In dieser Artikelserie stellen wir die gängigsten Schnittstellen vor, die für die Übertragung von Daten und in diesem Fall von Bildern zwischen den Geräten, die sie bereitstellen, d.h. Prozessoren/Controller oder Computer, und den Geräten, die sie präsentieren, d.h. Displays oder Monitore, verwendet werden.
Wenn wir von „Schnittstellen“ sprechen, meinen wir die Prinzipien der Verbindung von Geräten, die zur Datenübertragung verwendet werden. Ohne sie wäre es nicht möglich, Inhalte auf visuellen Informationsträgern, wie z.B. LCD-TFT-Displays, darzustellen.
Schnittstellen können in zwei Gruppen unterteilt werden:
- Interne Lösungen – d.h. solche, bei denen wir Elemente desselben Geräts (die sich in der Regel im selben Gehäuse befinden) direkt verbinden, d.h.:
Controller und Display; Darunter m.in.
Schnittstellen nur für die Bildübertragung (RGB, LVDS, eDP, MIPI DSI und Vx1) und für die Übertragung verschiedener Daten, einschließlich Bilder (RS232, I2C, SPI oder parallele 8- und 16-Bit-Lösungen); - externe Lösungen – d. h. solche, bei denen wir zwei separate Geräte kombinieren, z. B. einen Computer und einen Monitor; Solche Lösungen erfordern Kabel; darunter m.in: HDMI, DVI, VGA und DP.
Schnittstellen können auch nach der Art der Datenübertragung unterteilt werden, wobei unterschieden wird: parallele Schnittstellen, bei denen 1-Bit-Informationen auf vielen Leitungen übertragen werden, und serielle Schnittstellen, bei denen aufeinanderfolgende 1-Bit-Informationen auf einer Leitung gesendet werden.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die RS232-, I-, 2-, C- und SPI-Schnittstellen. Erfahren Sie mehr über RGB-, LVDS-, eDP-, MIPI DSI- und Vx1-Schnittstellen im Artikel „Übersicht gängiger Schnittstellen für die Bildübertragung – Teil I“. 1„.
RS232 (Empfohlener Standard 232)
Die RS232-Schnittstelle ist eine Lösung, deren Geschichte bis in die 60er Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts zurückreicht. – Es wurde von der EIA (Electronic Industries Association) entwickelt, um Fernschreiber und Modems zu kombinieren. In den folgenden Jahrzehnten diente sie als Basisschnittstelle für den Anschluss von verschiedenem Zubehör an Computer, wie z.B. Drucker oder Scanner. Aktuell handelt es sich um eine Nischenlösung, die vor allem in Spezialanlagen, z.B. in der Industrie, zum Einsatz kommt.
Wenn man an die RS232-Schnittstelle denkt, sind Kabel mit charakteristischen Steckern eine beliebte Assoziation. Im Rahmen dieses Artikels interessieren wir uns jedoch für PCB-Embedded-Lösungen, mit denen verschiedene Komponenten innerhalb eines Geräts verbunden werden.
Die RS232-Schnittstelle ist eine serielle Lösung, die für die Verbindung von DTE (Data Terminal Equipment) und DCE (Data Communication Equipment) verwendet wird, wobei eine Leitung nur zum Verbinden von zwei Geräten verwendet werden kann. ein DTE und ein DCE. Die Kommunikation kann sowohl unidirektional (Simplex) als auch bidirektional (Vollduplex) in zwei Varianten der Datenübertragung erfolgen, d.h.: asynchron. Es gibt verschiedene Arten von Leitungen in der RS232-Schnittstelle, darunter:
- Datenleitungen (TxD – übertragene Daten und RxD – empfangene Daten),
- Steuerleitungen (m.in.
DSR (Data Set Ready) – Bereitschaft des DCE zur Zusammenarbeit mit DTE oder DTR (Data Terminal Ready) – Bereitschaft des DTE zur Zusammenarbeit mit dem DCE (DSR- und DTR-Leitungen sind während der gesamten Dauer der Verbindung aktiv); - Massenlinien (m.in.
GND (Masse) oder PG (Schutzmasse)).
Abhängig von den Anforderungen der Anwendung ist es möglich, Teilmengen von Linien mit unterschiedlichen Komplexitätsgraden zu verwenden. Eine der Varianten ist m.in. Lösungen mit drei Linien, d.h. TxD (zum Senden von Daten), RxD (zum Empfangen von Daten) und GND (Masse).
Die RS232-Schnittstelle ist relativ resistent gegen elektromagnetische Störungen, wobei die Datenübertragung in der Regel mit Geschwindigkeiten von bis zu 9600 oder 115200 bps erfolgt (mit Ausnahme bestimmter synchroner Varianten, bei denen Geschwindigkeiten von bis zu 1 Mbit/s erreicht werden können). Gleichzeitig ist zu bedenken, dass es sich um Lösungen handelt, bei denen es zu erheblichen Spannungsschwankungen kommt.
