فهم الطبيعة الحقيقية لGPIO, I2C, SPI, UART, مستخدم, وواجهات الاتصالات USB

لا بد أنك شاهدت واجهات مختلفة على العديد من لوحات دوائر الأجهزة الإلكترونية, مثل GPIO, I2C, SPI, UART, مستخدم, USB, إلخ. يجب أن تكون فضوليًا بشأن مبادئ العمل, الأغراض, والاختلافات بين هذه الواجهات على لوحات الدوائر. اليوم, قام محررنا بزيارة الزملاء من القسم الفني لشركة UGPCB لشرحهم “الطبيعة الحقيقية.”

اختلافات بسيطة

1) جيبيو (إخراج المدخلات للأغراض العامة) هو مدخلات / مخرجات للأغراض العامة, المنفذ العام, موسع الناقل الذي يبسط توسيع الإدخال/الإخراج باستخدام المعيار الصناعي I2C, حافلة صغيرة الحجم™, أو سبي™ واجهات. عندما تفتقر وحدات التحكم الدقيقة أو الشرائح إلى منافذ إدخال/إخراج كافية, أو عندما تتطلب الأنظمة الاتصال التسلسلي أو التحكم عن بعد, يمكن أن توفر منتجات GPIO وظائف تحكم ومراقبة إضافية.

2) SPI (الواجهة الطرفية التسلسلية) عبارة عن ناقل تسلسلي ثنائي الاتجاه متزامن قياسي بأربعة أسلاك. تُستخدم واجهة SPI بشكل أساسي في EEPROM, فلاش, الساعات في الوقت الحقيقي, محولات الإعلانات, وبين معالجات الإشارات الرقمية وأجهزة فك تشفير الإشارات الرقمية. SPI عالي السرعة, الازدواج الكامل, ناقل اتصال متزامن يشغل أربعة أطراف فقط على الشريحة, توفير عدد الدبوس ومساحة تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور. نظرا لخصائصه البسيطة وسهلة الاستخدام, المزيد والمزيد من الرقائق تدمج بروتوكول الاتصال هذا.

3) أنا²ج (حافلة إنتر-IC) عبارة عن ناقل تسلسلي بسلكين تم تطويره بواسطة شركة PHILIPS لتوصيل وحدات التحكم الدقيقة وأجهزتها الطرفية. إنه معيار ناقل معتمد على نطاق واسع في مجال التحكم في الاتصالات الإلكترونية الدقيقة. لديها مزايا عدد أقل من خطوط الواجهة, طرق التحكم البسيطة, نماذج تغليف الأجهزة الصغيرة, وارتفاع معدلات الاتصال.

4) UART (جهاز إرسال استقبال غير متزامن عالمي) هو جهاز استقبال/إرسال عالمي غير متزامن.

5) USART جهاز إرسال واستقبال غير متزامن عالمي;

6) الناقل التسلسلي العالمي USB (الحافلة التسلسلية العالمية)

7) يمكن فيلدبوس

تكوين خطوط بيانات النقل

يتكون ناقل SPI من ثلاثة خطوط إشارة على مدار الساعة (SCLK), إخراج البيانات التسلسلية (SDO), وإدخال البيانات التسلسلية (سدي). يمكن لحافلة SPI توصيل أجهزة SPI متعددة. جهاز SPI الذي يوفر ساعة SPI هو الجهاز الرئيسي أو الرئيسي (يتقن), بينما الأجهزة الأخرى هي أجهزة تابعة أو أجهزة تابعة (عبد). يمكن للأجهزة الرئيسية والتابعة تحقيق اتصال مزدوج الاتجاه. عندما يكون هناك العديد من الأجهزة التابعة, يمكن إضافة خط اختيار تابع إضافي.

في حالة محاكاة ناقل SPI باستخدام منافذ الإدخال والإخراج العامة, فمن الضروري أن يكون لديك منفذ إخراج واحد (SDO), منفذ إدخال واحد (سدي), واعتمادا على نوع الجهاز المطبق, منفذ آخر في حالة تنفيذ الأجهزة الرئيسية والتابعة, تتطلب كلاً من منافذ الإدخال والإخراج; إذا تم تنفيذ الأجهزة الرئيسية فقط, منفذ الإخراج يكفي; إذا تم تنفيذ الأجهزة التابعة فقط, هناك حاجة إلى منفذ الإدخال.

