INTERFEJSY SZEREGOWE

1
INTERFEJSY SZEREGOWE

• UART 1-WIRE SPI I²C RS-232

2
UART(Universal Asynchronous Receiver and
Transmitter)

• W skrócie jest to obwód zintegrowany uzywany do
• asynchronicznego przekazywania i odbierania
  informacji poprzez
• port szeregowy, czyli wykorzystuje on szeregowa
  transmisje
• danych tzn. bit po bicie. Zawiera on konwerter
  typu parallel-to
• serial sluzacy do konwersji danych przesylanych z
  komputera
• i serial-to-parallel do konwersji danych
  przychodzacych do
• komputera poprzez port szeregowy. UART zawiera
  takze bufor do
• tymczasowego gromadzenia danych w przypadku
  szybkiej
• transmisji. Obok UART stworzony zostal równiez
• USART i rózni sie on tym, ze transmisja moze
  odbywac sie w sposób
• asynchroniczny jaki i synchroniczny. Port
  szeregowy w
• mikrokontrolerze 8051 moze pracowac
  asynchronicznie i
• synchronicznie.

3
A co to znaczy asynchronicznie lub synchronicznie?
4
Odbieranie i wysylanie danych przez port szeregowy

• Port szeregowy wysyla i odbiera dane w postaci
• bajtów (8-bitowych slów danych). Konwersja
• danej wyslanej lub odebranej przez procesor z
• postaci bajtu do postaci szeregowej lub
• odwrotnie, odbywa sie automatycznie.
• Dzieki temu wystarczy wskazac tylko dana która
• chcemy wyslac lub czekac na odbiór jej z
• zewnetrznego urzadzenia, takze wyposazonego w
• port szeregowy.

5
Schemat dla UART
6
1-WIRE

• Interfejs elektroniczny jak równiez i protokolu
  komunikacyjny pomiedzy
• dwoma (lub wiecej) urzadzeniami. Jego nazwa
  wywodzi sie stad, ze do
• calkowitej komunikacji uzywana jest tylko jedna
  linia danych (i jedna linia
• masy). Dodatkowo, odbiornik moze byc zasilany
  bezposrednio z linii danych,
• Wykorzystujac zasilanie pasozytnicze, co jest
  ogromna zaleta tego interfejsu.
• Odbiornik wyposazony jest bowiem w kondensator o
  pojemnosci 800 pF,
• który jest ladowany bezposrednio z linii danych -
  nastepnie energia w nim
• zgromadzona uzywana jest do zasilania odbiornika.
  Polaczenie 1-Wire zostalo
• opracowane przez Dallas Semiconductor. Umozliwia
  ono stosunkowo
• niewielka przepustowosc transmisji danych -
  standardowo 16 kbps, ze
• wzgledu na pojedyncza linie komunikacyjna, przez
  co jest tanszy.
• Zazwyczaj uzywany jest do komunikacji pomiedzy
  niewielkimi urzadzeniami,
• takimi jak termometry cyfrowe, instrumenty
  metrologiczne, sterowniki
• ladowania akumulatorów itp..

7
Zasada transmisji danych w 1-WIRE
1. Wysylanie informacji przez master

• Przeslanie logicznej jedynki na magistrale
• oznacza wystawienie przez mastera
• krótkiego (od 1 do 15µs) impulsu niskiego
• (zwarcie linii) oraz nastepnie wysokiego o
• dlugosci 60 µs.
• Logiczne zero odpowiada niskiemu
• impulsowi o dlugosci 60 µs. Opadajace
• zbocze impulsu aktywuje przerzutnik
• astabilny w urzadzeniu slave.
• Przerzutnik ten taktuje wewnetrzny
• mikroprocesor, co powoduje odczyt danych z
• linii po ok. 30 µs od momentu pojawienia
• sie zbocza rosnacego. Z uwagi na
• wewnetrzne opóznienia urzadzenia
• slave czas trwania pojedynczego
• impulsu musi wynosic wlasnie
• 60 µs (a impuls startujacy nie moze
• byc dluzszy niz 15 µs) - zapewnia to
• poprawny odczyt danych w kazdej

