SPI vs UART : quel protocole utiliser ?

Le SPI et l'UART sont utilisés dans tout, des microcontrôleurs simples aux complexes industriel équipement. Si vous cherchez à connecter deux appareils, vous devrez choisir l'un ou l'autre.

Nous comparerons SPI et UART dans cet article pour vous aider à déterminer quel protocole est approprié pour votre projet.

SPI

Qu'est-ce qu'une SPI (Serial Peripheral Interface) ?

Il signifie interface périphérique série. Il s'agit d'un protocole de communication qui permet à deux appareils de communiquer entre eux.

Couramment utilisé pour la communication entre un microcontrôleur et une puce mémoire. Il est également couramment utilisé pour connecter des périphériques tels que capteur ou affiche.

SPI étant un protocole série, il n'utilise qu'un seul fil (ou ligne) pour transmettre les données. Cela signifie que les données envoyées sur le câble ne sont envoyées qu'un bit à la fois. Dans la plupart des cas, cette transmission en série se produit très rapidement.

Il est également suffisamment polyvalent pour pouvoir être utilisé dans une variété d'applications différentes, par exemple, vous pouvez utiliser SPI pour connecter un lecteur flash à votre ordinateur ou peut-être connecter un LCD afficher sur votre carte Arduino.

Fils SPI

Ce protocole permet à deux appareils de s'échanger des informations. Le protocole SPI se compose de quatre fils :

MISO

MISO signifie master in slave out. C'est un moyen de communiquer entre deux appareils SPI.

Le fil MISO est une ligne de signal bidirectionnelle. Assure l'échange de données entre les appareils maître et esclave dans un système de communication synchrone. Ce fil est utilisé pour transmettre des données de l'appareil maître à l'appareil esclave, et il permet la réception de données par l'appareil maître à partir de l'appareil esclave.

SS/CS

Cela contrôle si oui ou non l'appareil avec lequel communiquer est actuellement sélectionné. La ligne SS/CS fait partie de ces lignes partagées. Il peut être utilisé pour sélectionner l'appareil sur le bus avec lequel vous souhaitez communiquer.

La broche SS est normalement tirée vers le haut, tandis que la broche CS est tirée vers le bas. Dans le cas de SPI, ces signaux sont à drain ouvert. Ils doivent être tirés avec des résistances afin de pouvoir les faire baisser. Par exemple, si vous avez une sélection de puce 4 bits que vous souhaitez utiliser sur un bus 8 bits, vous pouvez combiner ces 4 sélections de puce en une seule sélection de puce 8 bits en les liant ensemble et en les tirant vers le bas avec un seule résistance pull-up.

SCK

La ligne d'horloge série, également connue sous le nom d'horloge de décalage, est utilisée pour synchroniser le transfert de données entre le microcontrôleur et le dispositif SPI. Il s'agit d'un signal d'horloge continu qui détermine la vitesse à laquelle les données entrent et sortent de l'appareil.

Ce signal d'horloge est utilisé pour synchroniser tous les autres signaux dans un bus SPI. Il est généralement connecté à une broche dédiée sur l'appareil maître. Le fréquence de ce signal d'horloge doit être supérieur ou égal à 1 MHz.

MOSI

Le signal MOSI permet au microcontrôleur d'un ordinateur de savoir qu'il doit envoyer des données au périphérique SPI. Celui-ci le lira ensuite et l'enverra sur ses propres périphériques.

Dans le monde de la transmission de données, une interface série signifie qu'un bit d'information est transmis à la fois, dans un ordre séquentiel. Il transfère et prend les données de l'appareil maître et les envoie à l'appareil esclave.

UART

Qu'est-ce qu'un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) ?

Un moyen standard d'envoyer des données entre deux appareils. Il est utilisé dans de nombreux types d'appareils électroniques, des appareils grand public aux équipements industriels.

Il est appelé "universel" car il peut être utilisé pour communiquer avec de nombreux types d'appareils et de protocoles différents, et il est appelé "asynchrone" car il n'exige pas que l'expéditeur et le récepteur soient synchronisés l'un avec l'autre, c'est-à-dire qu'il ne le fait pas. t les obliger à envoyer des bits de données à intervalles réguliers.

L'UART prend l'entrée d'un ordinateur ou d'un autre appareil et l'envoie à un autre appareil en utilisant le même protocole. Cela signifie que si vous avez un ordinateur avec un port série, il est possible de le connecter à un autre ordinateur ou périphérique utilisant ce port et d'envoyer des données entre eux via des câbles ou sans fil tant que les deux appareils prennent en charge le même protocole.

Similitudes SPI et UART

Les deux sont utilisés pour communiquer entre les microcontrôleurs et les périphériques. Les deux protocoles sont basés sur les mêmes principes :

Communication série

Communication série duplex

Ces protocoles utilisent tous deux une communication série duplex. Cela signifie qu'ils peuvent envoyer et recevoir des données en même temps, ce qui les rend idéaux pour les appareils qui doivent pouvoir se parler tout en faisant d'autres choses en même temps, comme un ordinateur portable qui parle à son imprimante.