الحافلة I2C ذات اتجاهين, سلكين (SCL, SDA), مسلسل, معيار واجهة متعدد الماجستير مع آلية تحكيم الناقل, مما يجعلها مناسبة جدًا للمدى القريب, اتصالات البيانات النادرة بين الأجهزة. في نظام البروتوكول الخاص به, عند نقل البيانات, يتم تضمين عنوان الجهاز الوجهة, تمكين شبكة الجهاز.

في حالة محاكاة ناقل I2C مع منافذ IO عامة للإرسال ثنائي الاتجاه, منفذ إدخال/إخراج واحد (SDA) هناك حاجة, ومنفذ إخراج آخر (SCL) مطلوب. (ملاحظة: إن فهمي لـ I2C محدود نسبيًا, لذلك قد يكون هذا الوصف غير كامل.)

ناقل UART هو منفذ تسلسلي غير متزامن, لذلك فهو يتمتع بشكل عام ببنية أكثر تعقيدًا من المنفذين التسلسليين المتزامنين السابقين (كما هو مذكور في كتب المتحكمات الدقيقة, على الرغم من أنها لا تعتبر معقدة). ويتكون بشكل عام من مولد معدل الباود (معدل الباود الذي تم إنشاؤه يساوي 16 مرات معدل الباود الإرسال), جهاز استقبال UART, وجهاز إرسال UART, مع اثنين من الأسلاك في الأجهزة, واحد للإرسال والآخر للاستقبال.

بوضوح, في حالة محاكاة ناقل UART بمنافذ IO العامة, مطلوب منفذ إدخال واحد ومنفذ إخراج واحد.

من النقطة الثانية, ومن الواضح أن SPI وUART يمكنهما تحقيق الازدواج الكامل, لكن I2C لا يستطيع ذلك.

اختلافات بروتوكول الاتصال

SPI

 

SPI هو بروتوكول يسمح لجهاز رئيسي ببدء اتصال متزامن مع جهاز تابع, وبذلك يتم الانتهاء من تبادل البيانات. تتمتع طريقة الاتصال هذه بميزة احتلال عدد أقل من المنافذ; عمومًا, أربعة كافية للتواصل الأساسي. في نفس الوقت, سرعة الإرسال عالية جدًا أيضًا. عمومًا, يتطلب أن يكون لدى الجهاز الرئيسي وحدة تحكم SPI (ولكن يمكن أيضًا محاكاتها) للتواصل مع الرقائق المعتمدة على SPI.

مبدأ الاتصال في SPI بسيط للغاية; يتطلب أربعة أسلاك على الأقل, ولكن ثلاثة يمكن أن تكون كافية أيضًا. وهي شائعة في جميع الأجهزة المستندة إلى SPI (SDI). (إدخال البيانات), SDO (إخراج البيانات), SCK (ساعة), CS (حدد الشريحة). يتحكم CS في تحديد الشريحة أم لا, مما يعني أن العمليات على هذه الشريحة تكون فعالة فقط عندما تكون إشارة تحديد الشريحة عند إشارة تمكين محددة مسبقًا (مستوى عال أو مستوى منخفض). يتيح ذلك توصيل أجهزة SPI متعددة على نفس الناقل.

التالي هي الخطوط الثلاثة المسؤولة عن الاتصال. يتم إكمال الاتصال من خلال تبادل البيانات. هنا, من المهم أن تعرف أن SPI هو بروتوكول اتصال تسلسلي, وهذا يعني أن البيانات يتم نقلها شيئًا فشيئًا. هذا هو سبب وجود خط الساعة SCK. يوفر SCK نبضات على مدار الساعة, و سدي, SDO يكمل نقل البيانات بناءً على هذه النبضات. يتم إخراج البيانات من خلال خط SDO; تتغير البيانات على الحافة الصاعدة أو الحافة الهابطة للساعة ويتم قراءتها مباشرة بعد الحافة الهابطة أو الصاعدة. يتم إكمال بت واحد من نقل البيانات بهذه الطريقة. الإدخال يتبع نفس المبدأ. هكذا, ثمانية تغييرات على الأقل في إشارة الساعة (دورة واحدة صعودا وهبوطا تشكل تغييرا واحدا) السماح بنقل 8 بتات من البيانات.

