KOMUNIKASI BUS

Bus selalu macet di dalamnya. Sinyal di dunia ini semuanya sama, tetapi ada ribuan bus, yang memusingkan. Secara umum, ada tiga jenis bus: bus internal, bus sistem, dan bus eksternal. Bus internal adalah bus antara chip periferal di komputer mikro dan prosesor, yang digunakan untuk interkoneksi pada level chip; sedangkan bus sistem adalah bus antara papan plug-in dan papan sistem di komputer mikro, dan digunakan untuk pertukaran timbal balik pada tingkat papan plug-in. Bus eksternal adalah bus antara komputer mikro dan perangkat eksternal. Sebagai perangkat, komputer mikro bertukar informasi dan data dengan perangkat lain melalui bus. Ini digunakan untuk interkoneksi tingkat perangkat.
Selain bus, ada juga beberapa antarmuka, yang merupakan kumpulan dari beberapa bus, atau tidak ditolak.

1.SPI
 
SPI (Serial Peripheral Interface): Metode bus serial sinkron yang diusulkan oleh MOTOROLA. Port serial sinkron berkecepatan tinggi. Antarmuka 3 hingga 4 kabel, pengiriman dan penerimaan independen, dapat disinkronkan.

Ini banyak digunakan karena fungsi perangkat kerasnya yang kuat. Dalam instrumen cerdas dan pengukuran dan sistem kontrol yang terdiri dari komputer mikro chip tunggal. Jika persyaratan kecepatan tidak tinggi, mode bus SPI adalah pilihan yang baik. Ini dapat menghemat port I / O, meningkatkan jumlah periferal dan kinerja sistem. Bus SPI standar terdiri dari empat baris: serial clock line (SCK), master input / slave output line (MISO). Output master / slave input line (MOSI) dan sinyal pemilihan chip (CS). Beberapa chip antarmuka SPI memiliki jalur sinyal interupsi atau tidak memiliki MOSI.

Bus SPI terdiri dari tiga jalur sinyal: serial clock (SCLK), serial data output (SDO), dan serial data input (SDI). Bus SPI dapat mewujudkan interkoneksi beberapa perangkat SPI. Perangkat SPI yang menyediakan jam serial SPI adalah master SPI atau perangkat master (Master), dan perangkat lainnya adalah SPI slave atau perangkat slave (Slave). Komunikasi dupleks penuh dapat direalisasikan antara perangkat master dan slave. Ketika ada beberapa perangkat budak, garis pemilihan perangkat budak dapat ditambahkan. Jika Anda menggunakan port IO universal untuk mensimulasikan bus SPI, Anda harus memiliki port output (SDO), port input (SDI), dan port lain bergantung pada jenis perangkat yang diterapkan. Jika Anda ingin mengimplementasikan perangkat master-slave, Anda memerlukan port input dan output. , Jika hanya perangkat master yang direalisasikan, port keluaran sudah cukup; jika hanya perangkat pendukung yang direalisasikan, hanya port input yang diperlukan.

2.I2C
 
I2C (Inter-Integrated Circuit): Bus serial dua kabel yang dikembangkan oleh PHILIPS, digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler dan perangkat periferal mereka.

Bus I2C menggunakan dua kabel (SDA dan SCL) untuk mentransfer informasi antara bus dan perangkat, komunikasi serial antara mikrokontroler dan perangkat eksternal, atau transfer data dua arah antara perangkat master dan perangkat pendukung. I2C adalah keluaran OD, sebagian besar I2C adalah 2-wire (clock dan data), umumnya digunakan untuk mengirimkan sinyal kontrol.

I2C adalah bus multi-master, sehingga perangkat apa pun dapat bekerja seperti master dan mengontrol bus. Setiap perangkat di bus memiliki alamat unik, dan sesuai dengan kemampuannya masing-masing, mereka dapat berfungsi sebagai pemancar atau penerima. Beberapa mikrokontroler dapat hidup berdampingan di bus I2C yang sama.

