مبدل پروتکل

انواع پروتکل های ارتباط سیمی

در الکترونیک، ارتباط سیمی بین دستگاه‌ها با استفاده از پروتکل‌های مختلفی صورت می‌گیرد. برخی از انواع پرکاربرد پروتکل‌های ارتباطی به شرح زیر هستند.

1- پروتکل SPI: به انگلیسی Serial Peripheral Interface این پروتکل برای ارتباط بین میکروکنترلر و دستگاه‌هایی مانند حافظه فلش، سنسورها، کنترلر‌های صفحه نمایش، و غیره استفاده می‌شود.

2- پروتکل I2C: به انگلیسی Inter-Integrated Circuit این پروتکل برای ارتباط بین میکروکنترلر و دستگاه‌هایی مانند سنسورها، تراشه‌های حافظه، حسگرها، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و بالعکس به کار می‌رود.

3- پروتکل UART: این پروتکل برای ارتباط بین دو دستگاه الکترونیکی با سرعت کم استفاده می‌شود و به عنوان یک پروتکل سریال شناخته می‌شود.

4- پروتکل CAN: این پروتکل برای ارتباط بین اجزای مختلف سیستم‌های کنترل خودرو، ماشین آلات صنعتی و سایر دستگاه‌های صنعتی استفاده می‌شود.

5- پروتکل RS-232: این پروتکل برای ارتباط دستگاه‌های دیجیتال با کامپیوتر و سایر دستگاه‌های الکترونیکی با پورت سریال استفاده می‌شود.

6- پروتکل RS-485: یک پروتکل سریال است که برای ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی در فاصله بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد. RS-485 از چندین دستگاه در یک شبکه پشتیبانی می‌کند و می‌تواند به عنوان یک اتصالات بالادستی و پایین دستی در شبکه های اتوماسیون صنعتی استفاده شود.

7- پروتکل LIN: پروتکل LIN یک پروتکل سریال کم‌سرعت است که برای کنترل سیستم‌های اتومبیلی مانند سیستم‌های روشنایی، سیستم صوتی و سیستم کنترل در استفاده می‌شود. این پروتکل با کنترل سیمپلکس برای ارتباط میان دستگاه‌ها طراحی شده است.

8- پروتکل TTL: پروتکل TTL یا Transistor-Transistor Logic یک پروتکل ارتباط سیمی در الکترونیک است که امروزه همچنان در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل در دهه ۱۹۶۰ میلادی توسط شرکت تگزاس TI توسعه داده شد و برای انتقال اطلاعات بین قطعات الکترونیکی در سیستم های دیجیتال استفاده می‌شود.

شناخت پروتکل TTL

در پروتکل TTL، سیگنال‌های دیجیتال با استفاده از ولتاژهای منطقی HIGH و LOW بین قطعات الکترونیکی انتقال می‌یابند. ولتاژ منطقی HIGH در این پروتکل، حدود ۵ ولت و ولتاژ منطقی LOW حدود ۰.۸ ولت است. این پروتکل برای ارتباط سیمی بین قطعات الکترونیکی مانند میکروکنترلر، آی سی‌های منطقی، ماژول‌های سنسور و اکتیوتی در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با توجه به اینکه پروتکل TTL برای ارتباطات سیمی بین قطعات الکترونیکی در سطح پایین استفاده می‌شود، تعداد سیگنال‌هایی که می‌تواند بین دو قطعه الکترونیکی منتقل شود، محدود است. اما این پروتکل به دلیل سادگی و قابلیت پیاده‌سازی آسان در سیستم‌های الکترونیکی، همچنان در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت پروتکل UART و TTL

پروتکل UART و TTL دو پروتکل مجزا هستند که می توانند با هم استفاده شوند. پروتکل TTL یک رابط سیگنال سطح پایین (Low-Level Signal Interface) است که برای ارتباط دستگاه های دیجیتال با هم استفاده می‌شود. این پروتکل از سطح ولتاژهای منطقی 0 و 5 ولت استفاده می‌کند و بیشتر در مدارهای داخلی استفاده می‌شود.