تجدر الإشارة إلى أنه يتم التحكم في خط إشارة SCK فقط بواسطة الجهاز الرئيسي, ولا تستطيع الأجهزة التابعة التحكم في خط الإشارة. بصورة مماثلة, في جهاز يستند إلى SPI, يجب أن يكون هناك جهاز رئيسي واحد على الأقل.

تتمتع خاصية الإرسال هذه بميزة على الاتصالات التسلسلية النموذجية على عكس الاتصالات التسلسلية التقليدية, الذي ينقل على الأقل 8 بت من البيانات بشكل مستمر, يسمح SPI بنقل البيانات شيئًا فشيئًا, وحتى يسمح بالإيقاف المؤقت لأن خط الساعة SCK يتم التحكم فيه بواسطة الجهاز الرئيسي. عندما لا يكون هناك انتقال على مدار الساعة, لا يقوم الجهاز التابع بجمع البيانات أو نقلها. بعبارة أخرى, يمكن للجهاز الرئيسي التحكم في الاتصال من خلال التحكم في خط الساعة SCK.

SPI هو أيضًا بروتوكول لتبادل البيانات نظرًا لأن خطوط إدخال وإخراج بيانات SPI مستقلة, أنها تسمح بإكمال إدخال وإخراج البيانات في وقت واحد.

أجهزة SPI المختلفة لها تطبيقات مختلفة, بشكل أساسي من حيث وقت تغيير البيانات وجمعها, مع تعريفات مختلفة للتجميع على الحافة الصاعدة أو الحافة الهابطة لإشارة الساعة. للحصول على تفاصيل محددة, يرجى الرجوع إلى وثائق الأجهزة ذات الصلة.

أنا²ج

مطلوب خطين ناقلين فقط: خط بيانات تسلسلي واحد SDA وخط ساعة تسلسلي واحد SCL.

يمكن معالجة كل جهاز متصل بالحافلة بعنوان فريد وعلاقة بسيطة بين السيد والعبد يتم تحديدها بواسطة البرنامج. يمكن للمضيف أن يعمل كجهاز إرسال أو جهاز استقبال رئيسي.

إنها حافلة حقيقية متعددة الماجستير; إذا بدأ اثنان أو أكثر من الأساتذة في نقل البيانات في وقت واحد, كشف الصراعات والتحكيم يمنع تلف البيانات.

يمكن أن تصل معدلات نقل البيانات التسلسلية ثنائية الاتجاه 8 بت إلى 100 كيلوبت/ثانية في الوضع القياسي, 400كيلوبت/ثانية في الوضع السريع, و3.4 ميجابت/ثانية في الوضع عالي السرعة.

تعمل المرشحات الموجودة على الرقاقة على إزالة مواطن الخلل من خط بيانات الناقل لضمان سلامة البيانات.

عدد الدوائر المتكاملة المتصلة بنفس الناقل محدود فقط بالسعة القصوى للحافلة البالغة 400pF.

UART

ناقل UART هو منفذ تسلسلي غير متزامن, لذا فإن هيكله بشكل عام أكثر تعقيدًا من المنفذين التسلسليين المتزامنين السابقين. يتكون عادة من مولد معدل الباود (الذي يولد معدل باود يساوي 16 مرات معدل الباود الإرسال), جهاز استقبال UART, وجهاز إرسال UART, مع اثنين من الأسلاك في الأجهزة, واحد للإرسال والآخر للاستقبال.

يُستخدم UART بشكل شائع للتحكم في شرائح الكمبيوتر للأجهزة التسلسلية. هناك نقطة واحدة يجب ملاحظتها وهي أنها توفر واجهة معدات طرفية للبيانات RS-232C, السماح لأجهزة الكمبيوتر بالاتصال بأجهزة المودم أو الأجهزة التسلسلية الأخرى باستخدام واجهة RS-232C.

