SPI İLETİŞİM PROTOKOLÜNÜN TEMELLERİ: 13 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bir sensöre, ekrana veya başka bir modüle bir mikro denetleyici bağladığınızda, iki cihazın birbiriyle nasıl konuştuğunu hiç düşündünüz mü? Tam olarak ne diyorlar? Birbirlerini nasıl anlayabilirler?

Elektronik cihazlar arasındaki iletişim, insanlar arasındaki iletişim gibidir. İki tarafın da aynı dili konuşması gerekiyor. Elektronikte bu dillere iletişim protokolleri denir. Neyse ki, kendin yap elektronik projelerinin çoğunu oluştururken bilmemiz gereken sadece birkaç iletişim protokolü var. Bu makale dizisinde, en yaygın üç protokolün temellerini tartışacağız: Seri Çevre Birimi Arayüzü (SPI), Tümleşik Devre (I2C) ve Evrensel Asenkron Alıcı/Verici (UART) güdümlü iletişim. İlk olarak, elektronik iletişimle ilgili bazı temel kavramlarla başlayacağız, ardından SPI'nin nasıl çalıştığını ayrıntılı olarak açıklayacağız. Bir sonraki makalede UART güdümlü iletişimi tartışacağız ve üçüncü makalede I2C'ye dalacağız. SPI, I2C ve UART, USB, ethernet, Bluetooth ve WiFi gibi protokollerden biraz daha yavaştır, ancak çok daha basittirler ve daha az donanım ve sistem kaynağı kullanırlar. SPI, I2C ve UART, mikrodenetleyiciler ve mikrodenetleyiciler ile sensörler arasında, büyük miktarda yüksek hızlı verinin aktarılmasının gerekmediği iletişim için idealdir.

Adım 1: SERİ VS. PARALEL HABERLEŞME

Elektronik cihazlar, cihazlar arasında fiziksel olarak bağlı kablolar aracılığıyla veri bitleri göndererek birbirleriyle konuşurlar. Bir bit, 26 harf (İngiliz alfabesinde) yerine bir kelimedeki bir harf gibidir, bir bit ikilidir ve sadece 1 veya 0 olabilir. Bitler, voltajdaki hızlı değişikliklerle bir cihazdan diğerine aktarılır. 5 V'ta çalışan bir sistemde, 0 bit 0 V'luk kısa bir darbe olarak iletilir ve 1 bit, 5 V'luk kısa bir darbe ile iletilir.

Veri bitleri paralel veya seri biçimde iletilebilir. Paralel iletişimde, veri bitlerinin tümü, her biri ayrı bir kablo aracılığıyla aynı anda gönderilir. Aşağıdaki şema ikili (01000011) "C" harfinin paralel iletimini göstermektedir:

Adım 2:

Seri iletişimde bitler tek bir kablo üzerinden tek tek gönderilir. Aşağıdaki şema ikili (01000011) olarak “C” harfinin seri iletimini göstermektedir:

Aşama 3:

Adım 4: SPI İLETİŞİMİNE GİRİŞ

SPI, birçok farklı cihaz tarafından kullanılan ortak bir iletişim protokolüdür. Örneğin, SD kart modülleri, RFID kart okuyucu modülleri ve 2,4 GHz kablosuz verici/alıcıların tümü, mikro denetleyicilerle iletişim kurmak için SPI kullanır.

SPI'nin benzersiz bir avantajı, verilerin kesintisiz olarak aktarılabilmesidir. Sürekli bir akışta herhangi bir sayıda bit gönderilebilir veya alınabilir. I2C ve UART ile veriler, belirli sayıda bit ile sınırlı paketler halinde gönderilir. Başlatma ve durdurma koşulları, her paketin başlangıcını ve sonunu tanımlar, böylece veri iletim sırasında kesintiye uğrar. SPI aracılığıyla iletişim kuran cihazlar, master-slave ilişkisi içindedir. Master, kontrol cihazıdır (genellikle bir mikrodenetleyici), bağımlı cihaz (genellikle bir sensör, ekran veya bellek yongası) master'dan talimat alır. SPI'nin en basit konfigürasyonu, tek bir ana, tek bağımlı sistemdir, ancak bir ana, birden fazla bağımlıyı kontrol edebilir (aşağıda daha fazlası).

Adım 5:

6. Adım:

MOSI (Master Output/Slave Input) – Master'ın slave'e veri göndermesi için hat.

MISO (Master Input/Slave Output) – Slave'in master'a veri göndermesi için hat.

SCLK (Saat) – Saat sinyali için hat.

SS/CS (Slave Select/Chip Select) – Master'ın hangi slave'e veri göndereceğini seçmesi için hat

7. Adım:

*Uygulamada, köle sayısı sistemin yük kapasitansı ile sınırlıdır, bu da master'ın voltaj seviyeleri arasında doğru şekilde geçiş yapma yeteneğini azaltır.

Adım 8: SPI NASIL ÇALIŞIR

SAAT

Saat sinyali, master'dan veri bitlerinin çıkışını, slave tarafından bitlerin örneklenmesine senkronize eder. Her saat döngüsünde bir bit veri aktarılır, bu nedenle veri aktarım hızı saat sinyalinin frekansı tarafından belirlenir. Master, saat sinyalini yapılandırdığı ve ürettiği için SPI iletişimi her zaman master tarafından başlatılır.