3.UART
 
UART: Port serial asinkron universal, komunikasi dua arah lengkap sesuai dengan standar baud rate, kecepatan lambat.

Bus UART adalah port serial asinkron, sehingga umumnya jauh lebih rumit daripada dua port serial sinkron yang pertama. Umumnya, ini terdiri dari generator baud rate (baud rate yang dihasilkan sama dengan 16 kali baud rate transmisi), penerima UART, dan pemancar UART. Ini terdiri dari dua kabel di perangkat keras, satu untuk mengirim dan satu lagi untuk menerima.

UART adalah chip yang digunakan untuk mengontrol komputer dan perangkat serial. Satu hal yang perlu diperhatikan adalah ia menyediakan antarmuka perangkat terminal data RS-232C sehingga komputer dapat berkomunikasi dengan modem atau perangkat serial lain yang menggunakan antarmuka RS-232C. Sebagai bagian dari antarmuka, UART juga menyediakan fungsi berikut:

Data paralel yang ditransmisikan dari komputer diubah menjadi aliran data serial keluaran. Ubah data serial dari luar komputer menjadi byte untuk digunakan oleh perangkat yang menggunakan data paralel di dalam komputer. Tambahkan bit paritas ke aliran data serial keluaran, dan lakukan pemeriksaan paritas pada aliran data yang diterima dari luar. Tambahkan tanda mulai-berhenti ke aliran data keluaran, dan hapus tanda mulai-berhenti dari aliran data yang diterima. Tangani sinyal interupsi yang dikirim oleh keyboard atau mouse (keyboard dan mouse juga merupakan perangkat serial). Dapat menangani masalah manajemen sinkronisasi komputer dan perangkat serial eksternal. Beberapa UART kelas atas juga menyediakan buffer untuk data masukan dan keluaran. UART yang lebih baru adalah 16550, yang dapat menyimpan 16 byte data di buffer sebelum komputer perlu memproses data. UART biasa adalah 8250. Sekarang jika Anda membeli modem built-in, biasanya akan ada 16550 UART di dalam modem.

 
3. Perbandingan dari SPI, I2C dan UART
 
Metode komunikasi SPI dan I2C adalah komunikasi jarak pendek antara chip dan chip atau antara komponen lain seperti sensor dan chip. SPI dan IIC adalah komunikasi board-to-board, IIC terkadang juga melakukan komunikasi board-to-board, tetapi jaraknya sangat pendek, tetapi lebih dari satu meter, misalnya, beberapa layar sentuh, layar LCD ponsel, banyak film tipis kabel menggunakan IIC, I2C dapat digunakan untuk menggantikan standar Bus paralel, berbagai sirkuit terintegrasi dan modul fungsional yang dapat dihubungkan. I2C adalah bus multi-master, sehingga perangkat apa pun dapat bekerja seperti master dan mengontrol bus. Setiap perangkat di bus memiliki alamat unik, dan sesuai dengan kemampuannya masing-masing, mereka dapat berfungsi sebagai pemancar atau penerima. Beberapa mikrokontroler dapat hidup berdampingan di bus I2C yang sama. Kedua jalur ini termasuk transmisi kecepatan rendah.

UART digunakan dalam komunikasi antara dua perangkat, seperti komunikasi antara perangkat dan komputer yang dibuat dengan mikrokomputer chip tunggal. Komunikasi semacam itu bisa dilakukan dalam jarak jauh. Kecepatan UART lebih cepat dari dua di atas, hingga sekitar 100K. Ini digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer dan perangkat atau antara komputer dan perhitungan, tetapi jarak efektif tidak akan terlalu panjang, sekitar 10 meter. Keuntungan UART adalah ia memiliki berbagai dukungan dan struktur desain program. Sederhananya, dengan perkembangan USB, UART secara bertahap menurun.

5.I2S
 
I2S (Inter-IC Sound Bus) adalah standar bus yang dikembangkan oleh Philips untuk transmisi data audio antar perangkat audio digital. Sebagian besar adalah 3-kabel (selain jam dan data, ada juga sinyal pemilihan saluran kiri dan kanan), I2S terutama digunakan untuk mengirimkan sinyal audio. Seperti STB, DVD, MP3, dll yang biasa digunakan.