UART لتقف على جهاز الاستقبال / الإرسال العالمي غير المتزامن (منفذ اتصال تسلسلي غير متزامن). ويتضمن معايير ومواصفات للواجهات مثل RS232, RS499, RS423, RS422, و RS485, جعل UART مصطلحًا عامًا لمنافذ الاتصال التسلسلية غير المتزامنة. RS232, RS499, RS423, RS422, وRS485 هي معايير ومواصفات الواجهة لمختلف منافذ الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة, تحديد الخصائص الكهربائية, معدلات الإرسال, خصائص الاتصال, والخواص الميكانيكية للواجهات. إنهم ينتمون إلى الطبقة المادية (أدنى طبقة) المفهوم في شبكة الاتصالات ولا يرتبط مباشرة ببروتوكولات الاتصال. تنتمي بروتوكولات الاتصال إلى طبقة ربط البيانات (الطبقة العليا التالية) مفهوم في شبكات الاتصالات. يعد منفذ COM اختصارًا لمنفذ الاتصال التسلسلي غير المتزامن الموجود على جهاز الكمبيوتر (كمبيوتر شخصي). لأسباب تاريخية, تم تكوين الواجهة الخارجية للكمبيوتر الشخصي لشركة IBM على أنها RS232, أصبح المعيار الفعلي في صناعة أجهزة الكمبيوتر. هكذا, منافذ COM الموجودة على أجهزة الكمبيوتر الحديثة كلها RS232. في حالة توفر عدة منافذ اتصال تسلسلية غير متزامنة, يتم تسميتهم COM1, كوم2, إلخ.

من الواضح أن كلاً من SPI وUART يمكنهما تحقيق اتصال مزدوج الاتجاه, لكن I2C لا يستطيع ذلك.

USART جهاز استقبال وجهاز إرسال متزامن عالمي غير متزامن. (الفرق من UART واضح.)

UART جهاز استقبال وجهاز إرسال غير متزامن عالمي;

USART جهاز استقبال وجهاز إرسال متزامن عالمي غير متزامن. عمومًا, في ميكروكنترولر, تُستخدم الواجهات المسماة UART فقط للاتصالات التسلسلية غير المتزامنة, بينما يمكن استخدام تلك المسماة USART للاتصالات التسلسلية المتزامنة وغير المتزامنة.

USB

يرمز USB إلى الناقل التسلسلي العالمي, معيار ناقل خارجي للاتصال والتواصل بين الكمبيوتر والأجهزة الخارجية, المطبقة في مجال الكمبيوتر. يدعم USB وظائف التوصيل والتشغيل والتبديل السريع. تم اقتراح USB من قبل تحالف يضم شركة Intel, كومباك, آي بي إم, ومايكروسوفت في نهاية 1994.

تشتمل الخصائص الكهربائية وخصائص النقل لـ USB على أجهزة إرسال واستقبال USB عالية السرعة مثل Philips’ 82C251, تي آي SN65/75LBC031, بوش CF150, C250, و Intersil UC5350; تشتمل أجهزة الإرسال والاستقبال USB منخفضة السرعة على Philips 82C252, TJA1053, سيمنز TLE 6252G; تشتمل أجهزة الإرسال والاستقبال USB أحادية السلك على Philips AU5790, إنفينيون TLE 6255, دلفي DK166153.

يستطيع

عندما تكون الحافلة خاملة, يمكن لأي عقدة CAN أن تبدأ في نقل البيانات. إذا بدأت عقدتان أو أكثر في الإرسال في وقت واحد, يعمل التحكيم خطوة بخطوة القائم على المعرف على حل تعارضات الوصول. CAN عبارة عن ناقل من نوع البث حيث تتلقى جميع العقد البيانات من الناقل, وتحدد آلية تصفية الأجهزة ما إذا كانت الرسالة سيتم تقديمها إلى العقدة.

هناك أربعة أنواع من إطارات الرسائل Data Frame, الإطار البعيد, إطار الخطأ, والإطار الزائد.

تعد وحدات التحكم CAN الأساسية فعالة من حيث التكلفة مع وجود مخازن مؤقتة محدودة للرسائل للإرسال/الاستقبال وآليات تصفية رسائل CAN الأساسية. توفر وحدات التحكم CAN الكاملة تكلفة وأداء أعلى مع مخازن مؤقتة قادرة على التعامل معها 8 أو المزيد من الرسائل للإرسال والاستقبال. تتعامل وحدات التحكم CAN القياسية مع الرسائل ذات معرفات 11 بت, بينما تتعامل وحدات التحكم CAN الموسعة مع رسائل معرف 11 بت و29 بت. يمكن تفعيلها بالوقت (TTCAN) تقوم وحدات التحكم بجدولة رسائل CAN بناءً على الوقت والأحداث, تعزيز الأداء العام والقدرة على التنبؤ بالسلوك لشبكة CAN.

يتم إرسال بايتات البيانات بدءًا من البت الأكثر أهمية. يمكن إرسال بايت بيانات 8 بت في عملية إرسال واحدة, مع أن الحد الأقصى لسرعة ناقل CAN هو 1 ميجابت في الثانية.

