Vissza

Buszok

RS-232

Recommended Standard 232 (1969)
Valószínűleg a legismertebb (és sokáig a legelterjedtebb) soros kommunikációs szabvány a világon. A fogyasztói elektronikában mára teljesen kiszorította az USB (Universal Serial Bus), de műszaki fejlesztéseknél, iparban és hobbi célra egyaránt alkalmazzák még egyszerűsége és flexibilitása miatt (utóbbi úgy is értendő, hogy a szabvány részleges betartásával is működő eszközök készíthetők).
A szabvány meghatározza a következőket:
Elektromos paraméterek, mint pl. feszültségszintek, időzítés, slew-rate, rövidzárásvédelem, maximális terhelési kapacitás.
Interfész mechanikus adatai: csatlakozók alakja és kiosztása.
Interfész áramkör és vezetékek funkciói. Szabványos al-áramkörök választott távközlési célokra.


A szabvány nem határozza meg:
Karakterkódolás.
Keretezés (hány bit per karakter, mekkora stop bit, paritásbit).
Hibakezelő és tömörítő algoritmusok.
Bitsebességet (bár eredetileg 20kbps alattit javasol, mára 115,2kbps is van).
Tápellátó vezetéket.


A kommunikációt, beleértve a keretezést, egy UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) nevű hardver ("soros port") valósítja meg. A szabvány későbbi verziói szinkron kommunikációt is lehetővé tesznek, az erre képes eszköz az USART. A feszültség- és áramszintekért, a jelváltozási sebességért egy vonali meghajtó (line driver) eszköz felel, ez alakítja át a pl. a TTL jelszinteket (0-5V) a +-12V szintekre. (Ilyen IC például a Max232, amit mikrokontrollerekhez is használhatunk.)

Főbb jellemzők:

• Aszinkron kommunikáció, az egyes karakterek tetszőleges idővel követhetik egymást, nincs órajel vezeték. A karakter kezdetét a Start Bit, végét a Stop bit jelzi.
• NRZ kódolás (Non return to zero): +-12V feszültségszintek jelzik a logikai 0-1 szimbólumokat, az egyes szimbólumok után nem tér vissza a feszültség nullára.
• Alacsony bitsebesség (kisebb, mint 115kbps).
• Eredetileg 25 és 9 tűs csatlakozókat definiáltak, ebből a 9 tűs maradt fenn. Alapvetően csak az RX, TX és GND vezetékek szükségesek, a többi segítségével lehet vezérlést, kézfogásos kommunikációt megvalósítani (ellenőrizni, hogy átment-e az adat).

I2C

Inter-integrated Circuit
Philips fejlesztés.

Főbb tulajdonságai:

• Több master és több slave lehet
• 2 vezeték
• Open drain rendszerű
• Van címzés (adatbuszon): 7 bites cimtartomány, 16 félretett cím, 112 használható cím
• Master és slave szerepek felcserélhetőek egy forgalmazás után
• Sebesség: 10/100kbps először, majd 1..3,4Mbps is megjelent
• 400pF kapacitás, néhány méter távolságot tud áthidalni max.
• Byte szervezésű

Vezetékek:

• SCL: Serial Clock
• SDA: Serial Data

Open drain rendszer:
Marad a két logikai állapot a kimeneteken. Az adatvezeték egy felhúzó ellenállással (pull-up resistor) a magas szintre (pl. 5V) van kötve.
Logikai magas szintnél a kimenet nagyimpedanciás lesz (lényegében leválasztja), ilyenkor az ellenállás magas szintre húzza a buszt.
Logikai alacsony szintnél a kimenet lehúzza nulla szintre a buszt.
Ez az egyik lehetséges megoldása a kettőnél több eszközt összekötő buszok megvalósításának, a másik a háromállapotú (tri-state) kimenet, lásd SPI-nél.


Üzenetküldés módja:

• Master küld egy Start bitet, majd 7 bites címet, majd 1 bit jelzi hogy írás vagy olvasás műveletet akar-e (read/write)
• Slave küld egy nyugtázó (ACK, acknowledge) bitet
• Read-write bitnek megfelelően a master ír és slave olvas, vagy slave ír és master olvas, 8 bitet. Minden byte után egy ACK bitet küld a fogadó fél.
• Üzenetváltás végén master küld egy Stop bitet.

