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1
SPI / UART
Projektlabor SS 2014 – Weckman
Gruppe 3
Samim Ahmadi
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Gliederung
● SPI- Allgemeines- Aufbau / Funktionsweise
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Gliederung
● SPI- Allgemeines- Aufbau / Funktionsweise
● UART- Allgemeines- Funktionsweise- Register- Verwendung / Weiterführung
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Gliederung
● SPI- Allgemeines- Aufbau / Funktionsweise
● UART- Allgemeines- Funktionsweise- Register- Verwendung / Weiterführung
● Vergleich ( SPI ↔ UART)
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Gliederung
● SPI- Allgemeines- Aufbau / Funktionsweise
● UART- Allgemeines- Funktionsweise- Register- Verwendung / Weiterführung
● Vergleich ( SPI ↔ UART)● Quellen
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SPI - Allgemeines
● Serial Peripheral Interface● Entwickelt von Motorola● Serielle, synchrone Datenübertragung ● Bussystem bestehend aus drei Leitungen● Vollduplexfähig
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SPI - Aufbau
Kommunikation über Master-Slave-Prinzip:
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SPI - Aufbau
Kommunikation über Master-Slave-Prinzip:● MOSI (Master Out Slave In)
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SPI - Aufbau
Kommunikation über Master-Slave-Prinzip:● MOSI (Master Out Slave In)● MISO (Master In Slave Out)
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SPI - Aufbau
Kommunikation über Master-Slave-Prinzip:● MOSI (Master Out Slave In)● MISO (Master In Slave Out)● SCK/SCLK (Serial Clock)
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SPI - Aufbau
Kommunikation über Master-Slave-Prinzip:● MOSI (Master Out Slave In)● MISO (Master In Slave Out)● SCK/SCLK (Serial Clock) ● SS/CS (Slave Select / Chip Select)
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SPI - Aufbau
(1)
(2)
Pins vom ATMega 8
Einfacher SPI-Bus, 1 Slave und 1 Master
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SPI - Aufbau
Kaskadierung der Slaves SPI-Sternverbindung
(3) (4)
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SPI - Funktionsweise
● Kein festgelegtes Protokoll
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SPI - Funktionsweise
● Kein festgelegtes Protokoll● 4 verschiedene Modi, beschrieben durch:
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SPI - Funktionsweise
● Kein festgelegtes Protokoll● 4 verschiedene Modi, beschrieben durch:
- CPOL / CKPOL (Clock Polarity)→ 0: Low, 1: High
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SPI - Funktionsweise
● Kein festgelegtes Protokoll● 4 verschiedene Modi, beschrieben durch:
- CPOL / CKPOL (Clock Polarity)→ 0: Low, 1: High
- CPHA / CKPHA (Clock Phase)→ 0: 1.Flanke, 1: 2.Flanke
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SPI - Funktionsweise(5)
Betriebsmodi
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SPI - Funktionsweise
● 1 Bit pro Taktperiode
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SPI - Funktionsweise
● 1 Bit pro Taktperiode● 1 Datenwort entspricht 8 Bit → 8 Taktperioden
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SPI - Funktionsweise
● 1 Bit pro Taktperiode● 1 Datenwort entspricht 8 Bit → 8 Taktperioden● Empfangs- / Sendedaten im gleichen Register
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SPI - Funktionsweise
● 1 Bit pro Taktperiode● 1 Datenwort entspricht 8 Bit → 8 Taktperioden● Empfangs- / Sendedaten im gleichen Register ● 3- / 4-Wire-Master-Slave Modus
→ SS/CS-Signal auf Masse/ nicht auf Masse
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UART - Allgemeines
● Universal Asynchronous Receiver Transmitter
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UART - Allgemeines
● Universal Asynchronous Receiver Transmitter● Elektronische Schaltung zur Realisierung
digitaler Schnittstellen
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UART - Allgemeines
● Universal Asynchronous Receiver Transmitter● Elektronische Schaltung zur Realisierung
digitaler Schnittstellen● Hardware (UART-Chip, Funktionsblock eines
Mikrocontrollers)
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UART - Allgemeines
● Universal Asynchronous Receiver Transmitter● Elektronische Schaltung zur Realisierung
digitaler Schnittstellen● Hardware (UART-Chip, Funktionsblock eines
Mikrocontrollers)● Daten als serieller, digitaler Datenstrom mit
fixem Rahmen übertragen
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UART - Funktionsweise
(6)
Datenübertragung UART
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UART - Funktionsweise
●TAFEL(Beispiel zum Parity-Bit)
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UART - Funktionsweise
● Ein Datenpaket entspricht:
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UART - Funktionsweise