Cihazların bir saat sinyalini paylaştığı herhangi bir iletişim protokolü, senkron olarak bilinir. SPI senkron bir iletişim protokolüdür. Saat sinyali kullanmayan asenkron yöntemler de vardır. Örneğin, UART iletişiminde, her iki taraf da veri iletiminin hızını ve zamanlamasını belirleyen önceden yapılandırılmış bir baud hızına ayarlanmıştır.

SPI'deki saat sinyali, saat polaritesi ve saat fazının özellikleri kullanılarak değiştirilebilir. Bu iki özellik, bitlerin ne zaman çıktı alınacağını ve ne zaman örneklendiklerini tanımlamak için birlikte çalışır. Saat polaritesi, bitlerin saat döngüsünün yükselen veya düşen kenarında çıkış ve örneklenmesine izin vermek için master tarafından ayarlanabilir. Saat fazı, çıkış ve örneklemenin saat döngüsünün ya birinci ya da ikinci kenarında meydana gelmesi için, yükselen ya da düşen olmasına bakılmaksızın ayarlanabilir.

KÖLE SEÇİMİ

Master, slave'in CS/SS hattını düşük voltaj seviyesine ayarlayarak hangi slave ile konuşmak istediğini seçebilir. Boşta, iletim yapmayan durumda, bağımlı seçim hattı yüksek voltaj seviyesinde tutulur. Master üzerinde birden fazla CS/SS pini mevcut olabilir, bu da birden fazla slave'in paralel olarak bağlanmasına izin verir. Yalnızca bir CS/SS pini mevcutsa, birden fazla bağımlı, ana bilgisayara zincirleme bağlantı ile bağlanabilir.

ÇOKLU KÖLE SPI

tek bir master ve bir slave ile çalışacak şekilde ayarlanabilir ve tek bir master tarafından kontrol edilen birden fazla slave ile kurulabilir. Master'a birden fazla slave bağlamanın iki yolu vardır. Master birden fazla bağımlı seçme pimine sahipse, bağımlı birimler şu şekilde paralel olarak bağlanabilir:

9. Adım:

Adım 10:

MOSI VE MISO

Master, MOSI hattı üzerinden seri olarak veriyi bit bit köleye gönderir. Slave, master'dan gönderilen verileri MOSI pininde alır. Master'dan slave'e gönderilen veriler genellikle en önemli bit en başta olacak şekilde gönderilir. Köle aynı zamanda seri olarak MISO hattı üzerinden master'a veri gönderebilir. Slave'den master'a gönderilen veriler genellikle en az anlamlı bit ilk önce gönderilir. SPI VERİ İLETİM ADIMLARI 1. Master, saat sinyalini verir:

Adım 11:

Yalnızca bir bağımlı seçim pimi mevcutsa, bağımlı birimler şu şekilde zincirleme bağlanabilir:

Adım 1/2:

MOSI VE MISO

Master, MOSI hattı üzerinden seri olarak veriyi bit bit köleye gönderir. Slave, master'dan gönderilen verileri MOSI pininde alır. Master'dan slave'e gönderilen veriler genellikle en önemli bit en başta olacak şekilde gönderilir.

Slave aynı zamanda seri olarak MISO hattı üzerinden master'a veri gönderebilir. Slave'den master'a gönderilen veriler genellikle en az anlamlı bit ilk önce gönderilir.

SPI VERİ İLETİM ADIMLARI

*Not Görüntüler Listelenmiştir Obuaları kolayca ayırt edebilirsiniz

1. Master, saat sinyalini verir:

2. Master, SS/CS pinini düşük voltaj durumuna geçirir ve bu da slave'i etkinleştirir:

3. Master, verileri MOSI hattı boyunca her seferinde bir bit olarak slave'e gönderir. Köle, bitleri alındıkça okur:

4. Bir yanıt gerekiyorsa, bağımlı, MISO hattı boyunca her seferinde bir bit veriyi master'a döndürür. Master, bitleri alındıkça okur:

Adım 13: SPI'NİN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI

SPI kullanmanın bazı avantajları ve dezavantajları vardır ve farklı iletişim protokolleri arasında seçim yapma şansınız varsa, projenizin gereksinimlerine göre SPI'yi ne zaman kullanacağınızı bilmelisiniz:

AVANTAJLAR

Başlatma ve durdurma bitleri yok, bu nedenle veriler kesintisiz olarak kesintisiz olarak aktarılabilir I2C gibi karmaşık bağımlı adresleme sistemi yok I2C'den daha yüksek veri aktarım hızı (neredeyse iki kat daha hızlı) Ayrı MISO ve MOSI hatları, böylece veriler aynı anda gönderilebilir ve alınabilir zaman

DEZAVANTAJLARI

Dört kablo kullanır (I2C ve UART'lar iki kullanır) Verilerin başarıyla alındığına dair bir onay yoktur (I2C'de buna sahiptir) UART'taki eşlik biti gibi hata denetimi biçimi yoktur Yalnızca tek bir ana yöneticiye izin verir Umarım bu makale size daha iyi bir anlayış sağlamıştır SPI'nin. UART güdümlü iletişim hakkında bilgi edinmek için bu dizinin ikinci bölümüne veya I2C protokolünü tartıştığımız üçüncü bölüme geçin.

Herhangi bir sorunuz varsa, yorum bölümünde sormaktan çekinmeyin, yardım etmek için buradayız. Ve mutlaka izleyin

Saygılarımızla: M. Junaid