菜农“征脑”-通用异步串口实现I2C/SPI硬件控制器的具体方法

2万 · 2010-6-22 07:45

USB是基于包传输的，其最小时间间隔的传输单位是微帧，
即使是USB2.0的高速模式下（480Mb/s），也只能1ms内传输8个125μs长的微帧

所以每个包越大其总体传输速度就越快。整体速度甚至可以到40多MBYTE/S(因为USB规定了高速中断传输不得占用超过 80%的微帧时间，不然电脑容易死机)

而你如果想每次传输一个位或者一个字节，那么很遗憾，一秒内只能获得8000次传输机会；
而你如果每次都传输一大堆数据，然后由其他的IC来转换时序，那么恭喜你：你的速度可以做到非常快。
——将会比USB转串口的波特率快得多。

但USB转串口不要想获得很多的传输频率（次数）哦~

1万 · 2010-6-22 09:50

郁闷，匠人为何不来洗脑？？？
hotpower 发表于 2010-6-21 20:43

呵呵，昨天出差去了，今天才看见

2万 · 2010-6-22 20:36

回来后先动脑~~~

1万 · 2010-6-22 21:10

呵呵，俺确实没有动过这种“歪”脑筋。俺一般都是“谨遵医嘱”的。

2万 · 2010-6-22 22:15

先服用“脑白金”再来~~~

只看该作者 · 2010-6-24 17:12

思想挺好

只看该作者 · 2010-6-24 18:51

正好看到这个网页，大叔可以参考一下吧
http://china.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/214

1万 · 2010-6-24 19:58

俺一般是累人，别累机器，人累坏了可以睡觉，机器累坏了再碰上个凶巴巴的客户，就得赔钱哈！

只看该作者 · 2010-6-25 11:14

IIC这种东西，用IO模拟就行了，有硬件接口也不用。

2万 · 2010-6-26 23:46

正好看到这个网页，大叔可以参考一下吧
http://china.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/214
aihe 发表于 2010-6-24 18:51

这个俺早看过。

本“征脑”是PC端题目，在单总线上一致。
但I2C/SPI确实有些难度，主要是"MCU人"对PC端软件了解不深(至少一部分)。

只看该作者 · 2010-6-27 01:01

串口做某些单总线是很简单的，比如PS/2接口，实际也就是TXD和RXD接在一起。
但是，做IIC和SPI估计就有相当的困难了。
如果简单的控制2个IO输出，模拟出IIC的话，速度估计会相当慢。

21楼正解，USB的高速在于大数据的传输。
USB转串口做的好的话，是可以达到921600bps的速度的，当然，更高的速度也是可以的，只是实际传输速度达不到。

2万 · 2010-6-27 14:34

本帖最后由 hotpower 于 2010-6-27 15:27 编辑

串口做某些单总线是很简单的，比如PS/2接口，实际也就是TXD和RXD接在一起。
但是，做IIC和SPI估计就有相当的困难了。
如果简单的控制2个IO输出，模拟出IIC的话，速度估计会相当慢。