Cela permet aux protocoles SPI et UART de fonctionner à des vitesses plus élevées que les autres interfaces série, car ils n'ont pas à attendre une réponse avant d'envoyer un autre signal.

Communication à courte distance

SPI et UART sont utilisés pour la communication à courte distance. Cela signifie qu'ils transmettent des données sur quelques pieds, plutôt que sur de longues distances comme Ethernet. Ils sont tous deux utilisés dans les microcontrôleurs, qui sont de minuscules ordinateurs qui effectuent des tâches telles que le contrôle de moteurs ou de capteurs.

Traitement de l'information

SPI et UART ont un concept similaire de traitement des données. Les deux sont des appareils récepteurs-émetteurs qui utilisent une interface de communication série pour envoyer et recevoir des données. En SPI, le récepteur est connecté au microprocesseur, tandis qu'en UART, il est connecté à un périphérique. Le microprocesseur peut envoyer des octets de données via le bus SPI ou la ligne UART à grande vitesse.

Différences SPI et UART

Ils sont similaires dans la manière dont ils permettent l'envoi de données entre les appareils, mais il existe des différences essentielles entre eux.

Vitesse

SPI utilise quatre fils de données pour transférer des données à haute vitesse, tandis que UART n'en utilise que deux, c'est pourquoi les protocoles SPI peuvent transférer des données vers et depuis un appareil beaucoup plus rapidement que les protocoles UART.

Taux de données

SPI envoie et reçoit des données à une vitesse élevée allant jusqu'à 100 MHz, tandis que l'UART envoie et reçoit des données à une vitesse beaucoup plus faible allant jusqu'à 20 KBps. Cela signifie que l'UART peut être utilisé pour des applications à faible vitesse telles que l'envoi de messages texte, tandis que SPI est plus approprié pour les applications à grande vitesse telles que le contrôle de moteurs ou d'autres périphériques matériels.

Interface filaire

SPI est un protocole de communication maître/esclave qui fonctionne en mode duplex intégral. Le maître fournit des informations à l'esclave, qui les traite et renvoie une réponse. Avec SPI, il est possible d'avoir plusieurs esclaves connectés sur le même bus, leur permettant de communiquer entre eux simultanément.

UART est un protocole série simplifié qui ne nécessite qu'une paire de fils pour envoyer et recevoir des données. Il est possible d'avoir plusieurs appareils connectés sur le même bus en utilisant UART, mais il n'y a aucun moyen pour eux de parler tous en même temps comme vous le pouvez avec SPI.

Transmission de données

Généralement utilisé pour la transmission de données à grande vitesse entre deux appareils, tels qu'un microcontrôleur et une autre puce ou un périphérique. Le microcontrôleur agit en tant que périphérique maître, contrôlant le flux de données entre lui-même et le périphérique esclave. SPI peut transmettre plusieurs bits à la fois, ce qui le rend plus efficace que UART, mais il nécessite un matériel plus complexe aux deux extrémités de la connexion.

L'UART n'est pas bon pour la transmission à grande vitesse car chaque bit doit être envoyé individuellement ; il n'y a aucun moyen d'envoyer plusieurs bits à la fois.

Avantages SPI

SPI présente divers avantages par rapport aux autres types d'interface. C'est beaucoup plus rapide que la communication série, qui nécessite une transmission de données une à la fois. D'autres avantages incluent :

Faible signal/nombre de broches

SPI offre un faible nombre de signaux/broches, ce qui signifie que vous pouvez utiliser moins de fils pour connecter votre système que si vous utilisiez un autre type d'interface. Cela rend SPI particulièrement utile lorsque vous regardez des appareils à petit facteur de forme ou lorsque l'espace est limité.

Prend en charge plusieurs maîtres

Permet à plusieurs maîtres de communiquer entre eux. Cela le rend idéal pour une utilisation dans les microcontrôleurs, où plusieurs appareils peuvent partager le même bus et chacun envoyer des données vers et depuis le bus.

Par exemple, un périphérique basé sur SPI peut envoyer des données à un autre périphérique basé sur SPI (tel qu'un l’affichage ou capteur) sans avoir à se soucier de savoir si l'autre appareil a terminé sa tâche ou non.

Deux fils pour la communication

Ce protocole utilise deux fils pour créer une communication entre plusieurs appareils. SPI utilise des lignes d'horloge et de données séparées pour envoyer des informations entre les appareils. Le bus SPI a un dispositif maître et un ou plusieurs dispositifs esclaves. Le maître peut communiquer avec chacun des esclaves en envoyant des commandes au format série sur la ligne MOSI, tout en envoyant simultanément des données à l'esclave sur la ligne MISO.