Master/Slave-Modell
Bevor wir auf die nächsten beiden Schnittstellen eingehen, d.h. I2C und SPI ist es sinnvoll, sich auf das „Master/Slave“-Modell zu beziehen, bei dem es Master-Geräte gibt, die Slave-Geräte verwalten. Bei solchen Modellen startet das Master-Gerät die Kommunikation immer durch die Erzeugung eines Taktsignals, bei dem Daten gesendet oder empfangen werden.
Die in diesem Modell verwendeten Begriffe „Herr“ und „Sklave“ sind aufgrund ihrer Assoziationen mit Sklaverei umstritten. Im Jahr 2004. Der Global Language Monitor (GLM) bezeichnete sie als das krasseste Beispiel für politische Unkorrektheit. Derzeit werden sie immer häufiger durch andere Begriffe ersetzt, z. „Primär“ und „Replikat“, die m.in verwendet werden. in Django- und Drupal-Frameworks. Sie werden auch von m.in verwendet. Microsoft.
I2C (Interintegrierte Schaltung)
Die I2C-Schnittstelle, auch bekannt als IIC, ist eine Lösung für den Anschluss integrierter Schaltkreise (Inter-Integrated Circuit kann mit „ein Vermittler zwischen integrierten Schaltkreisen“ übersetzt werden). Es wurde in den frühen 80er Jahren entwickelt. XX. Jahrhundert. von Phillips.
Die I2C-Schnittstelle ist eine serielle Lösung, bei der die Kommunikation bidirektional über zwei Leitungen erfolgt: SDA (Serial Data Line) und SCL (Serial Clock Line). Es handelt sich um eine Technologie, die in der „Master/Slave“-Architektur arbeitet und die Möglichkeit bietet, eine beliebige Anzahl von Mastern einzuführen, die Slaves verwalten. Es handelt sich also um die sogenannten Multi-Master-Bus. Die Informationen werden in Form von Single-Byte-Paketen (d. h. Acht-Bit-Paketen) gesendet. Jede Übertragung hat einen eigenen Anfang (START-Signal/Startbit) und ein eigenes Ende (STOP-Signal/Stopp-Bit). Zwischendurch überträgt das Master-Gerät die 7-Bit-Adresse, gefolgt von den Lese-/Schreibbits und den entsprechenden Daten an das Zielgerät. Nach der Adressübertragung übergibt das Slave-Gerät noch ein Bit, d.h. ACK oder NACK, die über den korrekten/falschen Datenfluss informieren (und vor unkontrolliertem Datenverlust schützen). Das gleiche Bit wird auch gesendet, wenn Daten vom Master-Gerät empfangen werden. Die I2C-Schnittstelle wird über fünf Synchronisationsmodi mit unterschiedlichen Datenübertragungsgeschwindigkeiten gesteuert:
- Standardmodus – Geschwindigkeit bis zu 100 kbit/s,
- Schneller Modus – Geschwindigkeit bis zu 400 kbit/s,
- Fast Mode Plus – Geschwindigkeit bis zu 1 Mbit/s,
- High-Speed-Modus – Geschwindigkeit bis zu 3,4 Mbit/s,
- Ultra-Fast-Modus – Geschwindigkeiten bis zu 5 Mbit/s.
Manchmal wird auch der Turbo-Modus mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,4 Mbit/s unterschieden.
In derI2C-Schnittstelleerhält jedes Slave-Gerät, d. h. ein einzelner integrierter Schaltkreis, seine eigene eindeutige Adresse. Insgesamt können bis zu 128 Adressen innerhalb eines Busses unterstützt werden, d.h. bis zu 128 einzelne integrierte Schaltkreise, wobei zu beachten ist, dass die Datenübertragungsrate auf maximal 5 Mbit/s begrenzt ist. In einigen Anwendungen funktioniert dieI2C-Schnittstelleaufgrund ihrer geringen Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen bei hoher komplexer Impedanz möglicherweise nicht.
Die I2C-Schnittstelle wird m.in verwendet. in OLED-Displays. Sie finden sie im Angebot von Unisystem in Grafik – und Zeichenvarianten.
SPI (Serielle Peripherieschnittstelle)
Die SPI-Schnittstelle ist eine der am häufigsten verwendeten Lösungen für die Kommunikation zwischen Mikroprozessorsystemen und Peripheriesystemen, wie ADC/DACs, EEPROMs, MMC/SD-Karten usw. Seine Geschichte reicht bis in die 80er Jahre zurück. XX. Jahrhundert. – dann wurde es von Motorola auf den Markt gebracht.