● Ein Datenpaket entspricht: - 1 Start-Bit- 5-9 Datenbits- 1 Parity-Bit (erkennt Übertragungsfehler)- 1 Stopp-Bit
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UART - Funktionsweise
● Ein Datenpaket entspricht: - 1 Start-Bit- 5-9 Datenbits- 1 Parity-Bit (erkennt Übertragungsfehler)- 1 Stopp-Bit
● Übertragung Start-Bit zu bel. Zeitpunkt möglich→ asynchron
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UART - Funktionsweise
● Ein Datenpaket entspricht: - 1 Start-Bit- 5-9 Datenbits- 1 Parity-Bit (erkennt Übertragungsfehler)- 1 Stopp-Bit
● Übertragung Start-Bit zu bel. Zeitpunkt möglich→ asynchron
● UART basiert auf TTL – Pegel (0: 0V, 1: 5V)
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UART - Register
● UART-Register, Auskunft: Datenblatt
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UART - Register
● UART-Register, Auskunft: Datenblatt● Wichtige Register:
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UART - Register
● UART-Register, Auskunft: Datenblatt● Wichtige Register:
- UCSRX ( A, B, C)
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UART - Register
● UART-Register, Auskunft: Datenblatt● Wichtige Register:
- UCSRX ( A, B, C) - UDR
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UART - Register
● UART-Register, Auskunft: Datenblatt● Wichtige Register:
- UCSRX ( A, B, C) - UDR - UBRR (UART Baud Rate Register)Für U2X Bit = 0 gilt:(Baudrate aus Datenblatt)
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38
UART - Register(7)
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39
UART - Register
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40
UART - Verwendung
Beispiel: RS – 232 – Schnittstelle
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41
UART - Verwendung
Beispiel: RS – 232 – Schnittstelle● Standard für serielle Schnittstelle bei
Computern
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UART - Verwendung
Beispiel: RS – 232 – Schnittstelle● Standard für serielle Schnittstelle bei
Computern● Weit verbreitet
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43
UART - Verwendung
Beispiel: RS – 232 – Schnittstelle● Standard für serielle Schnittstelle bei
Computern● Weit verbreitet● Asynchrone Übertragung über Wörtern mittels
Datenbits
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44
UART - Verwendung
Beispiel: RS – 232 – Schnittstelle● Standard für serielle Schnittstelle bei
Computern● Weit verbreitet● Asynchrone Übertragung über Wörtern mittels
Datenbits● Verarbeitung des TTL – Pegels mittels
MAX – 232 (Pegelwandler)
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UART - Verwendung(8) (6)
Serielle Schnittstelle RS-232Datenübertragung + Spannungspegel auf
RS-232
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UART - Weiterführung
● USART - Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter
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UART - Weiterführung
● USART - Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter
● Software – UART, falls Hardware – UARTs nicht ausreichen→ mit / ohne Interrupt - Pin
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48
Vergleich
SPI UART
- synchron- hohe Datenübertragungsraten
- asynchron- meist Hardware → selbstständig
- für jeden Slave extra Leitung- Kommunikation über Master-Slave Prinzip
- zur Kommunikation RXD, TXD notwendig
- Slave sendet Daten und empfängt gleichzeitig Daten vom Master
- Sender und Empfänger unabhängig voneinander
- geeignet als Bus mit mehreren Slaves → CPU ↔ Peripherie
- eher geeignet für Punkt-zu-Punkt Verbindungen
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Quellen
● http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial/Der_UART
● http://www.mikrocontroller.net/articles/RS-232● http://www.mikrocontroller.net/articles/UART● http://www.mikrocontroller.net/articles/Serial_P
eripheral_Interface● http://www.uni-koblenz.de/~physik/informatik/
MCU/SPI.pdf
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Quellen
● http://de.wikipedia.org/wiki/RS-232● http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_I
nterface● http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Asynch
ronous_Receiver_Transmitter
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Bildquellen
● (1) http://www.circuitstoday.com/wp-content/uploads/2012/02/atmega8.png
● (2) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ed/SPI_single_slave.svg
● (3) http://www.embedded.com/electronics-blogs/beginner-s-corner/4023908/Introduction-to-Serial-Peripheral-Interface
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Bildquellen
● (4) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/SPI_three_slaves.svg
● (5) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/SPI_timing_diagram2.svg
● (6) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/RS-232_timing.png
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Bildquellen
● (7) Datenblatt ATMega 16● (8)
http://www.ethernut.de/img/rs232male-large.png