Uz5V
R
masters
slave
linia danych
Rozpoczecie nadawania
Impuls obecnosci o czasie 60µs po przez
zwarcie l.danych do masy
Reset o czasie 480µs po przez zwarcie l. danych
do masy, slave zeruje sie
8
Zasada transmisji danych w 1-WIRE
2. Odbieranie informacji przez master

• Jesli slave chce wyslac
• logiczna jedynke nie
• robi nic, pozostawiajac
• linie w stanie wysokim.
• Jesli slave chce wyslac
• zero, wówczas zwiera
• linie danych do masy na
• 60 µs. Po przeslaniu 8
• bitów nastepuje
• wyslanie komendy
• (rozkazu) (równiez
• osmiobitowej).

Uz5V
R
masters
slave
linia danych
Rozpoczecie odbierania
Przed odbiorem kazdego bitu danych master wysyla
niski impuls startu (od 1 µs do 15 µs), po czym
wraca do stanu wysokiego na linii danych
9
SPI(Serial Peripheral Interface)

• Interfejs ten jest przeznaczony do komunikacji
  pomiedzy
• mikrokontrolerami i urzadzeniami zewnetrznymi
• w malych systemach mikrokomputerowych.
  Zaprojektowany
• po raz pierwszy przez Motorole w latach 80.
• Przesylanie danych odbywa sie przy pomocy
  szeregowej
• transmisji
• Synchronicznej wykorzystujacej trzy linie
• - SCK (Serial ClocK) - zegar synchronizujacy
  transmisje,
• - MOSI (Master Out / Slave In) - dane od
  jednostki nadrzednej do podporzadkowanej,
• MISO (Master In / Slave Out) - dane od jednostki
  podporzadkowanej do nadrzednej.

10
Dzialanie SPI

• Dane wysylane sa z Master do Slave
• przez linie MOSI i Slave czyta je równiez
• przez MOSI. Slave wysyla dane przez
• linie MISO i podobnie jak w przypadku
• wczesniejszym Masters czyta je przez ta
• sama linie czyli tez MISO. W przypadku
• polaczenia wiekszej liczby urzadzen
• Slave wybór urzadzenia odbywa sie
• przez linie Chip Select.
• Urzadzeniami zewnetrznymi
• przylaczanymi przez intrfejs SPI sa
• najczesciej przetworniki analogowo-
• cyfrowe i cyfrowoanalogowe,
• Sterowniki wyswietlaczy alfanumerycznych,
• pamieci EEPROM, zegary czasu
• rzeczywistego, uklady wejsc i wyjsc
• bitowych.

Polaczenie Master z Slave
Mozliwosc polaczenia kilku Slave
11
Polaczenie SPI z µC
12
QSPI(Queued Serial Peripheral Interface)

• W tej wersji mozna wstepnie ustawic do 16 zadan i
  zainicjowac ich wykonanie
• (równiez w trybie cyklicznego powtarzania), co
  uwalnia procesor od
• koniecznosci sledzenia przebiegu transmisji
  pojedynczych slów. Oprócz
• wymienionych sygnalow QSPI zawiera cztery linie o
  charakterze adresów,
• które w jednostce nadrzednej (Master) moga byc
  ustawiane niezaleznie dla
• kazdego zadania w kolejce. Pozwala to na
  cykliczna obsluge kilku jednostek
• podporzadkowanych (do 15 w przypadku zastosowania
  dekoderów
• adresowych, lub do 4 w przypadku wybierania
  liniowego). Jednostka
• podporzadkowana jest wyposazona w wejscie
  wybierajace (CS - Chip Select),
• zazwyczaj aktywne w stanie niskim, choc nie jest
  to regulowane standardem.
• Trójstanowe wyjscie danych jednostki
  podporzadkowanej (MISO) jest
• wlaczane tylko przy atywnym stanie linii wyboru
  (CS), co pozwala na
• równoczesna prace wielu ukladów na magistrali
  QSPI.