Die SPI-Schnittstelle ist eine serielle Lösung, bei der die Kommunikation bidirektional erfolgt; Er basiert ebenfalls auf dem „Master/Slave“-Modell, ist aber kein Multi-Master-Bus – bei dieser Technologie wird in der Regel nur ein Master-Gerät verwendet, an das mehrere Slaves angeschlossen sind. Für die Übertragung von Informationen werden vier Leitungen verwendet:
- SCLK (Serial Clock) – ein Taktsignal,
- MOSI (Master Output Slave Input) – eine Leitung, die Daten an ein Slave-Gerät überträgt,
- MISO (Master Input Slave Output) – eine Leitung, die Daten an ein Master-Gerät überträgt,
- SS (Slave Select) oder CS (Chip Select) – eine Leitung, die zur Auswahl eines Slave-Geräts verwendet wird.
Bei SPI konfiguriert der Master die Uhr und gibt dann den Slave an, mit dem die Informationen ausgetauscht werden. Um das entsprechende Peripheriesystem zu aktivieren, wird die SS- oder CS-Leitung verwendet. Die Datenübertragung erfolgt über MOSI (vom Handheld zum Slave) und die MISO-Leitung (vom Slave zum Master). Die Kommunikation basiert auf Schieberegistern, die aus Flip-Flops vom Typ D bestehen, von denen es insgesamt acht gibt (nummeriert von 0 bis 7); Jeder von ihnen speichert eine Ein-Bit-Information – 1 Byte, also 8 Bit Daten, wird in acht Taktzyklen übertragen. Gleichzeitig handelt es sich um flexible Lösungen – es gibt keine 8-Bit-Einschränkungen, was Freiheiten in Bezug auf die m.in ermöglicht. Die Größe oder der Inhalt der Nachricht.
Die SPI-Schnittstelle wird für ihre Leistungsfähigkeit geschätzt – die erreichte Datenübertragungsgeschwindigkeit beträgt bis zu 37,5 Mbit/s. Leider verwendet diese Technologie kein Fehlerüberprüfungsprotokoll (wie z. B. die ACK- und NACK-Bits inI2C), was zu potenziellem Datenverlust führen kann. Darüber hinaus funktioniert die SPI-Schnittstelle in einigen Anwendungen möglicherweise nicht, da sie bei hoher komplexer Impedanz wenig Widerstand gegen elektromagnetische Störungen leistet (fügen wir hinzu, dass sie – aufgrund der Betriebsfrequenz der SPI-Schnittstelle, die in Hunderten von MHz gezählt wird – noch problematischer ist als im Fall der I2C-Schnittstelle).
Die SPI-Schnittstelle wird hauptsächlich in Lösungen mit einer Größe von nicht mehr als 7 Zoll verwendet, sowohl in LCD- und OLED-Technologie als auch in EPD-Technologie. Sie finden sie auch im Angebot von Unisystem – überprüfen Sie die Verfügbarkeit von LCD-, Grafik – und Zeichen-OLEDs und EPDs.
Im Zusammenhang mit den betreffenden Schnittstellen sind auch 8 – und 16-Bit-Parallellösungen zu erwähnen, die nach wie vor m.in verwendet werden. in OLED-Displays. Dabei handelt es sich um Schnittstellen, an denen Daten gleichzeitig in zwei Richtungen gesendet werden. Dabei kann es sich um 4-, 8-, 16- oder 24-Bit-Informationen handeln, wobei jedes Bit eine separate Leitung benötigt (es können auch gleichzeitig zusätzliche Leitungen verwendet werden, z. B. für das Taktsignal), was zu einer zunehmenden Anzahl von Drähten führt, die für die Verbindung mit dem Mikrocontroller erforderlich sind.
Die Verwendung dieser Art von Schnittstellen wird durch die unkomplizierte Integration in das System sowie durch den Datendurchsatz begünstigt (dies kann man sich vorstellen, indem man eine parallele und eine serielle Schnittstelle, z. B. 8-Bit, vergleicht, unter der Annahme, dass beide mit der gleichen Taktfrequenz arbeiten; in einer parallelen Schnittstelle werden Daten gleichzeitig gesendet, jeweils 8 Bit, während in einer seriellen Schnittstelle die Daten sequenziell gesendet werden, jeweils 1 Bit – wir können es uns vorstellen, in welcher Schnittstelle die Informationen achtmal schneller übertragen werden ;-)).
Fragen Sie sich, welche Schnittstelle für Ihre Anwendung am besten geeignet ist? Sprechen Sie uns an – gemeinsam finden wir mit Sicherheit die optimale Lösung.