Dalam standar I2S, spesifikasi antarmuka perangkat keras dan format data audio digital ditentukan. I2S memiliki 3 sinyal utama: 1) Serial clock SCLK, juga disebut bit clock (BCLK), yaitu sesuai dengan setiap bit data audio digital, SCLK memiliki 1 pulsa. Frekuensi SCLK = 2 × frekuensi sampling × jumlah bit sampling. 2) Frame clock LRCK, (juga disebut WS), digunakan untuk mengalihkan data dari saluran kiri dan kanan. LRCK “1” berarti data saluran kiri sedang dikirim, dan “0” berarti data saluran kanan sedang dikirim. Frekuensi LRCK sama dengan frekuensi sampling. 3) Data serial SDATA adalah data audio yang diekspresikan dalam pelengkap berpasangan. Kadang-kadang untuk lebih menyinkronkan sistem, sinyal lain MCLK diperlukan untuk dikirim, yang disebut jam master, juga disebut jam sistem (Sys Clock), yaitu 256 kali atau 384 kali frekuensi sampling.

6.GPIO

GPIO (General Purpose Input Output) atau bus expander, menggunakan antarmuka standar industri I2C, SMBus atau SPI untuk menyederhanakan perluasan port I / O.

Ketika mikrokontroler atau chipset tidak memiliki cukup port I / O, atau ketika sistem perlu menggunakan komunikasi atau kontrol serial jarak jauh, produk GPIO dapat menyediakan fungsi kontrol dan pemantauan tambahan. Setiap port GPIO dapat dikonfigurasi sebagai input atau output oleh perangkat lunak. Lini produk GPIO Maxim mencakup GPIO 8-port hingga 28-port, menyediakan output push-pull atau output open-drain. Tersedia dalam paket QFN 3mm x 3mm miniatur.

(1) Keuntungan GPIO (port expander):

① Konsumsi daya rendah: GPIO memiliki konsumsi daya yang lebih rendah (sekitar 1μA, sedangkan arus kerja μC adalah 100μA).

② Antarmuka slave IIC terintegrasi: Antarmuka slave IIC built-in GPIO, dapat bekerja dengan kecepatan penuh bahkan dalam mode siaga.
　
③ Paket kecil: Perangkat GPIO menyediakan ukuran paket terkecil-3mm x 3mm QFN!

④ Biaya rendah: Anda tidak perlu membayar untuk fungsi yang tidak digunakan!

⑤ Daftar cepat: tidak perlu menulis kode tambahan, dokumen, dan tidak ada pekerjaan pemeliharaan!　
Kontrol pencahayaan fleksibel: Beberapa output PWM resolusi tinggi terintegrasi.

⑥ Waktu respons yang dapat ditentukan sebelumnya: persingkat atau tentukan waktu respons antara peristiwa eksternal dan interupsi.

⑦ Efek pencahayaan yang lebih baik: output arus yang cocok untuk memastikan kecerahan tampilan yang seragam.

⑧ Pengkabelan sederhana: hanya dibutuhkan 2 bus IIC atau 3 bus SPI

7.SDIO

SDIO adalah antarmuka ekspansi tipe SD. Selain dapat disambungkan ke kartu SD, juga bisa disambungkan ke perangkat yang mendukung antarmuka SDIO. Tujuan soket tidak hanya untuk memasukkan kartu memori. PDA dan laptop yang mendukung antarmuka SDIO dapat dihubungkan ke penerima GPS, adaptor Wi-Fi atau Bluetooth, modem, adaptor LAN, pembaca kode batang, radio FM, penerima TV, pembaca otentikasi frekuensi radio, Atau kamera digital dan perangkat lain yang menggunakan SD antarmuka standar.

