組み込みシステムの DOM では、デバイスと周辺機器間のデータ送信にシリアル通信が最も広く採用されています。その人気の背景には何があるのでしょうか？また、組み込みシステム エンジニアが習得すべき汎用シリアル ポート プロトコルはどれですか? RF-star に説明してもらいましょう。
シリアル通信とは何ですか?
ベースライン方法論の観点から、データ送信プロトコルは一般に、パラレル プロトコルとシリアル プロトコルの 2 つのカテゴリに分類できます。
シリアル プロトコルは、ビットの送受信に 1 つまたは 2 つの伝送ラインを使用します。ビットはコンピュータ バスまたは通信チャネルを介して 1 つずつ順番に送信されます。一方、並列プロトコルは、複数の並列チャネルでビットを同時に送信および受信します。
シリアル通信プロトコルは、送信者と受信者が従うルールを使用した、シンプルで信頼性の高い通信方法です。シリアル通信プロトコルの 3 つの一般的な例は、非常に幅広いアプリケーションで使用されています。
シリアル通信プロトコル UART SPI I2C&Bluetooth UART モジュール
シリアル通信プロトコルの例: UART、SPI、I2C
シリアル通信プロトコルの主な種類は、UART、SPI、および I2C です。
UARTとは何ですか?
UART (ユニバーサル非同期受信機/送信機) は、2 つのデバイス間でシリアル データを交換するための最も初期かつ最も単純なシリアル プロトコルの 1 つです。非同期通信プロトコルでは、データの送受信に送信 (TX) 回線と受信 (RX) 回線の 2 本のワイヤのみを使用します。
UART 経由で接続されたデバイスは、多くの場合、スタート、ストップ、およびオプションのパリティ ビットを含む、所定のボー レートでビットを送信することによって通信します。UART デバイスは共有クロック信号を使用しません。代わりに、ボーレートとデータ形式について合意する必要があります。
多くの開発者は、簡単なセットアップ、ユーザーフレンドリーなインターフェイス、および手頃な価格のため、ワイヤレス接続とコンピュータ処理に UART を使用しています。
SPIとは何ですか？
SPI は Serial Peripheral Interface の略で、バス上の複数のデバイス間の高速データ交換のために組み込みシステムでよく使用されるシリアル通信プロトコルです。SPI 経由で通信するデバイスは、単一のマスター デバイスに複数のスレーブ デバイスが接続されたマスター/スレーブ アーキテクチャになっています。さらに、SPI 通信は全二重通信をサポートしています。つまり、マスターとスレーブの両方が同時にデータを送受信できます。
UART や I2C などの他の通信プロトコルとは異なり、SPI には事前定義されたプロトコルや固定通信パラメータがありません。この柔軟性により、SPI はリアルタイムまたは高帯域幅のデータ通信を必要とするデータ ストリーミング アプリケーションに最適になります。
UART および SPI インターフェイスの詳細については、ここをクリックしてください。
I2Cとは何ですか?
I2C (Inter-Integrated Circuit の略) は、I2C または IIC とも呼ばれ、同期マルチマスター/マルチスレーブ シリアル通信バスです。これは、シリアル クロック (SCL) ワイヤとシリアル データ (SDA) ワイヤを使用して、複数のデバイス間でデータをビットごとに送信および管理する双方向 2 線シリアル バスです。I2C を使用すると、複数のスレーブを 1 つのマスター (SPI など) に接続でき、複数のマスターが 1 つまたは複数のスレーブを制御できます。
I2C は、多数のデバイスを接続する際に優れた拡張性と柔軟性を提供します。ただし、いくつかの欠点もあります。SPI に比べて動作速度が遅く、クロックおよびデータ ラインにはプルアップ抵抗が必要です。I2C には、バス競合やノイズ干渉などの潜在的な問題だけでなく、より複雑なロジックやエラー処理も含まれます。
最適なシリアル通信プロトコルは、UART、SPI、I2C のどれですか? 残念ながら、シリアル通信プロトコルにはそれぞれ独自の長所と短所があるため、明確に最適なシリアル通信プロトコルはありません。UART、SPI、および I2C、SPI 通信を比較した表には、それぞれのさまざまな利点、欠点、および機能が直接示されており、実現可能な通信を簡単に選択するのに役立ちます。
UART、SPI、I2C、SPI通信の比較
適切なシリアル プロトコルの選択に迷った場合は、次のヒントをお勧めします。
- データ転送速度を優先する場合、SPI が最も速いシリアル通信プロトコルになります。
