Protocolos de Comunicación Serie¶

	UART	SPI	I2C
Nombre	Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	Serial Peripheral Interface	Inter-Integrated Circuit
Diagrama
Pines	- TX: Transmisión de datos. - RX: Recepción de datos.	- SCLK: Reloj Serial - MOSI: Salida de maestro, entrada de esclavo. - MISO: Entrada del maestro y salida del esclavo. - SS: Selector de esclavo.	- SDA: Datos - SCL: Reloj Serial
Sincronía	Asincrona	Sincrona	Sincrona
Tranmisión	Duplex	Duplex	Half-duplex
Topología	Uno-a-Uno	Bus	Bus
Numero de Masters	No hay	Uno	Varios
Velocidad máxima	230Kbbs ~ 460kbb	10Mbbs ~ 20Mbbs	Hasta 3.4Mbbs Algunas variantes hasta 1Mbbs
Distancia	Menos de 15 metros	Comunicaciones dentro de la PCB Menos de 30cm	Comunicaciones dentro de la PCB Menos de 1 metro
Consumo energético	Medio	Bajo	Medio
Complejidad HW	Poco	Media	Bastante (según los maestros)
Direccionamiento SW	No	Señal SS (SS1, SS2…) para seleccionar que dispositivo, cuantos más dispositivos más salidas SS necesitamos.	Todos los maestros pueden comunicarse con todos los esclavos, podemos colocar 27 esclavos y colocar la dirección en el protocolo I2C.
Ventajas	Muy simple Permite conectar de forma rápida dos dispositivos Suele usarse con RS232 o RS485 por ejemplo.	Simple. Dispone de comunicación full duplex SPI usa push-pull y gran velocidad de datos. Requiere menos energía que I2C	Más de un maestro. Solo necesita dos cables para la comunicación. Es más sencillo que SPI, al necesitar menos líneas. Concepto de colector abierto Tiene control de flujo.
Desventajas	Esta limitado a la comunicación entre dos dispositivos. La velocidad se debe acordar al principio de la conexión en caso de no ser la misma dará lecturas erróneas.	Cuanto más esclavos, más conexiones se necesitan. Añadir un dispositivo requiere una conexión adicional. No hay control de flujo.	Se incrementa la complejidad del circuito cuando aumentan los masteres y los esclavos. I2C es half duplex El software puede sobrecargar el procesador.
Inicio		Motorola en 1980	Philips en 1982

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) / Serial¶

El Transmisor / Receptor Universal Asíncrono es la comunicación serie ASÍNCRONA más sencilla que existe. Es comunicación 1 a 1. Solo necesita dos conexiones:

1. GND - Referencia a tierra
2. TX / RX - Por donde se mandan / reciben datos.

En realidad es una comunicación simplex (de un solo sentido). Pero normalmente una UART viene preparada con una señal TX y otra RX, así que se consigue una comunicación duplex (1 simplex para escribir y 1 simplex para leer).

Como el TX emite datos cuando quiere, no hay reloj, hace falta que TX y RX compartan una configuración. Esta se compone de:

1. Velocidad de la transmisión en baudios.
2. Longitud de las tramas en bits.
3. Bits de Start y Stop.

La nomenclatura típica para definir esta configuración es <velocidad>/<longitud><paridad><bits stop>. A veces la velocidad se indica por separado, y la nomenclatura solo se pone como <longitud><paridad><bits stop>. La más típica es 9600/8N1 o 8N1 a 9600:

• 9600 baudios
• 8 bits de datos / trama
• N no hay paridad (no se mide si los bits a 1 son pares o impares)
• 1 bit de stop

¿Como funciona? Supongamos una comunicación 8N1 a 9600 baudios (104 microseg por bit):

1. El TX y RX tienen la misma configuración.
2. El TX está en reposo mandando 1 todo el rato.
3. Cuando TX empieza a transmitir, manda el bit de Start, que es un 0.
4. Después de manda los 8 bits de datos.
5. El RX lee cada bit a partir de la mitad para evitar estados transitorios.
   • Después del bit de start, espera 52 microseg para leer el primer bit.
   • Después lee cada bit a 104 microseg.
6. El TX después de mandar los 8 bits de datos, manda el bit de Stop, que será a 0, y luego ya pone la línea a 1 todo el rato.
7. El RX después de leer el bit de Stop, empieza a leer 1 todo el rato y se queda a la espera de que vuelva a recibir un bit de Start.

SPI (Serial Peripherial Interface)¶

La Interfaz Serie Periférica, es un protocolo de comunicación serie SÍNCRONO. Es para comunicar una unidad con varios periféricos dentro de una placa. Esta unidad sería el Controlador, y las demás los Periféricos. Es decir, comunicación 1 a N. Necesita de las siguentes conexiones:

1. GND - Referencia a tierra
2. SCLK (Serial Clock) - Señal de reloj mandada por el Controlador
3. MOSI (Master Output Slave Input) / COPI (Controller Output Peripheral Input) - El TX del Controlador y RX del Periférico
4. MISO (Master Input Slave Output) / CIPO (Controller Input Peripheral Output) - El RX del Controlador y TX del Periférico
5. SSx (Slave Select) / CSx (Chip Select) - Señal que habilita la comunicación con el Periférico

En realidad es una comunicación simplex (de un solo sentido). Pero normalmente tanto el Controlador como los Periféricos para emitir y otra para recibir, así que se consigue una comunicación duplex (1 simplex para escribir y 1 simplex para leer).

Antes de cada comunicación, el Controlador-Periférico saben cuantos datos / bytes / bits se van a mandar / recibir.

¿Como funciona?

1. El Controlador decide iniciar la comunicación con un Periférico poniendo su señal CS a 0 y haciendo que funcione la señal SCLK.
2. El Controlador manda datos por su COPI y el Periférico los lee por su COPI.
3. El Controlador recibe datos por su CISO y el Periférico los manda por su CIPO.
4. El Controlador vuelve a poner la señal CS a 1.

I2C (Inter-Integrated Circuit)¶

El Circuito Inter-Integrado es un protocolo de comunicación serie SÍNCRONO. Es para comunicar una unidad con varios periféricos dentro de una placa. Esta unidad sería el Controlador, y las demás los Periféricos. Es decir, comunicación 1 a N. Necesita de las siguentes conexiones:

1. GND - Referencia a tierra
2. SCLK (Serial Clock) - Señal de reloj mandada por el Controlador
3. SDA (Serial Data) - Por donde transitan los datos del Controlador y los Periféricos

Es una comunicación half-duplex. Solo un controlador o periférico puede enviar datos por SDA.

Antes de cada comunicación, el Controlador-Periférico saben cuantos datos / bytes / bits se van a mandar / recibir.

¿Como funciona?

1. Como se comparte SDA, cada Periférico tiene una dirección.
2. Un Controlador decide iniciar la comunicación con un Periférico.
3. Inicia la señal de SCLK y manda por SDA:
   1. La dirección de memoria del Periférico.
   2. Si quiere transmitir o leer datos.
   3. Si quiere transmitir, manda los datos.
   4. Si quiere recibir, espera que el Periférico le mande la información.
4. El único Periférico que tenga esa dirección es el que ejecutará la acción, y los demás no harán nada.
5. Por último el Controlador vuelve a dejar el bus intacto a nivel alto (gracias a las resistencias de pull-up del bus).

Otros¶

Existen numerosos tipos de comunicaciones serie:

• USART (como UART pero soportando sincronía)
• One Wire (un solo cable)
• Modbus
• CAN bus
• I2S (I2C para sonido)
• ...