Мы обсуждали два типа универсальных периферийных интерфейсов во встроенных системах UART и I2S в главе Ⅰ . Теперь давайте узнаем об I2C, АЦП и шине CAN в главе II .

Что такое I2C?

I2C (Inter-Integrated Circuit) — двухпроводная последовательная полудуплексная шина, разработанная Philips, в основном используемая для связи между микросхемами на близком расстоянии и на низкой скорости. Это широко используемый стандарт шины в области управления микроэлектронной связью. Это особая форма синхронной связи с такими преимуществами, как меньшее количество интерфейсных линий, простые методы управления и небольшие размеры устройства.

I2C может передавать информацию между несколькими главными и несколькими подчиненными узлами, используя только два провода: SDA (последовательные данные) и SCL (последовательные часы). Скорость последовательной 8-битной двунаправленной передачи данных может достигать 100 Кбит/с в стандартном, 400 Кбит/с в быстром режиме и 3,4 Мбит/с в высокоскоростном режиме. Подключение устройства показано на рисунке 1.

Рис. 1. Соединения шины I2C Master-Slave

Как работает I2C?

Данные на линии SDA должны быть стабильными в период высокого уровня линии SCL. Состояние HIGH или LOW линии SDA может измениться только тогда, когда тактовый сигнал на линии SCL имеет низкий уровень.

Рис. 2. Синхронный сигнал данных

Условие запуска : Когда SCL имеет ВЫСОКОЕ значение, а SDA переходит с ВЫСОКОГО на НИЗКОЕ значение, начинается передача данных.

Условие остановки : когда SCL находится в состоянии HIGH, а SDA переходит из LOW в HIGH, передача данных прекращается.

И условие запуска, и условие остановки выдаются ведущими устройствами. После того, как сгенерировано начальное условие, шина находится в состоянии занятости. А после формирования условия остановки шина освобождается и находится в состоянии ожидания.

В состоянии простоя и SCL, и SDA находятся на высоком уровне. Процесс показан на рисунке 3 ниже.

Рис. 3 Условия запуска и условия остановки

Сигнал подтверждения: после завершения передачи 1 байта, то есть в течение 9-го такта SCL, ведущему необходимо освободить шину SDA и передать управление шиной ведомому. Из-за роли подтягивающего резистора шина в это время находится на высоком уровне. Если ведомое устройство правильно получает данные, отправленные ведущим, оно отключит SDA, указывая на сигнал подтверждения.

Сигнал отсутствия подтверждения : когда достигается 9-й тактовый цикл SCL, SDA остается высоким, указывая на сигнал отсутствия подтверждения.

Каждый байт должен быть гарантированно 8-битным. При передаче данных старший бит (MSB) передается первым, и за каждым передаваемым байтом должен следовать бит подтверждения (т. е. кадр имеет всего 9 бит). Если в течение определенного времени от ведомого устройства не поступает сигнал подтверждения, автоматически считается, что ведомое устройство приняло данные правильно, и ведущее устройство отправляет условие остановки для прекращения связи. Формат передачи данных показан на рисунке 4.

Рис. 4 Формат передачи данных

I2C обычно используется для связи между периферийными устройствами MCU или несколькими MCU. Интерфейс I2C отличается простотой аппаратного обеспечения и простотой программирования.

Что такое аналого-цифровой преобразователь ( АЦП )?

В инструментальных системах часто необходимо преобразовывать обнаруженные постоянно изменяющиеся аналоговые сигналы, такие как температура, давление, расход, скорость и интенсивность света, в дискретные цифровые сигналы, прежде чем их можно будет ввести в компьютер для обработки. Эти аналоговые сигналы преобразуются в электрические сигналы (обычно сигналы напряжения) с помощью датчиков, и после усиления усилителями им необходимо провести определенную обработку, чтобы они стали цифровыми сигналами. Устройство, которое преобразует аналоговые сигналы в цифровые, обычно называют аналого-цифровым преобразователем (АЦП), сокращенно АЦП.

Процесс аналого-цифрового преобразования представляет собой процесс выборки, хранения, количественной оценки и кодирования. Основная идея АЦП состоит в том, чтобы сравнивать входное аналоговое напряжение с опорным напряжением (прямо или косвенно) и преобразовывать его в цифровой выход. Существует три типа АЦП: тип параллельного сравнения, тип последовательного приближения и тип двойного интегрирования.