13
I²C

• Inna nazwa TWI (Two Wire Interface), stosowane w
• mikrosterownikach firmy Atmel wiaze sie z tym,
  firma Philips
• opatentowala swoje polaczenie z nazwa i w zwiazku
  z tym
• Atmel stworzyl inna nazwe.
• Na szyne I2C skladaja sie tylko dwie linie linia
  danych
• (oznaczana jako SDA, ang. serial data) i linia
  zegara
• taktujacego transmisje (oznaczana jako SCL, ang.
  serial
• clock). Tymi dwiema liniami przesylane sa
  wszystkie
• informacje dane, adresy i sygnaly sterujace.
  Obie linie
• sa liniami dwukierunkowymi i przez rezystor
  podciagajacy
• podlaczone sa do dodatniego napiecia
  zasilajacego. Gdy na
• szynie nie odbywa sie zadna transmisja to na obu
  liniach jest
• poziom wysoki. Obwody wyjsciowe podlaczonych
  ukladów
• musza byc typu otwarty-dren lub otwarty-kolektor,
  ze
• wzgledu na koniecznosc realizacji funkcji
  galwaniczne-AND.
• Dane na szynie I2C moga byc przesylane z
  predkoscia do
• 100kb/s w trybie standardowym (ang.
  Standard-mode) lub do
• 400kb/s w trybie szybkim (ang. Fast-mode). Liczba
  ukladów
• podlaczonych do szyny jest zalezna od maksymalnej
  

R
Uz
SDA
Master
Slave
SCL
14
Transmisja w I²C

• Kazdy uklad podlaczony do szyny I2C rozpoznawany
  jest przez
• swój adres i moze pracowac zarówno, jako
  nadajnik, jak i
• odbiornik. Oczywiscie sterownik wyswietlacza LCD
  jest tylko
• odbiornikiem, ale np. pamiec moze byc jednym i
  drugim.
• Transmisja na szynie I2C jest transmisja
  start-stopowa, tzn.
• kazdy transfer rozpoczyna sie od bitu START, po
  którym
• przesylane sa informacje i konczy sie
• bitem STOP.

15
START i STOP w I²C

• Gdy na linii SDA stan logiczny zmienia sie z '1'
  na '0',
• podczas gdy na linii SCL jest stan '1', to
  sytuacja taka
• nazywa sie START. Natomiast, gdy na linii SDA
  stan
• logiczny zmienia sie z '0' na '1', podczas
  wysokiego
• poziomu na linii SCL, to sytuacja taka nazywa sie
  STOP.

16
Zastosowania I²C

• I²C stosuje sie w przypadkach, gdy prostota i
  niski koszt sa wazniejsze od
• wysokich predkosci transmisji. Znalazlo ono
  zastosowanie m.in. w
• Odczytywaniu zegarów czasu rzeczywistego (RTC) w
  komputerach i urzadzeniach wbudowanych
• Komunikacji z prostymi i wolnymi przetwornikami
  cyfrowo-analogowymi i analogowo-cyfrowymi
• Odczycie czujników diagnostycznych w komputerze
  (predkosc obrotu wentylatorów, temperatury
  procesora i wazniejszych ukladów na plycie
  glównej)
• Komunikacja z czujnikami i elementami
  wykonawczymi w malych systemach wbudowanych
• Dostepie do pamieci NVRAM komputera
• Sterowanie diodami LED w urzadzeniach przenosnych
  (np. komórkach)
• Komunikacji pomiedzy ukladami w telewizorach i
  innym sprzecie RTV (jest to pierwotne miejsce
  zastosowania magistrali I²C)

17
Polaczenie dla I²C
18
RS-232

• RS-232 jest magistrala komunikacyjna
• przeznaczona do szeregowej transmisji danych.
• Najbardziej popularna wersja tego standardu,
• RS-232C (przedstawiony na obrazku obok)
• pozwala na transfer na odleglosc nie
• przekraczajaca 15m z szybkoscia maksymalna
• 20 kbit/s. Standard ten nie jest
• zasilany przez interfejs.
• Zastosowanie
• modemy, telefony komórkowe, laczenie dwóch
  komputerów kablem nullmodem, starsze drukarki,
  tunery satelitarne, sprzet specjalistyczny,
  programowanie ukladów logicznych.

RS-232C
Widok gniazda PC (meskiego) typu DB-9 od strony
wtyczki
19
Polaczenie przez RS-232
20
Sposób polaczenia RS-232 do µC
Sposób podlaczenia RS-232 do µC
21
Sposób podlaczenia RS-232 do µC