21楼正解，USB的高速在于大数据 ...
Simon21ic 发表于 2010-6-27 01:01

正如31楼所提到的一切。
USB的优势在于大批量数据传送而非控制，而控制的优势在于用USB转接的设备。

USB不可能产生频率很高周期连续的脉冲波，但USB传串口则可能达到很高的速率。

在三种常用的数据总线中，单总线最好模拟，因为它们的时钟(TX输出)和数据(TX输出RX输入)是由一条通道构成。

而I2C/SPI即双线或三线(四线)协议的时钟和数据是分离的，这样用常规的思路是很难模拟出来的。

但是，I2C/SPI有个共同的特点：时钟由主设备提供，数据在时钟的某边沿产生。
那么我们必须先找寻一条提供主时钟的通道，再解决数据双向传送的问题。

首先我们可以让PC的TX数据输出端发出'0'/'1'来间接地发送“时钟”，虽然模拟出来的I2C/SPI频率慢了一倍，但对于工具接口还是能够承受的。

其次就是数据在某时钟边沿如何跳变，即控制数据的输出和对输入数据的采样，这个问题是菜农“征脑”的关键所在。

等知音~~~

只看该作者 · 2010-6-27 17:05

这样即使实现了，仍旧还需要考虑很多问题，比如：IIC从机如果拉低SCL，这时，主机需要等待从机释放总线，然后继续操作，这个就很难实现了。
其实，即使用串口实现了这些接口，但由于串口本身的限制，很多接口是无法实现的。这样，倒还不如用个芯片，做一个USB接口的工具，可以比较简单的实现更多的接口。我做的USB_TO_XXX通用协议就是做这个功能，可以集成多种接口，甚至包括STM8的SWIM接口。并且，使用了大数据缓存(目前配置为12KB)，并且一个USB命令报文，可以包括对多个接口的操作，还包括轮询功能，所以速度上也非常快。

2万 · 2010-6-27 21:50

IIC从机如果拉低SCL，这时，主机需要等待从机释放总线，然后继续操作，这个就很难实现了。

这说明Simon21ic对I2C协议有深入研究，一般人只使用I2C专用器件，根本不会介意或考虑这个“严肃”的问题。

“IIC从机如果拉低SCL”主要用于解决主机和从机的速度不匹配即从机慢的问题。一般出现在从机模拟IO的项目上。

本主题是PC的Uart模拟I2C，从机一般为高速EEPROM器件或速度近乎匹配的从机，故此问题可以忽略，因为此问题将会增加本主题实现的难度。当然此问题也好解决。

至于为什么不用芯片非要给自己找麻烦，实际此主题的应用是很广泛的，是有一定意义的。

谢谢Simon21ic参与真的技术讨论～～～

2万 · 2010-6-27 22:03

俺一般是累人，别累机器，人累坏了可以睡觉，机器累坏了再碰上个凶巴巴的客户，就得赔钱哈！
NE5532 发表于 2010-6-24 19:58

严重不同意，这违反自控之宗旨。

2万 · 2010-6-27 22:17

本帖最后由 xwj 于 2010-6-27 22:18 编辑

问老Hot：
1、“用异步串口实现I2C/SPI硬件控制器”需不需要硬件转接电路？
2、如果需要硬件电路的话，那为什么不用MCU？不用逻辑器件？
3、你觉得不用MCU直接操作IO和用MCU处理数据，这两种方法可靠性孰高孰低？
4、如果用于自控、工控、私控.... 只要对可靠性稍有要求，你会优先考虑用哪一种？

2万 · 2010-6-27 22:36

1.三极管，电阻应该不算“硬件”
2.MCU确实没必要，因为本可以用PC直接控制设备，如直接读写EEPROM
3.本主题是PC控制从设备
4.和“可靠性”无关，最简单的控制是最可靠的

2万 · 2010-6-27 22:44

三极管，电阻应该不算“硬件”

:funk:

只看该作者 · 2010-6-27 23:23

本帖最后由 Simon21ic 于 2010-6-27 23:40 编辑

纠正一个错误：
“IIC从机如果拉低SCL”主要用于解决主机和从机的速度不匹配即从机慢的问题。一般出现在从机模拟IO的项目上。

应该是主机模拟IO，从机不需要等待SCL的。

对于这个应用，提一些理论前提（资源太有限的时候，往往评估会更加简单）：
0. PC操作串口的延时不可控
1. 使用TXD发送时钟
2. 接口电路需要有储存能力，因为数据不可能实时根据TXD上的波形来由主机控制。就需要实现由主机通过某种方式预先下载数据。
3. 同样，主机也无法根据TXD上的波形，实时控制数据的读取。就需要有存储接收到的数据的能力，在通信完后，再由主机读取。
4. 串口的可控输出信号只有3个，其他TXD已经用于产生时钟。

不排除这个可能：即使实现了，可能发现还是用单片机简单和便宜。。。。。