Gömülü sistemde arayüz, çeşitli entegre devreleri diğer çevresel cihazlara bağlamak için kullanılan iletişim yolunu veya veri yolunu ifade eder. Mikrodenetleyici ile dış dünya arasındaki bilgi alışverişi için bağlantı ve aktarma istasyonudur.

MCU ve çevre birimleri arasında neden arayüzlere ihtiyacımız var?

Aşağıda sıralanan dört ana neden vardır.

1. MCU'nun ve çevre birimlerinin sinyalleri, işlev tanımı, mantık tanımı ve zamanlama ilişkisi vb. açısından uyumsuzdur.
2. MCU'nun ve çevre biriminin işlem hızı uyuşmuyor. Örneğin, çevre biriminin hızı yavaşken MCU'nun hızı hızlıdır.
3. MCU, arabirim olmadan çevre birimlerinin çalışmasını doğrudan kontrol ederse, MCU'yu çevre birimleriyle başa çıkmakta zorlayacak ve verimliliğini büyük ölçüde azaltacaktır.
4. Çevre birimi doğrudan MCU tarafından kontrol ediliyorsa, çevre biriminin donanım mimarisini tamamen MCU'ya bağlı hale getirecek ve böylece çevre biriminin kendisinin gelişimini engelleyecektir.

Evrensel Arayüzlere Giriş

UART

Genel olarak UART olarak bilinen Evrensel Asenkron Alıcı-Verici, bilgisayar donanımının bir parçası olan ve seri iletişim ile paralel iletişim arasında veri aktaran tam çift yönlü bir asenkron alıcı-vericidir. Bir çip paralel girişi seri çıkışa dönüştürdüğü için, UART genellikle diğer iletişim arabirimleriyle bağlantı için entegre edilmiştir.

UART'ın benzersiz bir avantajı, yalnızca iki kablo kullanarak cihazlar arasında veri aktarabilmesidir. UART iletişiminde, iki UART alıcı vericisi birbiriyle doğrudan iletişim kurar. UART vericisi, CPU'dan gelen paralel verileri seri verilere dönüştürür ve ardından bunları alıcı UART alıcı-vericisine iletir. Alıcı UART alıcı-vericisi bu nedenle seri verileri alıcı cihaz için tekrar paralel verilere dönüştürür. UART gönderen TX pininden UART alan RX pinine veri akışı Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir:

Şekil 1. UART İletişim Bağlantısının Şeması

UART iletişim protokolü veri çerçevesi aşağıda açıklanmıştır:

1. Başlangıç ​​biti : önce karakter iletiminin başladığını belirten bir mantık "0" sinyali gönderin.
2. Veri biti : başlangıç ​​bitinden hemen sonra. Veri bitlerinin sayısı bir karakter oluşturan 4, 5, 6, 7, 8 vb. olabilir. ASCII kodu genellikle kullanılır.
3. Eşlik biti : Bu biti veri bitine ekledikten sonra, veri iletiminin doğruluğunu doğrulamak için "1" bitlerinin sayısı çift (çift kontrol için) veya tek (tek kontrol için) olmalıdır.
4. Durdurma biti : Karakter verisinin bitiş işaretidir. 1-bit, 1.5-bit veya 2-bit yüksek voltaj seviyesi ile adlandırılabilir. Ne kadar çok durdurma biti dahil edilirse, veri iletimi o kadar kararlı, oysa daha yavaş olur.
5. Idle bit : Mantık "1" durumundadır, yani akım devresinde veri iletimi yoktur.
6. Baud hızı : veri iletim hızı. Aşağıdaki hızlar vardır: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 43000, 56000, 57600, 115200. Doğru veri iletimini sağlamak için baud hızının önceden ayarlanması gerekir. Veri aktarım süreci Şekil 2'de gösterilmiştir.

Şekil 2. UART Veri Çerçevesi

UART İletişim Prensibi

Veri iletim süreci: Boşta durumda, devre yüksek seviyededir. Veri iletim komutunu alırken, devrenin seviyesini T süresi boyunca bir veri biti için aşağı çekin ve ardından verileri alt basamaklardan yüksek sayılara gönderin. Veri iletimi tamamlandıktan sonra, bir veri çerçevesinin iletimini tamamlamak için eşlik biti ve durdurma biti (durdurma biti yüksek seviyededir) gönderilir.

Veri alma işlemi: Boşta durumda, devre yüksek seviyededir. Devrede bir voltaj düşüşü kenarı tespit edildiğinde, veri iletiminin başladığını gösterir. Veriler, kararlaştırılan baud hızına göre alt basamaklardan yüksek sayılara doğru alınır. Bundan sonra bir parite biti alınır ve iletimin doğru olup olmadığını görmek için karşılaştırılır. Doğruysa, sonraki cihaza verileri almaya veya önbelleğe kaydetmeye hazırlanması bildirilir.

Gömülü tasarımda UART, araç ses sistemi ve harici AP'ler arasındaki iletişim gibi MCU ile yardımcı ekipman arasındaki iletişim için kullanılır. Veya izleme hata ayıklayıcı ve EEPROM gibi diğer cihazlar dahil olmak üzere MCU ile PC arasındaki iletişim.

BLE modüllerinde, UART şeffaf iletim neredeyse standart bir özellik haline geldi. Seri şeffaf iletim modülünün kullanımı son derece uygundur. Geliştiricilerin, Bluetooth protokol yığınının nasıl uygulandığını anlamaları gerekmez. UART şeffaf iletim özelliğine sahip BLE Modülleri ile kablosuz ürünleri kolayca geliştirebilirler.

