevýhody. Rýchlosť je nižšia ako pri SPI. Pri použití dlhých káblov sa môžu vyskytnúť aj problémy so šumom. Architektúra master-slave znamená, že jedno zariadenie ovláda ostatné. Ak zlyhá master, celý systém sa zastaví. i2c by ste mali používať na krátke vzdialenosti a vtedy, keď chcete jednoduchosť.
Tip: Použite i2c, keď potrebujete pripojiť veľa zariadení a chcete zachovať jednoduchú kabeláž.
SPI
Rozhranie SPI si vyberiete, keď potrebujete vysokú rýchlosť a spoľahlivý prenos dát. Tento protokol používa štyri hlavné vodiče. Získate rýchlu komunikáciu, čo je skvelé pre pamäťové karty a rýchle obrazovky. Rozhranie SPI vám poskytuje stabilný výkon a funguje dobre na krátke vzdialenosti. Mnoho inžinierov nazýva rozhranie SPI jedným z najlepších komunikačných rozhraní z hľadiska rýchlosti.
Nevýhody SPI vyplývajú z kabeláže. S pridávaním ďalších zariadení potrebujete viac vodičov. To robí váš projekt menej jednoduchým. Taktiež potrebujete samostatný vodič pre výber každého zariadenia. SPI používa architektúru master-slave, takže jedno zariadenie ovláda zvyšok. SPI by ste mali používať, keď je rýchlosť dôležitejšia ako jednoduchosť.
Poznámka: SPI je najlepší pre rýchle dáta a niekoľko zariadení, ale zapojenie môže byť zložité.
UART
UART sa používa pre jeho jednoduchosť a jednoduché nastavenie. Tento protokol spája dve zariadenia iba dvoma vodičmi. Nepotrebujete hodinový vodič. UART funguje dobre na dlhé vzdialenosti pri nízkych rýchlostiach. UART sa často vyskytuje v GPS moduloch a Bluetooth prepojeniach. hlavné výhody majú jednoduché zapojenie a jednoduchú komunikáciu.
UART má aj nevýhody. Nemôžete priamo pripojiť viac ako dve zariadenia. Rýchlosť je nižšia ako pri SPI a I2C. Nezískate adresovanie pre viacero zariadení. UART nie je najlepšie komunikačné rozhranie pre veľké projekty, ale vyniká v jednoduchých, bodových prepojeniach.
Tip: Zvoľte UART, ak chcete jednoduchosť a potrebujete pripojiť iba dve zariadenia.
Výber protokolu
Kritériá pre výber
Pri výbere komunikačného protokolu zvážte niekoľko vecí. Najprv sa rozhodnite, koľko zariadení chcete pripojiť. Ak potrebujete prepojiť veľa senzorov alebo čipov, i2c je dobrou voľbou. Používa iba dva vodiče a dokáže spracovať veľa zariadení. Ak váš projekt potrebuje rýchlo prenášať dáta, spi je najlepší z hľadiska rýchlosti a je veľmi spoľahlivý. Pre jednoduché a priame prepojenie medzi dvoma zariadeniami je najjednoduchšie použiť uart.
Tu je rýchly kontrolný zoznam, ktorý vám pomôže s výberom:
Koľko zariadení pripojíte k mikrokontroléru?
Potrebuje váš projekt rýchly presun dát?
Chcete jednoduché zapojenie do vášho systému?
Bude váš projekt fungovať na krátke alebo dlhé vzdialenosti?
Potrebujete silnú a stabilnú komunikáciu?
Tip: Vždy si vyberte protokol, ktorý vyhovuje vášmu projektu. Každý z nich – i2c, spi alebo uart – funguje najlepšie pre rôzne úlohy.
Sprievodca prípadmi použitia
Táto príručka vám pomôže vybrať správny protokol pre váš projekt. Premýšľajte o tom, čo chcete, aby váš mikrokontrolér robil.
Scenár | Najlepší protokol | Prečo? |
|---|---|---|
Mnoho senzorov na jednej zbernici | i2c | Jednoduché zapojenie, podporuje mnoho zariadení |
Rýchla výmena dát s pamäťovými kartami alebo obrazovkami | spi | Vysoká rýchlosť, spoľahlivosť pre vstavané systémy |
Jednoduché prepojenie medzi mikrokontrolérom a GPS | uart | Jednoduché nastavenie, vhodné na dlhé vzdialenosti |
Napríklad, ak si postavíte meteorologickú stanicu s množstvom senzorov, i2c vám to umožní prepojte ich všetkyAk vytvárate dátový záznamník, ktorý potrebuje rýchlo ukladať dáta, SPI je najlepšou voľbou. Ak chcete, aby váš mikrokontrolér komunikoval s modulom Bluetooth, UART to uľahčí.
Pamätajte: Správny protokol pomáha vášmu projektu dobre fungovať a udržiava váš systém jednoduchý.
Teraz viete, ako sa I2C, SPI a UART hodia do rôznych projektov.
Používajte I2C pre mnoho zariadení a jednoduché zapojenie.
Pre rýchly a spoľahlivý prenos dát zvoľte SPI.
Pre jednoduché a priame prepojenia vyberte UART.
Pamätajte: Prispôsobte protokol potrebám vášho projektu. Pri rozhodovaní použite vyššie uvedeného sprievodcu. Ak chcete vytvoriť silnejšie a inteligentnejšie systémy, prečítajte si viac o každom protokole.
Často kladené otázky
Aký je najjednoduchší protokol pre začiatočníkov?
Najjednoduchšie sa vám zdá UART. Potrebujete len dva káble. Jedno zariadenie pripojíte k druhému. Nemusíte nastavovať adresy ani ďalšie káble. Môžete začať rýchlo.
Môžem použiť I2C na komunikáciu na dlhé vzdialenosti?
Nemali by ste používať I2C na dlhé vzdialenosti. I2C funguje najlepšie pre krátke vodiče. Strata signálu a šum môžu spôsobiť problémy, ak používate dlhé káble.
Ako si môžem vybrať medzi SPI a I2C pre viacero zariadení?
Tip: Ak chcete jednoduché zapojenie pre viacero zariadení, použite I2C. Ak potrebujete rýchle dáta a máte len niekoľko zariadení, zvoľte SPI. S pridávaním ďalších zariadení sa správa SPI stáva ťažšou.
Je UART vhodný na pripojenie viac ako dvoch zariadení?
UART nemôžete použiť pre viac ako dve zariadenia na jednej linke. UART podporuje iba prepojenia typu point-to-point. Na to potrebujete ďalší hardvér. pripojiť viac zariadení.