- セットアップを比較的単純に保ちながらワイヤレス通信で複数のデバイスを接続する場合は、I2C が推奨されます。
- プロジェクトが 2 つのデバイス間でデータを透過的に転送することのみを目的としている場合、特にハードウェア リソースが限られているアプリケーションにとって、UART は最もシンプルでコスト効率の高いソリューションです。
Bluetooth UART モジュールの例
RF-star ワイヤレス モジュールは 2.4GHz シリアル ポート テクノロジーを使用し、同時にデータを送信するために提供される UART プロトコルとの透過的な送信通信を行うことができます。さらに、豊富な AT コマンドにより、開発時間を短縮し、最終製品のリリースまでの時間を短縮できます。
高品質のBluetooth UART モジュールのリストを次に示します。
CC2340R5 シリーズ ワイヤレス RF モジュール
RF-BM-2340Xx シリーズ ワイヤレス RF モジュールはすべて CC2340R5 SimpleLink ワイヤレス MCU に基づいており、Bluetooth 5.3 Low Energy、ZigBee 3.0、SimpleLinkTM TI 15.4 スタック、および独自システムをサポートしています。すべての RF-star CC2340R5 モジュールには、BLE5.0 UART 透過伝送プロトコルが組み込まれています。さらに、CC2340R5 シリアル ポート モジュールには、さまざまな寸法を備えた複数の広範なアンテナ バージョン (PCB、IPEX、チップなど) が備わっています。これらは、ポータブル医療、自動車、新エネルギー、産業用および家庭用電子機器の用途に適しています。
CC264x シリーズ Bluetooth Low Energy モジュール
TI CC2642R および CC2640R MCU が組み込まれた RF スター CC264x シリーズ BLE モジュールも、BLE5.0 UART 透過伝送プロトコルで事前にプログラムされています。違いは、CC2640R と CC2642R の役割にあります。UART プロトコルでは、CC2642R Bluetooth Low Energy モジュールRF-BM-2642B1およびRF-BM-2642B2 はマスター/スレーブ モードを同時にサポートできますが、CC2640R 低電力 Bluetooth モジュールは、状況に応じてマスターまたはスレーブ デバイスとして動作できます。申請要件について。CC264x シリーズ モジュールは、安定したパフォーマンスと低コストにより、広告、方向探知、Bluetooth メッシュ ネットワークの分野で高く評価されています。
EFR32BG22 シリーズ Bluetooth LE5.3 モジュール
Silicon Labs BG22 SoC をベースにしたEFR32BG22
シリーズ モジュールは、 BLE 5x Low Energy、BLE メッシュ、AoA / AoD、および独自のプロトコルをサポートします。これらはすべて、
シリアル ポート通信プロトコル (UART) および I2C 通信プロトコルで事前にプログラムされています。複数のマスターおよびスレーブとして同時に通信できます。マルチ接続機能、クラス最高の超低消費電力、豊富なATコマンド機能により、BLEマスタースレーブモジュールはさまざまなアプリケーションで柔軟かつ拡張可能です。
nRF52 シリーズ BLE モジュール
RF-star nRF52 シリーズ BLE モジュールは、Nordic nRF52805、nRF52810、および nRF52832 統合チップに基づくこれらのワイヤレス RF モジュールをカバーします。nRF52810 RF-BM-ND04Cx および RF-BM-ND08Cx モジュールは、BLE5.0 UART 透過伝送プロトコルのスレーブ デバイスとしてのみ動作できます。代わりに、nRF52832 RF-BM-ND04x および RF-BM-ND08 モジュールはマスター/スレーブ Bluetooth モジュールとして設計されており、マスターおよび複数のスレーブとしても動作します。nRF52840 シリーズ マルチプロトコル モジュールには、BLE5.0 シリアル ポート (UART) プロトコルがすでに組み込まれています。
まとめ
RF スター ワイヤレス モジュール、特に Bluetooth Low Energy モジュールは、BLE UART 透過伝送プロトコルと統合されています。シリアル ポート モジュールは、最終製品が組み込みシステムで簡単かつ直接通信できるようにします。プロジェクトで SPI または I2C 通信が必要な場合、RF-star はカスタマイズされたワイヤレス通信ソリューションを喜んで提供します。
