組み込みシステムのUARTとI2Cの比較

プロジェクトのニーズに基づいてUARTとI2Cのどちらかを選択する必要があります。より高速なデータ転送とシンプルなハードウェアが必要な場合、UARTは電子コンポーネント間の直接接続に適しています。あなたがいくつかを接続する必要があるときI2Cは最もよく合います集積回路、セーブパワー、または使用センサーとメモリチップ。以下の表は、エンジニアが組み込みシステムのuartとi2cを比較する方法を示しています:

重要なポイント

• 2つのデバイス間の高速で直接接続にはUARTを選択します。シンプルなハードウェアと高いデータレートを提供します。
• 複数のデバイスを接続するときは、I2Cを選択します。1つのバスで最大127台のデバイスをサポートするため、複雑なシステムに最適です。
• 消費電力を考慮してください。I2Cは低電圧レベルを使用しており、バッテリー式アプリケーションを使用します。
• を理解するハードウェアの複雑さを使用します。UARTはポイントツーポイント通信のセットアップが簡単ですが、I2Cはアドレス指定とより多くの配線を必要とします。
• プロトコルをプロジェクトのニーズに合わせます。速度とシンプルさのためにUARTを使用し、スケーラビリティと複数の接続のためにI2Cを使用します。

プロトコルの基本

UARTの概要

あなたはよく使うUART2つの电子部品を直接接続したいとき。UARTはユニバーサル非同期受信機/送信機の略を使用します。このプロトコルは、2つのワイヤで動作します。1つはデータ送信用 (TX) 、もう1つはデータ受信用 (RX) です。共有クロック信号は必要ありません。各デバイスはボーレートと呼ばれる独自の速度を設定し、通信が機能するには両方とも一致する必要があります。データは小さなパケットで移動します。各パケットはスタートビットで始まり、データビット、場合によってはエラーチェック用のパリティビットが続き、ストップビットで終わります。

ヒント: UARTは、シンプルなポイントツーポイント接続で人気がありますマイクロコントローラーそして集積回路。

UARTの主な特徴は次のとおりです。

1. TXとRXの2本のワイヤを使用します。
2. クロックなしで非同期的にデータを送信します。
3. データをスタート、データ、パリティ、ストップビットでフレーム化します。
4. 一致するボーレートが必要です。
5. RS-232 (「0」の場合は12 V、「1」の場合は-12 V) やRS-485など、さまざまな電圧レベルを使用できます。

特にチップ間の信頼性の高い直接通信が必要な場合は、多くの組み込みシステムでUARTを見つけます。

I2Cの概要

I2CInter-Integrated Circuitの略です。センサーやメモリチップなどの複数の集積回路を同じボードに接続する場合は、I2Cを使用します。I2Cは、クロック用のSCLとデータ用のSDAの2つのワイヤを使用します。UARTとは異なり、I2Cは同期です。マスタデバイスはクロック信号を生成し、全てのデバイスはこのタイミングに従う。各デバイスには固有のアドレスがあるため、1つのバスで最大127台のデバイスを接続できます。

• I2Cは複数のマスターとスレーブをサポートします。
• マスターはクロックを制御し、スレーブをアドレス指定する。
• 共有バス上でデータが移動するため、コンポーネントの追加が容易になります。
• I2Cはより低い電圧レベルを使用するため、電力の節約に役立ちます。

多くのセンサーやチップが連携する必要があるプロジェクトには、I2Cを選択することがよくあります。このプロトコルにより、システムの拡張とさまざまな集積回路の接続が簡単になります。

Uartとi2cを比較すると、UARTは単純な直接リンクに最適ですが、I2Cは多くのデバイスを備えた複雑なシステムで輝いています。

UART vs I2C: 主な違い

スピード

Uartとi2cを比較すると、速度は最初に気付くものの1つです。UARTは、特に電子部品間の直接接続において、高いデータレートに達することができる。多くの組み込みシステムは、115200 bpsや230400 bpsなどの一般的なボーレートを使用します。TL16C752Dなどの一部のチップは、最大の速度をサポートします毎秒3メガビットを使用します。