Protokol SDIO dikembangkan dan ditingkatkan dari protokol kartu SD. Banyak tempat mempertahankan protokol baca dan tulis kartu SD. Pada saat yang sama, protokol SDIO menambahkan perintah CMD52 dan CMD53 ke protokol kartu SD. Karena itu, perbedaan penting antara spesifikasi kartu SDIO dan SD adalah penambahan standar kecepatan rendah. Aplikasi target kartu kecepatan rendah dimulai dengan perangkat keras terkecil untuk mendukung kemampuan I / O kecepatan rendah. Kartu berkecepatan rendah mendukung aplikasi seperti modem, pemindai kode batang, dan penerima GPS. Kartu berkecepatan tinggi mendukung kartu jaringan, kartu TV dan kartu “combo”, dll. Kartu kombinasi mengacu pada memori + SDIO.

Perbedaan penting lainnya antara SDIO dan kartu SD SPEC adalah penambahan standar kecepatan rendah. Kartu SDIO hanya membutuhkan SPI dan mode transmisi SD 1-bit. Aplikasi target dari kartu kecepatan rendah adalah untuk mendukung kemampuan I / O kecepatan rendah dengan pengeluaran perangkat keras yang minimal. Kartu berkecepatan rendah mendukung aplikasi seperti MODEM, pemindai batang, dan penerima GPS. Untuk kartu kombinasi, kecepatan penuh dan operasi 4BIT adalah persyaratan wajib untuk memori internal dan bagian SDIO dari kartu. Pada perangkat SDIO non-gabungan, kecepatan maksimum hanya boleh mencapai 25M, dan kecepatan maksimum kartu gabungan sama dengan kecepatan maksimum kartu SD, yang lebih tinggi dari 25M.

8. BISA

CAN, nama lengkapnya adalah “Jaringan Area Pengontrol”, yaitu, Jaringan Area Pengontrol, yang merupakan salah satu bus lapangan yang paling banyak digunakan di dunia. Awalnya, CAN dirancang sebagai komunikasi mikrokontroler di lingkungan otomotif, pertukaran informasi antara berbagai perangkat kontrol elektronik ECU di dalam kendaraan, membentuk jaringan kontrol elektronik otomotif. Misalnya, perangkat kontrol CAN tertanam dalam sistem manajemen mesin, pengontrol transmisi, peralatan instrumentasi, dan sistem tulang punggung elektronik.

Dalam satu jaringan yang terdiri dari bus CAN, secara teori, node yang tak terhitung jumlahnya dapat dihubungkan. Dalam aplikasi praktis, jumlah node dibatasi oleh karakteristik kelistrikan perangkat keras jaringan. Misalnya, saat menggunakan Philips P82C250 sebagai transceiver CAN, 110 node diizinkan untuk dihubungkan di jaringan yang sama. CAN dapat menyediakan kecepatan transmisi data hingga 1Mbit / dtk, yang membuat kontrol waktu nyata menjadi sangat mudah. Selain itu, fitur verifikasi kesalahan perangkat keras juga meningkatkan kemampuan CAN untuk menahan interferensi elektromagnetik.

Fitur CAN bus:

1) Dapat bekerja dalam mode multi-master. Setiap node di jaringan dapat secara aktif mengirim informasi ke node lain di jaringan kapan saja, terlepas dari master dan slave, dan mode komunikasinya fleksibel.

2) Node pada jaringan dapat dibagi menjadi beberapa prioritas berbeda untuk memenuhi kebutuhan waktu nyata yang berbeda.

3) Mekanisme struktur bus arbitrase bit non-destruktif diadopsi. Ketika dua node mengirimkan informasi ke jaringan pada saat yang sama, node dengan prioritas lebih rendah secara aktif menghentikan transmisi data, sedangkan node dengan prioritas lebih tinggi dapat terus mengirimkan data tanpa terpengaruh.

4) Data dapat diterima dalam beberapa mode transmisi: point-to-point, point-to-multipoint dan siaran global.

5) Jarak komunikasi langsung maksimum bisa mencapai 10km (kecepatan di bawah 4Kbps).

6) Kecepatan komunikasi dapat mencapai hingga 1MB / s (jarak terjauh saat ini adalah 40m).

sumber ,fmuser.org