CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3 GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG
2.3.1 Giao thức I2C
Inter-Integrated Circuit I2C thường được gọi chung là "cổng giao tiếp hai dây" là một máy tính có đầu nối tiếp nhiều bus do Philips phát minh được dùng để gắn các xe tốc độ thấp, thiết bị ngoại vi cho bo mạch chủ, hệ thống nhúng hoặc điện thoại di động hoặc các thiết bị điện tử khác. I2C là một nối tiếp hai dây, hai chiều bus cung cấp một phương pháp dữ liệu đơn giản và hiệu quả trao đổi giữa các thiết bị. Nó phù hợp nhất cho các ứng dụng yêu cầu liên lạc thường xuyên trong một khoảng cách ngắn giữa nhiều thiết bị. Tiêu chuẩn I2C là một bus đa chủ thực sự bao gồm khả năng phát hiện
va chạm và phân xử ngăn ngừa hỏng dữ liệu nếu hai hoặc nhiều master cố gắng điều khiển bus cùng một lúc.
Hình 2.14: Giao thức I2C[19]
I2C chỉ sử dụng hai đường dữ liệu hai chiều, Dữ liệu nối tiếp đường dây (SDA) và xung đồng hồ nối tiếp (SCL), được kéo lên bằng điện trở. Điện áp điển hình được sử dụng là +5V hoặc +3,3V mặc dù các hệ thống với các điện áp khác được cho phép. Thiết kế tham chiếu I2C có không gian địa chỉ 7 bit với 16 địa chỉ dành riêng, do đó tối đa 112 nút có thể giao tiếp trên cùng một bus. Tốc độ bus I2C phổ biến là chế độ
tiêu chuẩn 100 Kbit/s và chế độ tốc độ thấp 10 Kbit/s, nhưng xung nhịp thấp tùy ý tần
số cũng được cho phép. Các bản sửa đổi gần đây của I2C có thể lưu trữ nhiều nút hơn
và chạy ở tốc độ nhanh hơn
I²C định nghĩa ba loại thông báo cơ bản, mỗi loại bắt đầu bằng START và kết thúc bằng STOP:
+ Một tin nhắn đơn trong đó master ghi dữ liệu vào Slave;
+ Một thông báo đơn trong đó master đọc dữ liệu từ một nô lệ;
+ Các thông báo kết hợp, trong đó chủ phát hành ít nhất hai lần đọc và/hoặc ghi vào một hoặc nhiều slave.
Trong một tin nhắn kết hợp, mỗi lần đọc hoặc viết đều bắt đầu bằng một START
và địa chỉ slave. Sau lần START đầu tiên, những còn được gọi là các bit START lặp lại; các bit START lặp lại là không có bit STOP trước, đó là cách Slave biết lần chuyển tiếp theo là một phần của cùng một tin nhắn. Bất kỳ nô lệ nào cũng sẽ chỉ trả lời các tin nhắn cụ thể, như được xác định bởi sản phẩm của nó tài liệu. Hệ thống I²C thuần túy hỗ trợ thông báo tùy ý cấu trúc. SMBus bị giới hạn ở chín cấu trúc trong số
đó. STOP kết thúc cho biết khi nào những hành động được nhóm lại sẽ có hiệu lực.Địa chỉ phản hồi cảnh báo SMBus; và các thông điệp liên quan đến giao thức phân giải địa chỉ SMBus (ARP) cho động cấp phát và quản lý địa chỉ. Trong thực tế, hầu hết Slave
áp dụng các mô hình kiểm soát yêu cầu/phản hồi, trong đó một hoặc nhiều byte theo sau lệnh ghi được coi là lệnh hoặc địa chỉ. Những byte đó xác định cách ghi byte tiếp theo được xử lý và/hoặc cách nô lệ phản hồi trong các lần đọc tiếp theo.[22]
2.3.2 Giao thức 802.11
WiFi (viết tắt của Wireless Fidelity hoặc mạng 802.11) là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, tương tự như điện thoại di động, truyền hình và radio. WiFi thường là lựa chọn hàng đầu của nhiều kỹ sư giải pháp nhờ tính tiện dụng và hiệu quả kinh tế, đặc biệt khi triển khai mạng LAN trong phạm vi địa lý hạn chế. Sóng vô tuyến dùng cho WiFi tương tự như sóng vô tuyến dùng cho điện thoại di động và các thiết bị cầm tay khác, cho phép truyền