Speciális funkciók:

• clock stretch: slave visszatarthatja alacsony szinten az órajelet, ezzel jelezve master-nek, hogy nincs még kész a művelettel
• arbitration: ha két master egyszerre akar adni, eldönti a prioritást

Előnyök: csak két vezeték kell, egyszerű, van címzés, várakoztatás, prioritás, kézfogás
Hátrányok: alacsonyabb sebesség, fix 8 bites, eszközök előre kiosztott címe ütközhet

SPI

Serial Peripheral Interface Bus
Motorola fejlesztése, nem szabványosított
Felhasználási területe: rövid távú soros kommunikáció pl. mikrokontroller és perifériák között (LCD,EEPROM,RAM,ADC,DAC,szenzorok)

Főbb tulajdonságai:

• Szinkron soros átvitel
• 4 vezetékes
• Full duplex (egyszerre két irányú kommunikáció)
• 1 master és sok slave lehet
• Nincs adatformázás (keretezés), szoftveres címzés, hibakezelés, kézfogás (eszközök nem tudnak jelezni, hogy elkészültek-e).
• A címzés hardveres. Az átküldött adat akárhány bites lehet (pl. 8, 12, 16).

Vezetékek:

• SCLK: serial clock: órajel, master indítja a küldés előtt és állítja le utána (nem kell mindig mennie)
• MOSI: master out - slave in: master ezen küldi slave-nek az adatot
• MISO: master in - slave out: slave ezen küldi masternek az adatot
• SS negált: slave select: annyi ilyen kimenet kell masteren, ahány slave van, ezzel címzi meg az aktuális slave-t. Általában lefutó élre aktivizál. Minden slave-n egy SS bemenet van.

A vezetékek az azonos nevű lábakat kötik össze (miso-miso, mosi-mosi), így nincs keveredés (létezik láncba (daisy chain) kötés is, ekkor nem így van, de ez ritka). Ha multi-slave konfig van, akkor a slave-k MISO kimenete tri-state kell legyen, vagyis háromállapotú, a logikai 0-1 mellett a harmadik állapot egy nagyimpedanciás, lényegében leválasztott állapot. Ilyenkor nem terheli a másik oldalt. Ez azért szükséges, mert ugyanarra az adatvezetékre csatlakozik mindegyik, így az egyik kimenete meghatározná a többiét is.
Üzenetküldés módja:

1. Master beállítja az órajelet (SCLK).
2. Master a Slave Select vezetéket alacsony szintbe húzza, ezzel megcímzi a slave-t.
3. Ha tudjuk előre, hogy a slave lassan reagál, akkor ide programozunk egy késleltetést master-nek (ugyanis nincs visszajelzés, hogy slave elkészült).
4. Master küld egy bitet MOSI-n, slave beolvassa.
5. Slave küld egy bitet MISO-n, master beolvassa.
6. Előző két pontot egyszerre hajtják végre (full duplex). Ismétli annyiszor, ahány bitet át akar vinni.
7. Ha vége, master leválasztja SS-t majd SCLK-t.

Gyakori megoldás, hogy az eszközökben shift-regiszter van. A master regiszter MSB-je (most significant bit) megy a MOSI-re, ez megy a slave regiszter LSB-jébe. Közben a slave regiszter MSB-je megy a MISO-re, ez kerül a master regiszter LSB-jébe. Tehát egy körbe-shift-regiszter valósul meg, az adatok körbejárnak. Így x bitnyi kommunikáció után pontosan megcserélődik a két regiszter tartalma.

Az órajelnek lehet kétféle fázisa és polaritása (melyik élre reagál és melyik fázisban a rendszer), ez alapján négyféle üzemmód lehetséges.

Előnyök: full duplex, nagy sebesség, tetszőleges szóhossz, egyszerű, master adja órajelet.
Hátrányok: két adatvezeték (vs. I2C), ha sok a slave, sok SS vezeték kell, nincs hibakezelés, folyamatirányítás.

CAN

GPIB