تتطلب معظم وحدات التحكم الدقيقة CAN جهاز إرسال واستقبال خارجي للاتصال بالناقل الفعلي. يقدم السوق أجهزة إرسال واستقبال عالية السرعة مثل Philips’ 82C251, تي آي SN65/75LBC031, بوش CF150, C250, و Intersil UC5350; وأجهزة إرسال واستقبال منخفضة السرعة مثل Philips 82C252, TJA1053, وسيمنز TLE 6252G.

اختيار الناقل التسلسلي

المتحكمات الدقيقة (درجة مئوية) هي في صميم المنتجات الإلكترونية المتقدمة اليوم, تتطلب الاتصال مع واحد أو أكثر من الأجهزة الطرفية. تقليديا, تم توصيل الأجهزة الطرفية μC عبر البيانات المعينة للذاكرة وحافلات العناوين. يتطلب هذا النوع من الواجهة الحد الأدنى لعدد المسامير (باستثناء الطاقة والأرض) 8 (بيانات) + 1 (ص //ث) + 1 (/CS) + ن خطوط العنوان [ن = سجل2(السجل الداخلي أو عدد بايت الذاكرة)]. على سبيل المثال, يتطلب الاتصال بجهاز طرفي سعة 16 بايت 8 + 1 + 1 + 4 = 14 دبابيس. توفر هذه الواجهة وصولاً سريعًا ولكنها تزيد من حجم الحزمة والتكلفة الإجمالية بسبب العدد الأكبر من المسامير. لتقليل التكاليف وأحجام التعبئة والتغليف, تعتبر الواجهات التسلسلية بدائل مثالية.

اختيار الناقل التسلسلي ليس بالأمر السهل. إلى جانب النظر في معدلات البيانات, ترتيب نقل بت البيانات (الشيء الأكثر أهمية الأول أو الأخير), والجهد, يجب على المصممين التفكير في كيفية اختيار الأجهزة الطرفية (عبر شريحة الأجهزة حدد المدخلات أو بروتوكول البرنامج), كيف تتزامن الأجهزة الطرفية مع μC (باستخدام خط ساعة الأجهزة أو معلومات الساعة المضمنة في دفق البيانات), ما إذا كانت البيانات يتم نقلها على سطر واحد (التبديل بين “عالي” و “قليل”) أو على زوج التفاضلية (خطين يتحولان في اتجاهين متعاكسين في وقت واحد), وما إذا كانت خطوط الاتصال تستخدم مقاومة متطابقة عند كلا الطرفين (عادة للإشارات التفاضلية), لا مثيل له, أو متطابقة في نهاية واحدة (شائع للحافلات ذات النهاية الواحدة). طاولة 1 يوضح الاختلافات بين أنظمة الحافلات المشتركة المختلفة في شكل مصفوفة. أربعة فقط من 16 التركيبات الممكنة معروفة جيدًا.

الى جانب هذه الخصائص, قد يكون لتطبيقات معينة متطلبات إضافية مثل طرق إمداد الطاقة, عزل, قمع الضوضاء, أقصى درجة مئوية (يستضيف) إلى الطرفية (عبد) مسافة الإرسال, وطرق توصيل الكابلات (نوع الحافلة, نوع النجمة, حماية قطبية عكسية, إلخ.). تطبيقات مثل أتمتة البناء, التحكم الصناعي, قراءة العداد, إلخ., وقد وضعت معايير لمثل هذه المتطلبات.

I²C/SMBus مقابل. 1-حافلة الأسلاك

إذا كان التطبيق يمكن أن يوفر خط الساعة, يمكن أن يمتد اختيار الناقل إلى أجهزة I²C/SMBus. وفقا لمواصفات SMBus, يمكن اعتباره مشتقًا من مواصفات ناقل I²C بسرعة 100 كيلوبت في الثانية مع ميزات المهلة الإضافية. في الحالات التي تفقد فيها العقدة التزامن مع الناقل الرئيسي, ميزة المهلة تمنع قفل الحافلة, بينما يتطلب نظام I²C إعادة ضبط التشغيل للتعافي من حالات الخطأ هذه. يقوم نظام 1-Wire بإعادة ضبط/اكتشاف التواجد أثناء مرحلة تهيئة واجهة الاتصال.