I2Cはいくつかの速度モードを提供します。標準モードは最大100 kbit/sをサポートし、高速モードは最大400 kbit/sになり、高速モードは3.4 Mbit/sを使用します。超高速モードは5 Mbit/sに達する可能性がありますが、通常はめったに見られませんセンサーまたはメモリチップ接続。

注: 2つの集積回路間の高速で直接データ転送には、UARTを選択する必要があります。I2Cは複数のデバイスを接続するのに適していますが、コンポーネントを追加すると速度が低下します。

パワー消費量

センサーまたはメモリチップを備えた組み込みシステムを設計する場合、電力は重要です。I2Cは低電圧レベルを使用し、省電力機能をサポートします。I2Cは、エネルギーを節約するのに役立つため、バッテリー駆動のデバイスでよく見られます。UARTは、電力使用量を増やす可能性のあるRS-232などのより高い電圧を使用できます。2つのチップを接続し、バッテリーの寿命を心配しない場合、UARTは正常に動作します。多くの低電力センサーを備えたシステムを構築する場合は、I2Cがより良い選択です。

ハードウェアの複雑さ

Uartとi2cを比較するときは、配線とピンの数について考える必要があります。どちらのプロトコルも2本のワイヤを使用しますが、デバイスの接続方法は異なります。

• UARTは、2つの電子部品間の直接通信に2線式システム (TxおよびRx) を使用します。
• I2Cも2本のワイヤ (SDAとSCL) を使用しますが、同じバスで多くの集積回路を接続できます。各デバイスには一意のアドレスが必要であり、複雑さが増します。

ヒント: 2つのチップ間の単純な配線が必要な場合は、UARTが簡単です。複数のセンサーまたはメモリチップを接続する場合、I2Cは接続の管理に役立ちますが、より複雑な配線とアドレス指定を処理する必要があります。

スケーラビリティ

多くの電子部品でシステムを構築する場合、スケーラビリティは重要です。UARTは主に1対1の通信用です。2つのデバイスを簡単に接続できますが、追加するのは難しいです。多くのチップを接続しようとすると、データの競合やケーブルの長さに問題が発生する可能性があります。

• UARTは1:1接続に最適です。RS232は19200ボーで最大50フィート使用できますが、デバイスを追加するのは難しいです。
• I2Cは7ビットアドレス指定を使用するため、接続できます。最大127台のデバイス1つのバスで。実際の数は、バス容量とデバイスサポートに依存します。

コールアウト: 多くのセンサーやメモリチップを接続する必要がある場合は、I2Cがより良い選択です。2つの集積回路間の単純な直接リンクのために、UARTは使いやすいです。

Uartとi2cを比較するときは、常にプロトコルをシステムのニーズに合わせてください。速度、電力、ハードウェアの複雑さ、スケーラビリティはすべて、電子部品と集積回路の連携方法に影響します。

通信方法

ポイントツーポイント

2つの電子部品を直接接続するときは、ポイントツーポイント通信を使用することがよくあります。UARTはこのセットアップを簡単にします。必要なワイヤは2つだけで、デバイスアドレスについて心配する必要はありません。この方法は、マイクロコントローラ間の基本リンクと集積回路を使用します。低オーバーヘッドと幅広い可用性が得られるため、信頼性の高い接続を迅速に構築できます。

I2Cはポイントツーポイント通信もサポートしていますが、デバイスアドレス指定やエラー検出などの機能が追加されています。これらの機能により、I2Cがより拡張可能になるため、後でシステムをアップグレードできます。ただし、I2Cは低速で実行され、セットアップがより複雑になる可能性があります。どちらのプロトコルにも距離に制限がありますが、UARTは短い直接リンクに簡単に使用できます。

ここに利点と欠点を示す表がありますUARTおよびI2Cとのポイントツーポイント通信の使用:

