UART, SPI, I2C – Warum sie immer noch wichtig sind
Ein Bluetooth-Modul spricht vielleicht 2,4 GHz in der Luft, aber auf der Platine chattet es über Kupfer der alten Schule: UART für Konsolengeständnisse, SPI für Hochgeschwindigkeitsregister, I2C für Sensorklatsch. Diese Busse sind die Muttersprache des Moduls; Wählen Sie das Falsche und Ihr „drahtloses“ Projekt wird zu einem kabelgebundenen Problem.
UART: Die Lazy Serial Line
TX und RX, normalerweise bei 3,3 V, standardmäßig 115200 Baud. Ein Startbit, acht Datenbits, keine Parität, ein Stoppbit – fertig. UART eignet sich perfekt für AT-Befehlsbrücken: Senden Sie „AT+ADVSTART“ und das Modul antwortet mit „OK“, ohne dass Sie eine einzige Zeile C schreiben müssen. Nachteile? Keine Chipauswahl, keine Flusskontrolle und keine Abweichung der Baudrate, wenn nicht beide Seiten denselben Quarz verwenden. Verwenden Sie es, wenn Geschwindigkeit zweitrangig ist und die menschliche Lesbarkeit zählt.
SPI: Der Geschwindigkeitsdämon
Vier Drähte – MOSI, MISO, SCLK, CS – takten bei modernen Modulen mit bis zu 32 MHz. Die Register platzen in 8-Bit-Frames, perfekt zum Streamen von Sensordaten oder zum Ansteuern eines 320×240-TFT. Der Haken: ein Master, ein Slave pro Chip-Auswahl und ein Rattennest an Spuren, wenn Sie zu viele Geräte verketten. Wählen Sie SPI, wenn Sie rohen Durchsatz benötigen und nichts dagegen haben, jedem Peripheriegerät einen GPIO zuzuweisen.
I2C: Der soziale Bus
Zwei Leitungen – SDA und SCL – übertragen Adressierung, Daten und Handshaking für bis zu 127 Geräte. Es ist ideal für Temperatursensoren, EEPROMs oder RTCs, die nur wenige Kilobit pro Sekunde benötigen. Die Strafe: Gemeinsamer Bus bedeutet gemeinsame Kollisionen; Ein einzelner, sich schlecht benehmender Sklave kann die Leitung niedrig halten und das gesamte Gespräch zum Absturz bringen. Behalten Sie I2C für langsame Multi-Drop-Netzwerke bei, bei denen die Einfachheit der Verkabelung die reine Geschwindigkeit übertrifft.
Reales Szenario 1: UART-Fitnessband
Ein nRF52832-Modul befindet sich in einem 40-Dollar-Fitnessarmband. UART mit 921.600 Baud überträgt Rohdaten des Beschleunigungsmessers an das Telefon; Das Telefon sendet AT-Befehle, um die Herzfrequenzerfassung zu starten/stoppen. Keine benutzerdefinierte Firmware auf dem Modul – nur eine Brücke. Insgesamt fünf Drähte: TX, RX, VCC, GND und eine Reset-Leitung. Das Band hält mit einer 220-mAh-Zelle fünf Jahre, da das Radio zwischen den Bursts schläft.
Reales Szenario 2: SPI Smart Lock
Ein nRF52840-Modul versorgt ein Smart Lock für 120 US-Dollar mit Strom. SPI bei 16 MHz kommuniziert mit einem OLED-Display und einem Fingerabdrucksensor. Das Modul fungiert als Master und taktet Anzeigedaten mit 320 kbit/s, während es gleichzeitig Fingerabdruckbilder mit 128 kbit/s abtastet. AES-256 ist beim 52840 hardwarebeschleunigt, sodass die Sperre in <200 ms entriegelt wird, während das Funkgerät 30 s lang „offen“ ankündigt. Derselbe SPI-Bus flasht auch neue Firmware drahtlos und beweist damit, dass Geschwindigkeit und Sicherheit dasselbe Kupfer teilen können.
Wählen Sie Ihre Autobahn
Wählen Sie UART, wenn Sie eine schnelle Brücke benötigen und Ihnen die Geschwindigkeit egal ist. Wählen Sie SPI, wenn Sie über ein schnelles Peripheriegerät und viele GPIOs verfügen. Wählen Sie I2C, wenn Sie viele langsame Sensoren haben und eine minimale Verkabelung wünschen. Was auch immer Sie wählen, denken Sie daran: Der Bus ist der Flaschenhals, lange bevor es die 2,4-GHz-Luftschnittstelle überhaupt gibt.