بالإضافة إلى خط الساعة, يوفر I²C/SMBus بت الإقرار لكل بايت يتم إرساله على الناقل, تقليل معدلات البيانات الفعالة عن طريق 12%. تبدأ عملية الاتصال بشرط البدء متبوعًا بعنوان الجهاز التابع وبت اتجاه البيانات (القراءة/الكتابة), تنتهي بشرط التوقف. لنظام 1 سلك, يجب تلبية متطلبات طبقة الشبكة أولاً (أي., تحديد جهاز معين من خلال أوامر البحث في ROM أو البث), ثم إرسال رموز الأوامر المتعلقة بأجهزة محددة تؤثر على اتجاه نقل البيانات (القراءة/الكتابة).

إحدى المشكلات الملحوظة في أنظمة ناقل I²C وSMBus الأصلية هي مساحة العنوان المحدودة البالغة 7 بت. مع أكثر من 127 أنواع الأجهزة المختلفة المتاحة, من المستحيل استنتاج وظائف الجهاز من العنوان التابع وحده. بالإضافة إلى ذلك, تسمح العديد من أجهزة I²C للمستخدمين بتعيين بتة عنوان واحدة أو أكثر بشكل تعسفي لتوصيل عدة أجهزة متطابقة على الناقل, مزيد من تقليل مساحة العنوان المتاحة. يتضمن حل تعارض العناوين تقسيم نظام الناقل إلى عدة أجزاء يمكن تنشيطها تحت تحكم البرنامج في أي وقت محدد. وهذا يتطلب أجهزة إضافية ويعقد البرامج الثابتة للتطبيق. تفتقر أنظمة I²C إلى إمكانيات اكتشاف عقدة الشبكة أو تعدادها, مما يجعل من الصعب إدارة الشبكات ذات أعداد العقد المتغيرة ديناميكيًا. تمت معالجة هذه المشكلة من خلال بروتوكول تحليل العنوان في إصدار مواصفات SMBus 2.013, على الرغم من ندرة أجهزة SMBus المدعومة.

واجهة SPI وMICROWIREs

SPI وMicrowire (مجموعة فرعية من SPI) تتطلب خطًا إضافيًا لتحديد الشريحة لكل جهاز تابع. بسبب إشارة تحديد الشريحة, يحدد بروتوكول SPI فقط أوامر القراءة/الكتابة لعناوين الذاكرة وسجلات الحالة دون توفير وظيفة الإقرار. عادة, تستخدم أجهزة SPI دبابيس منفصلة لإدخال البيانات وإخراجها. نظرًا لأن إخراج البيانات ثلاثي الحالة إلا أثناء عمليات القراءة, يمكن توصيل طرفي البيانات معًا لتشكيل خط بيانات واحد ثنائي الاتجاه. يتم اختيار نواقل SPI عندما لا توفر أنظمة الناقلات الأخرى الوظائف الضرورية أو عندما تكون هناك حاجة إلى معدلات نقل بيانات أعلى, دعم ما يصل إلى 2 ميجابت في الثانية أو معدلات أعلى. لكن, يعد توليد إشارات CS لمعالجة أجهزة معينة أحد عيوب SPI وMICROWIREs. مثل آي²سي, أنها لا تدعم اكتشاف العقدة. لا يمكن للمضيف استنتاج وظائف الجهاز من العناوين التابعة المنطقية, مما يجعل من الصعب إدارة الشبكات ذات العقد المتغيرة ديناميكيًا.

رس-485, لفدس, يستطيع, USB 2.0, و فاير واير

توضح هذه المعايير خصائص الإرسال التفاضلي. الأسرع بين أنظمة الناقلات هذه هو FireWire وUSB 2.0, والتي تستخدم التوصيلات الكهربائية من نقطة إلى نقطة. مع العقد أو المحاور المتقدمة, يمكنهم تشكيل حافلات افتراضية ذات طوبولوجيا شجرة, إرسال حزم البيانات من المصدر إلى نقطة النهاية (USB) أو نظير إلى نظير (فاير واير), مع معدلات بيانات متتابعة تصل إلى 480 ميجابت في الثانية (USB 2.0) أو 1600 ميجابت في الثانية (فاير واير). تعمل حزم البيانات ذات الحجم المحدود وآليات الاتصال الخاصة بالاستقبال/التخزين المؤقت/إعادة الإرسال على زيادة وقت الإرسال, وبالتالي تقليل الإنتاجية الفعالة للبيانات. تسمح طوبولوجيا وبروتوكول USB بما يصل إلى 126 العقد, بينما يدعم FireWire ما يصل إلى 63 العقد التي يبلغ الحد الأقصى لمسافة العقدة إلى العقدة 4.5 متر باستخدام الكابلات السلبية. مصممة للأجهزة الطرفية للكمبيوتر الشخصي, الوسائط المتعددة, التحكم الصناعي, وتطبيقات الطيران (فاير واير فقط), تدعم أجهزة USB وFireWire التوصيل السريع. تسمح هذه الميزة بإجراء تغييرات ديناميكية في عدد عقد الشبكة.