При использовании АЦП наиболее важными проблемами являются точность преобразования и время преобразования. На точность преобразования в основном влияют внешние факторы, такие как стабильность напряжения источника питания и опорного напряжения, стабильность операционного усилителя и температура окружающей среды. Факторы, на которые влияет сам чип, включают разрешение, ошибку квантования, относительную ошибку, линейную ошибку и так далее.

Что такое CAN-шина (локальная сеть контроллеров)?

Полное название CAN-шины — Controller Area Network. Это последовательная, синхронная и полудуплексная шина. Этот периферийный интерфейс, разработанный компанией BOSCH в Германии, является одной из наиболее широко используемых полевых шин в мире.

Характеристики шины CAN следующие:

• Две сигнальные линии, дифференциальный сигнал.
• Максимальная скорость может достигать 1 Мбит/с.
• Контроллер CAN имеет мощный встроенный механизм обнаружения и обработки ошибок с высокой отказоустойчивостью.
• Кадр сообщения CAN может передавать до 8 байт пользовательских данных.
• Оснащенный механизмом арбитража шины, он может образовывать систему с несколькими ведущими устройствами.

Протокол связи CAN выглядит следующим образом:

CAN определяет в общей сложности 5 типов кадров, также известных как пакеты. Кадры данных являются наиболее важными и сложными в коммуникации CAN. Кадр данных начинается с одного явного бита (логический 0) и заканчивается семью последовательными неявными битами (логическая 1).

Множественный доступ с контролем несущей (CSMA): каждый узел должен прослушивать шину, прежде чем пытаться отправить сообщение. Только когда шина простаивает, ее можно отправить.

Обнаружение конфликтов + арбитраж по приоритету сообщения (CD + AMP): разрешает конфликты с помощью предварительно запрограммированного приоритета сообщения с помощью битового арбитража, при этом приоритет сообщения находится в области идентификации каждого сообщения. Сообщения с идентификаторами с более высоким приоритетом всегда могут получить доступ к шине, а это означает, что последнее сообщение с идентификатором, который остается логически высоким, будет продолжать передаваться, поскольку оно имеет более высокий приоритет.

Рис. 5. Кадр данных шины CAN.

Стандартный CAN : для определения приоритета сообщения используется только 11-битный идентификатор. Чем меньше значение в этом поле, тем выше приоритет. Как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 Стандартный 11-битный идентификатор CAN

 

Расширенный CAN : 29-битный идентификатор. Как показано на рисунке 7.

Рис. 7 Расширенный 29-битный идентификатор CAN

Шина CAN в основном использует низкоскоростную шину CAN (то есть стандарт ISO11898-3) в области промышленного управления и использует высокоскоростную шину CAN со скоростью 125 Кбит/с в автомобильной области. Протокол CAN широко используется во всех типах приложений автомобильной промышленности, включая легковые автомобили, большегрузные и многоцелевые транспортные средства, а также сельскохозяйственные транспортные средства.

В большинство модулей RF-star аппаратно встроены периферийные устройства UART, ADC, I2C и I2S. Из-за потребностей рынка UART является одним из наших наиболее важных режимов связи в программном обеспечении. Почти все модули RF-star BLE и модули Wi-Fi, основанные на TI, Silicon Labs, Nordic, Realtek, а также микросхемы собственной разработки, оснащены протоколом последовательного порта UART для прозрачной передачи, чтобы упростить интеграцию разработки конечного продукта. продукты, сократить цикл разработки, сэкономить время и затраты на квалификацию сертификата с помощью сертифицированных модулей и повысить гибкость благодаря большему количеству радиомодульных конструкций. Например, вот такие беспроводные модули очень кстати:

RF-BM-2642B1 , RF-BM-BG22A1 , RF-BM-ND04 , RSBRS02ABR , RF-WM-20CMB1

О технологии RF-star

Shenzhen RF-star Technology Co., Ltd. (RF-star) — высокотехнологичная компания, специализирующаяся на радиочастотных устройствах, уже более десяти лет являющаяся официальным сторонним IDH Texas Instruments. RF-star предоставляет беспроводные модули IoT и полный набор решений, включая BLE, Wi-Fi, ZigBee, Thread, Matter, Wi-SUN, Sub-1G и т. д. Для получения дополнительной информации посетите официальный сайт https: // www.rfstarriot.com/ или свяжитесь с нами по адресу info@szrfstar.com.