信頼性を比較すると、UARTでは両方のデバイスがボーレートに一致する必要があります。レートを誤って設定すると、データが破損する可能性があります。I2Cは、データを安全に保つのに役立つクロック信号とフロー制御を使用します。あなたは得るI2Cによるデータ整合性の向上、特に間の情報を検証する必要がある場合集積回路を使用します。

マルチデバイス

プロジェクトで複数の電子部品または集積回路を接続する必要がある場合があります。I2Cはこれを容易にする。1つのバスに最大127台のデバイスを追加できます。各デバイスは一意のアドレスを取得するため、競合を回避できます。I2Cは、データ衝突を処理するために仲裁システムを使用します。を使用します。2つのマスターが同時にデータを送信する場合、プロトコルにより1つのマスターがバックオフできるため、通信はスムーズに保たれます。

UARTはマルチデバイスセットアップをうまくサポートしていません。2つ以上のデバイスを接続しようとすると、問題が発生する可能性があります。UARTはアドレスの競合やデータの衝突を管理できず、エラーにつながる可能性があります。

マルチデバイス通信にI2Cを使用すると、いくつかの課題に直面します。

• あなたは見るかもしれませんプルアップ抵抗がパフォーマンスを制限するため、速度が遅くなりますを使用します。
• デバイスを追加するとシステムが複雑になり、通信の問題が発生する可能性があります。
• プルアップのために回路基板に余分なスペースが必要です抵抗器、これは小さなデザインでは問題になる可能性があります。

複数の電子部品と集積回路を接続するためにuartとi2cのどちらかを選択するときは、これらの要因について考える必要があります。I2Cはより良い制御と信頼性を提供しますが、追加された複雑さを管理する必要があります。

ケースを使用する

UARTを使用するとき

2つの電子部品または集積回路間の信頼性の高い直接通信が必要な場合は、UARTを選択する必要があります。UARTは、特にシンプルなハードウェアと高速データ転送が必要な場合に、ポイントツーポイント接続に最適です。マイクロコントローラーがモジュールやセンサーと通信するプロジェクトでUARTをよく見ます。このプロトコルは、共有クロックなしでデータを送受信するのに役立ち、セットアップが簡単になります。

ここにいくつかあります組み込みシステムでのUARTの一般的なユースケース:

ヒント: プロジェクトが2つのデバイス間の高速で簡単な接続を必要とする場合、UARTは簡単なソリューションを提供します。

I2Cを使用するとき

いくつかの电子部品を接続するときまたはI2Cを使用する必要があります集積回路同じボードに。I2Cは短距離通信に適しています、特にプリント回路基板 (PCB) または互いに接近して座っているモジュール間。プロトコルは2本のワイヤのみを使用するため、設計がシンプルになり、コストが削減されます。電力を節約できるため、I2Cはバッテリー駆動のデバイスに最適です。

I2Cは、センサー、EEPROM、および小型ディスプレイをマイクロコントローラにリンクするのに役立ちます。最大127台のデバイスを追加でき、それぞれに固有のアドレスがあります。ArduinoやRaspberry Piなどの多くのプラットフォームは、I2Cをネイティブにサポートしているため、プロジェクトの構築を迅速に開始できます。複数のセンサーまたはメモリチップが一緒に動作する必要があるシステムでI2Cを使用することがよくあります。

注: I2Cは、最小限の配線で多くの集積回路または電子部品を接続する必要があるスケーラブルな設計に最適です。

制限事項

UARTチャレンジ

UARTを使用して電子部品と集積回路を接続すると、いくつかの課題に直面する可能性があります。信号品質は長いケーブルで低下します。ノイズは、特に忙しい環境でエラーを引き起こす可能性があります。長距離通信にUARTを使用すると、信号が劣化するため、データが失われるリスクがあります。また、デバイス間でボーレートを一致させる必要があります。異なる速度を設定すると、文字やデータシフトが欠落していることがあります。