và nhận dữ liệu bằng cách chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Điểm khác biệt của sóng WiFi là chúng hoạt động ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz, cao hơn so
TCP/IP là một giao thức truyền thông được sử dụng để kết nối các thiết bị trên mạng Internet. Giao thức này quy định cách dữ liệu được trao đổi qua internet bằng cách cung cấp thông tin liên lạc từ đầu đến cuối, xác định cách chia dữ liệu thành các gói, đánh địa chỉ, truyền, định tuyến và nhận tại đích. TCP/IP yêu cầu ít quản lý trung tâm và được thiết kế để làm cho mạng trở nên đáng tin cậy, với khả năng phục hồi tự động khi xảy ra lỗi ở bất kỳ thiết
bị nào trên mạng. TCP/IP hoạt động dựa trên mô hình Server và Client, được phân loại là không trạng thái vì mỗi yêu cầu từ Client đều được coi là mới, giúp giải phóng các đường dẫn mạng và duy trì hoạt động liên tục. TCP/IP không bị độc quyền bởi bất kỳ công ty hay tổ chức nào, do đó có thể dễ dàng sửa đổi và giao tiếp với bất kỳ hệ thống nào. TCP/IP có thể được sử dụng để cung cấp khả năng đăng nhập từ xa, truyền tệp, gửi email, trang web qua mạng và truy cập từ xa vào hệ thống tệp của máy chủ lưu trữ. Tổng quát, TCP/IP biểu thị cách thông tin thay đổi hình dạng khi nó di chuyển qua mạng từ lớp vật lý cụ thể đến lớp ứng dụng trừu tượng, chi tiết các giao thức hoặc phương thức liên lạc ở mỗi lớp khi thông tin đi qua.[22]
2.3.3 Giao thức SPI
SPI là giao thức truyền thông dữ liệu có dây, các bit được truyền song song với nhau với mỗi dây là một bit riêng biệt. Dữ liệu được truyền đi bằng giao thức SPI không bị gián đoạn có thể gửi nhận trong một luồng liên tục. Các thiết bị sử dụng giao thức SPI thường sẽ chia làm hai cấp master và slave, với câu s hình đơn giản nhất là một master và một slave. Master thường là thiết bị điều khiển, slave thường là các module hiển thị hoặc cảm biến.
SPI hoạt động dựa theo xung clock giúp đồng bộ hóa đầu ra của các bit dữ liệu từ master đến việc lấy mẫu các bit của slave. Mỗi chu kỳ xung nhịp thì một bit sẽ được truyền nên tốc độ truyền dữ liệu được xác định bởi tần số của tín hiệu clock.
Hình 2.15: Giao tiếp giữa Master và Slave[23]
Master có thể lựa chọn Slave để giao tiếp bằng cách thay đổi tín hiệu ở chân CS/SS ở mức thấp. Master có thể cho phép nhiều slave kết nối song song, Nếu chỉ có một chân CS/SS, nhiều nô lệ có thể được nối với chân chính bằng cách nối chuỗi Trong một hệ thống truyền thông SPI (Serial Peripheral Interface), dữ liệu được truyền từ master đến slave thông qua đường MOSI (Master Out Slave In), với bit quan trọng nhất được gửi trước. Tại slave, dữ liệu nhận được từ master thông qua chân MOSI. Slave cũng có khả năng trả lời lại dữ liệu cho master thông qua đường MISO (Master In Slave Out), với bit ít quan trọng nhất được gửi trước. Dữ liệu trả về từ slave tới master thường được truyền qua đường này.
SPI không sử dụng bit dừng và bit bắt đầu do đó dữ liệu được truyền nhận một cách liên tục. Không đánh địa chỉ phức tạp, tốc độ truyền nhanh, tách biệt MISO và MOSI thành 2 đường riêng biệt có thể truyền và nhận dữ liệu cùng lúc. Tuy nhiên giao thức SPI cũng có một số nhược điểm như không kiểm tra Parity bit để biết dữ liệu nhận và truyền chính xác chưa, chỉ cho phép mô hình có 1 Master duy nhất, sử dụng nhiều dây tín hiệu hơn.[23]