S'adapter aux exigences des différents esclaves

SPI est bien adapté aux applications où vous devez connecter plusieurs périphériques esclaves à un contrôleur hôte, comme dans un intégré système ou un système informatique. Le protocole permet aux appareils esclaves de s'adapter aux exigences du contrôleur hôte, ce qui signifie qu'il peut facilement être utilisé pour des applications telles que la connexion de plusieurs capteurs ayant des exigences de communication différentes.

Inconvénients du SPI

Bien que SPI présente de nombreux avantages, notamment sa capacité à prendre en charge plusieurs appareils, il présente également quelques inconvénients.

Compliqué

SPI est une interface série qui permet la communication entre plusieurs appareils. Le problème avec SPI est qu'il peut être compliqué à configurer, surtout lorsqu'il y a beaucoup d'appareils dans le mix.

Lorsque vous connectez des appareils SPI, vous devez vous assurer que les lignes n'interfèrent pas les unes avec les autres et qu'elles ne se croisent pas. Cela peut entraîner des problèmes tels que la perte de données ou des lectures incorrectes des capteurs.

Vitesse plus lente

SPI est plus lent que les autres protocoles de communication car il nécessite plus de cycles d'horloge pour transférer des données qu'eux. Cela peut être un problème si vous essayez de transmettre une grande quantité de données, car la vitesse plus lente signifie que le transfert de toutes les informations prend plus de temps.

Interface semi-duplex

L'interface SPI est une interface semi-duplex, ce qui signifie que si un appareil envoie des données, il ne peut en recevoir aucune. Si l'appareil n'est pas prêt à envoyer ou à recevoir des données, il faut lui dire d'attendre qu'il soit prêt à le faire.

Avantages UART

L'UART présente plusieurs autres avantages par rapport aux autres interfaces série :

Pas besoin d'horloge

Les UART n'ont besoin d'aucune sorte d'horloge. Cela signifie que les données sont envoyées à un débit constant et qu'aucune synchronisation n'est nécessaire. Cela rend les UART extrêmement utiles pour envoyer des données sur de longues distances ou dans des environnements bruyants.

Avec d'autres types de communication série, tels que SPI ou I2C, vous devez synchroniser l'expéditeur et le récepteur afin qu'ils puissent se parler. Cela signifie que s'il y a un quelconque retard dans l'un ou l'autre des appareils, cela peut entraîner des problèmes de communication. Par exemple, si un appareil envoie ses données un peu plus tard qu'un autre appareil ne l'attend, cela peut entraîner des erreurs de réception.

Facile à utiliser

Les UART sont simples à configurer et à utiliser car ils ne nécessitent aucune configuration autre que la connexion de la broche de données à la broche d'E/S appropriée sur votre microcontrôleur. Ils ont également peu de broches, vous pouvez donc en avoir plusieurs dans un circuit imprimé unique sans avoir à vous soucier d'utiliser trop d'espace ou power.

Bit de parité pour la vérification des erreurs

Lorsque vous travaillez avec une interface série, il est important de vérifier les erreurs. Les UART sont livrés avec un bit de parité qui permet la vérification des erreurs, ce qui peut aider à garantir que vos données sont correctement transmises.

Inconvénients de l'UART

Bien que l'UART soit une solution efficace pour plusieurs applications, l'utilisation du protocole UART présente certains inconvénients :

Taille de trame 9 bits uniquement

Cela signifie que la taille de trame, ou la quantité de données pouvant être envoyées sur un seul fil, est limitée à neuf bits par trame. Si vous essayez d'envoyer plus de 9 bits dans une trame, elle sera tronquée.

Faibles vitesses de transmission de données

Le plus gros inconvénient de l'UART est qu'il a de faibles vitesses de transmission de données. Bien que cela ne soit pas un problème pour les applications simples, cela peut être un inconvénient majeur pour la transmission de données à grande vitesse.

La raison en est que l'UART n'utilise qu'un seul fil pour la communication et n'utilise aucune technique de correction d'erreur.

Pour cette raison, UART n'est pas bien adapté aux applications où il est nécessaire de transmettre rapidement de grandes quantités de données entre deux appareils.

Impossible d'utiliser plusieurs systèmes maître ou esclave

Si vous souhaitez utiliser plusieurs systèmes Maître ou Esclave, vous devez vous assurer qu'ils sont tous sur la même fréquence d'horloge. Si ce n'est pas le cas, vos données seront corrompues.

Vous devez également faire attention à l'utilisation de différents débits en bauds pour le même système maître et esclave. Si vous le faites, les données ne seront pas traitées correctement.

SPI contre UART

Conclusion

Alors, quel est le verdict ? Quel protocole de bus devez-vous utiliser ? C'est SPI ou UART ? Eh bien, il n'y a pas de réponse simple à cela. Le meilleur choix dépendra probablement des besoins de votre projet et de votre familiarité avec ces protocoles. Cependant, si vous avez un système qui utilise déjà l'un de ces protocoles, il est préférable de s'y tenir afin de maintenir la cohérence de la communication entre plusieurs systèmes.