لفدس, رس-485, ويمكن لـ CAN تنفيذ طبولوجيا الناقل التي تربط بين مضيفين متعددين. الإشارات التفاضلية ذات الجهد المنخفض (لفدس) يقدم أعلى سرعة بين هذه المعايير, قادر على العمل بسرعة 100 ميجابت في الثانية على مسافات تصل إلى 10 أمتار. يعتمد معدل البيانات الفعلي والإنتاجية على حجم الشبكة. تم تصميم معيار LVDS الكهربائي لتطبيقات اللوحة الإلكترونية المعززة ويدعم التوصيل السريع ولكنه لا يتضمن أي بروتوكول.

يحدد RS-485 أيضًا المعلمات الكهربائية فقط, تحديد سعة الحمولة والحد الأقصى للأحمال لكل خط حافلة (32), ليس من حيث العقد. يمكن أن يكون حمل العقدة الكهربائية أقل من 1. يمكن أن تصل معدلات البيانات النموذجية إلى 35 ميجابت في الثانية عبر مسافات تصل إلى 12 مترًا, و100 كيلوبت في الثانية على مسافات 1200 متر, كافية للحصول على البيانات وتطبيقات التحكم. غالبًا ما تعتمد بروتوكولات جهاز RS-485 على البروتوكولات المصممة أصلاً لـ RS-232.

في المقابل, شبكة منطقة التحكم (يستطيع) يحدد بروتوكول اتصال للتحكم الموزع في الوقت الفعلي بأمان عالٍ جدًا, تهدف على وجه التحديد إلى تطبيقات الأتمتة السيارات والصناعية. تتراوح معدلات البيانات من 1 ميجابت في الثانية عبر مسافات تصل إلى 40 مترًا إلى 50 كيلوبت في الثانية عبر مسافات تصل إلى 1000 متر. تعتمد طريقة العنونة على الرسائل, والبروتوكول نفسه لا يحد من عدد العقد. تدعم عقد CAN التوصيل السريع, السماح بإجراء تغييرات ديناميكية في عدد عقد الشبكة.

خاتمة

بطريقة بسيطة, أنظمة الحافلات منخفضة التكلفة مقارنة بحافلات LIN وSensorPath, 1-توفر الأنظمة السلكية أكبر مجموعة من الوظائف وبرامج تشغيل الشبكة للأجهزة التابعة. تتطلب I²C وSMBus خطوط بيانات وأرضيات بالإضافة إلى خطوط الساعة ومصادر طاقة VCC ولكنها توفر العديد من وظائف الجهاز. تتطلب SPI وMICROWIRE خطوطًا إضافية لتحديد الشرائح ولكنها توفر معدلات بيانات أعلى. إلى جانب دعم إمدادات الطاقة الطفيلية واكتشاف عقدة الشبكة, تدعم الواجهة والبروتوكول ذو السلك الواحد التوصيل السريع, توجد عادة فقط في الأنظمة عالية السرعة التي تستخدم الإشارات التفاضلية وSMBus 2.0 منتجات متوافقة. iButton® تُستخدم المنتجات على نطاق واسع كأجهزة ذات سلك واحد قابلة للتوصيل السريع; التوصيل السريع هو وضع التشغيل العادي. وقد أثبتت هذه الأجهزة فعاليتها العالية في تطبيقات مثل أرقام التعريف العالمية, تحديد لوحة الدائرة/المكونات وإصدار الشهادات, استشعار درجة الحرارة, وأجهزة التشغيل. يتضمن التطبيق الناجح الآخر لتقنية 1-Wire التخزين الآمن وآليات الاستجابة للتحدي لتحقيق مصادقة منخفضة التكلفة وحماية رمز البرنامج.