Bir kablosuz IoT modülü üreticisi olarak Shenzhen RF-star Technology, TI CC2640 CC2642 CC264X, CC26X2, Silicon Labs EFR32BG22, Nordic nRF52832 nRF52810 SoC'lerine dayalı UART seri BLE modülleri ve diğer yerel çözümler sağlar. Veri iletimi ve alımında Bluetooth 4.2/5.0'ı destekleyen bu cihazlar, endüstriyel sınıftır, kompakt boyuttadır ve ultra düşük güç tüketimine sahiptir. Kullanıcıların Bluetooth uygulamalarını son derece düşük maliyetle hızlı geliştirmelerini kolaylaştırır.

SPI

SPI, Serial Peripheral Interface'in kısaltmasıdır. SPI arayüzü esas olarak EEPROM, FLASH, gerçek zamanlı saat, ağ denetleyicisi, LCD ekran sürücüsü, AD dönüştürücü, dijital sinyal işlemcisi ve kod çözücü ve diğer cihazlar arasında kullanılır.

Yüksek hızlı tam çift yönlü senkron iletişim veri yolu olarak SPI'nin bir çipten yalnızca dört pime ihtiyacı vardır, böylece IC pinlerinden ve PCB düzeninde yer tasarrufu sağlar.

Dört ana pimi aşağıdaki gibidir:

• MOSl - verileri bir ana cihazdan bir bağımlıya aktarmak için kullanılan ana çıkış ve bağımlı giriş.
• MISO - bir bağımlı cihazdan bir ana cihaza veri aktarmak için kullanılan ana giriş ve bağımlı çıkış.
• SCK - senkronizasyon için ana cihazın saat çıkışı olan seri saat.
• SS/CS - ana cihaza birden çok bağımlı cihaz arasından bir bağımlı cihaz seçmesi için atanan bağımlı cihaz seçimi. Belirli bir bağımlı cihazı seçmek için düşük seviyeli bir etkin sinyal ekler.
• Master-Slave bağlantısı Şekil 3'te gösterilmiştir.

Şekil 3. SPI Master-Slave Bağlantısı

Bir SPI saat döngüsünde, veri iletimi aşağıdaki işlemlerden geçecektir:

1. Master, MOSI aracılığıyla 1 bitlik veri gönderir ve bağımlı, devre aracılığıyla 1 bitlik veriyi okur.
2. Slave, MISO üzerinden 1 bitlik veri gönderir ve master, devre aracılığıyla 1 bitlik veriyi okur.

Bu, vardiya kayıtları aracılığıyla elde edilir. Master ve slave'in her birinin bir kaydırma yazmacı vardır ve her ikisi de bir halkaya bağlıdır. Saat darbesinin hızında, veriler önce en yüksek hane ve son olarak en düşük hane sırasıyla ana kayıttan ve bağımlı kayıttan çıkar ve ardından bağımlı kayıtta ve ana kayıtta hareket eder. Kayıtlarda taşıma işlemi tamamlandığında aralarındaki içerik alışverişi tamamlanmış olur. Veri iletimi Şekil 4'te gösterilmiştir.

Şekil 4. SPI Veri İletimi

SPI çalışmasında, en önemli iki ayar saat polaritesi (CPOL) ve saat fazıdır (CPHA). Saat polaritesi, saat boştayken voltaj seviyesini ayarlar ve saat fazı, veri okumak ve veri göndermek için saat kenarını ayarlar.

Master ve slave aynı anda veri gönderir ve her ikisi de aynı anda veri alır. Bu nedenle, aralarında doğru iletişimin sağlanabilmesi için SPI'larının aynı saat polaritesine ve saat fazına sahip olması gerekir.

• CPOL=0 ise, seri senkron saatin boşta durumu düşük seviyededir.
• CPOL=1 ise, seri senkron saatin boşta durumu yüksek seviyededir.
• CPHA=0 ise, veriler seri senkron saatin ilk atlama kenarında (yükselen veya düşen) toplanır.
• CPHA=1 ise, seri senkron saatin ikinci atlama kenarında (yükselen veya düşen) veri toplanır.

Aşağıdaki şekiller iletişim sürecini dört modda göstermektedir.

Şekil 5. CPOL=0, CPHA=0

Şekil 6. CPOL=0, CPHA=1

Şekil 7. CPOL=1, CPHA=0

Şekil 8. CPOL=1, CPHA=1

Sonraki bölümlerde, örneğin I2C, USB, ADC ve CAN gibi diğer çevresel arabirimler hakkında daha fazla tartışacağız. Bizi izlemeye devam edin!

Hakkımızda

Shenzhen RF-star Technology Co., Ltd. (RF-star), radyo frekansı cihazlarına odaklanan bir yüksek teknoloji şirketidir ve Texas Instruments tarafından on yılı aşkın bir süredir düşük güçlü RF ürünlerinin üçüncü taraf IDH'si olarak onaylanmıştır. . RF-star IoT kablosu sağlaress modülleri ve BLE, Wi-Fi, Matter, Wi-SUN, Sub-1G, ZigBee, Thread, vb. dahil olmak üzere eksiksiz çözümler. Daha fazla bilgi için lütfen şirketin web sitesini https://www.rfstariot.com ziyaret edin. / veya info@szrfstar.com adresinden bize ulaşın.