組み込みシステムやマイクロコントローラなどでデバイス間の通信を行う際に、UART、SPI、I2Cなどのシリアル通信プロトコルが使用されます。それぞれのプロトコルには特徴や用途が異なるため、適切なプロトコルを選択することが重要です。本記事では、UART、SPI、I2Cのそれぞれの特徴や適用例を紹介し、プロトコルの選択について考察します。
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）
特徴:
- 非同期シリアル通信プロトコルであり、データの送信と受信がクロック信号に同期しない。
- 単方向または双方向の通信が可能であり、1対1の通信に適している。
- データの信頼性が高く、簡単に実装できる。
- ボーレートやフレーム形式などのパラメータを設定する必要がある。
適用例:
- シリアル通信が必要なシンプルな通信システム。
- マイクロコントローラとコンピュータ間のシリアル通信。
-
SPI（Serial Peripheral Interface）
特徴:
- 同期シリアル通信プロトコルであり、クロック信号に同期したデータの送受信が行われる。
- マスタースレーブ構成による通信が可能であり、複数のスレーブデバイスを制御できる。
- 高速なデータ転送が可能であり、ボーレートは設定可能。
- 4線式（MISO、MOSI、SCK、SS）または3線式（MISO、MOSI、SCK）で接続される。
適用例:
I2C（Inter-Integrated Circuit）
特徴:
- 同期シリアル通信プロトコルであり、複数のデバイスが1つのバスを共有することができる。
- マスタースレーブ構成による通信が可能であり、マルチマスター環境に対応する。
- 2本の信号線（SDA、SCL）で接続される。
- 低速なデータ転送に適しており、クロック速度は設定可能。
適用例:
プロトコルの選択基準
- 通信速度: 高速通信が必要な場合はSPIが適しているが、低速なデータ転送でよい場合はI2CやUARTが選択肢となる。
- デバイスの数: 複数のデバイスを制御する場合はSPIやI2Cが適しており、1対1の通信でよい場合はUARTが選択肢となる。
- 物理的な接続: デバイス間の物理的な接続方法やケーブルの本数に制約がある場合、プロトコルの選択が影響を与える。
まとめ
UART、SPI、I2Cはそれぞれ異なる特徴を持ち、異なる用途に適しています。システムの要件や制約に応じて適切なプロトコルを選択し、効率的な通信を実現しましょう。