• 限られたケーブル長通信エラーにつながる可能性があります。
• 組み込みのフロー制御の欠如は、受信デバイスが追いつくことができない場合、データオーバーランを引き起こす可能性があります。
• UARTは一度に2つのデバイスしかサポートしていないため、システムの拡張が困難です。
• 同期の問題デバイスがボーレートと設定に一致しない場合に発生する可能性があります。
• デバッグが遅くなる可能性がありますを使用します。UART出力を手動で確認する必要がある場合があり、時間がかかります。

ヒント: 信頼性を向上させることができますエラーチェックの追加、チェックサムなど。エンジニアは、より長いケーブルに低いボーレートを選択するか、ノイズを減らすためにRS-485のような差動信号を使用することがよくあります。

2つ以上の集積回路を接続したい場合は、UARTが最良の選択ではないかもしれません。ポイントツーポイントリンクを超えて拡張するには、追加のハードウェアまたは複雑な配線が必要です。

I2Cチャレンジ

I2Cには、複数の電子部品と集積回路を接続するときにも独自の制限があります。バスは、一定量のキャパシタンスしか処理できない。デバイスを追加しすぎたり、長いワイヤを使用したりすると、信号が遅くなり、タイミングの問題が発生します。バス容量を保つ必要があります400 pF以下エラーを避けるため。

• クロック信号の問題は、データを破壊する可能性がある。
• 2つのデバイスが同じアドレスを共有する場合、アドレスの競合が発生する可能性があります。
• プルアップ抵抗は正しい値でなければなりません。そうでない場合、コミュニケーションは苦しみます。
• ノイズとクロストークはデータエラーを引き起こす可能性があります。
• クロックストレッチの問題はタイムアウトにつながる可能性があります。
• ファームウェアのバグは通信を混乱させる可能性があります。

注: ツールを使用してアドレスを確認し、容量を計算することで、多くのI2C課題を解決できます。一部のデバイスでは、ピンを接地または供給電圧に接続することでアドレスを変更できます。I2Cバッファは、静電容量の管理に役立ち、異なる電圧レベルのデバイス間の通信を可能にします。

すべてのデバイスが同じ電源電圧とクロックレートをサポートしていることを確認する必要があります。SDAとSCLの接続を混在させると、システムは機能しません。慎重な設計により、これらの問題を回避し、信頼性の高い組み込みシステムを構築できます。

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あなたはUARTがあなたに与えるのを見ましたシンプル、直接リンク2つの電子部品または集積回路の間。I2Cを使用すると、多くのデバイスをより少ない配線で接続できます。各プロトコルには強みがあります。

高速でシンプルな接続にはUARTを選択してください。スケーラブルなシステムのI2Cを選択します。最良の結果を得るには、常にプロトコルをプロジェクトのニーズに合わせてください。

よくある質問

電子部品のUARTとI2Cの主な違いは何ですか?

UARTは2つを接続します集積回路を直接表示します。I2Cは、1つのバス上で多くの電子部品をリンクする。シンプルで高速なコミュニケーションにUARTを使用します。I2Cは、一意のアドレスを持つ複数のデバイスを管理するのに役立ちます。

UARTとI2Cを1つの組み込みシステムで一緒に使用できますか?

はい、UARTとI2Cを組み合わせることができます。速度のためにいくつかの集積回路をUARTに接続します。センサーまたはメモリチップにI2Cを使用します。このセットアップにより、柔軟性が得られます。

どのプロトコルがバッテリー駆動のデバイスでより多くの電力を節約しますか?

I2Cはより低い電圧レベルを使用します。センサーやメモリチップを接続すると、より多くの電力を節約できます。UARTはより高い電圧を使用する可能性があるため、電力使用量が増加します。

UARTとI2Cに接続できる電子部品はいくつありますか?

UARTには2つの集積回路のみを接続します。I2Cを使用すると、多くの電子部品を追加できます。

2つのI2Cデバイスが同じアドレスを共有するとどうなりますか?

通信エラーが表示される場合があります。マスターはデバイスを区別できません。設定する必要があります一意のアドレス問題を避けるために各集積回路のために。