اما پروتکل سیمی UART یک پروتکل ارتباط سریال دوطرفه است که برای ارتباط بین دو دستگاه دیجیتال استفاده می‌شود. در این پروتکل، داده‌ها در قالب یک سری بیت از یک دستگاه به دیگری انتقال می‌یابند. سرعت انتقال اطلاعات در این پروتکل با استفاده از baud rate تعیین می‌شود. در اصل، TTL و UART دو مفهوم متفاوت هستند که در کنار هم استفاده می‌شوند. از TTL به عنوان یک سطح ولتاژ منطقی در سیگنال‌های دیجیتال استفاده می‌شود، در حالی که UART یک پروتکل ارتباط سریال است که برای ارتباط بین دو دستگاه دیجیتال استفاده می‌شود. در عمل، برای ارتباط با دستگاه‌های دیجیتال ممکن است از پروتکل UART در کنار TTL به عنوان سطح ولتاژ منطقی استفاده شود. به عنوان مثال، در بسیاری از میکروکنترلرها، رابط UART را می‌توان با استفاده از سطح ولتاژ TTL پیاده سازی کرد.

تفاوت پروتکل rs-232 و rs485 چیست؟

پروتکل RS-232 و RS-485 دو پروتکل مختلف ارتباط سریالی هستند که در صنایع الکترونیک استفاده می‌شوند. تفاوت اصلی این دو پروتکل در چند کاربره بودن RS-485 در مقایسه با RS-232 و همچنین تفاوت در روش ارسال دیتا و سیگنال‌های کنترلی است. پروتکل RS-232 یک پروتکل ارتباطی سریال است که برای ارتباط کامپیوتر با دستگاه‌های پرینتر، مودم، ترمینال و دیگر دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عبارتی نوعی درگاه خروجی و تبادلی برای ارتباط با انواع سخت افزارها و بردهای الکترونیکی دیگر است. در RS-232 ارسال داده‌ها به صورت پیاپی و بدون وقفه انجام می‌شود.

در مقابل، پروتکل RS-485 یک پروتکل ارتباطی سریال چند کاربره است که برای ارتباط بین دو یا چند دستگاه الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. RS-485 از یک لایه فیزیکی متقارن با کابل‌های دو زوجی استفاده می‌کند که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا به صورت همزمان داده‌ها را ارسال و دریافت کنند. در واقع، RS-485 می‌تواند به عنوان یک شبکه برای ارتباط بین چندین دستگاه استفاده شود. در کل، RS-485 برای کاربردهایی که نیاز به ارتباط بین چندین دستگاه دارند، ایده آل است، در حالی که RS-232 برای ارتباط بین یک برد الکترونیکی و یک دستگاه مفید است.

از کدام پروتکل‌ها برای ارتباط سیمی بلند استفاده می‌شود؟

از پروتکل RS-485 برای ارتباط سیمی بلند مسافت استفاده می‌شود. زیرا این پروتکل از تکنولوژی differential signaling استفاده می‌کند که این قابلیت را به ارتباط سیمی می‌دهد تا در فواصل بلند بدون از دست رفتن سیگنال و با قابلیت اطمینان بالایی انتقال پیدا کند. همچنین پروتکل‌های دیگر مانند RS-232، UART و SPI نیز در ارتباطات سیمی استفاده می‌شوند، اما برای فواصلی با مسافت کوتاه‌تر استفاده می‌شوند.

تفاوت پروتکل CAN با RS-485

پروتکل CAN و RS-485 هر دو پروتکل های ارتباطی سیمی هستند که برای ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند. با این حال، تفاوت‌های مهمی بین این دو پروتکل وجود دارد. در ادامه چند مورد را بررسی می‌کنیم.

کاربرد: پروتکل CAN بیشتر در خودروها، صنعت برق، اتوماسیون ساختمان و سیستم‌های کنترل صنعتی استفاده می‌شود، در حالی که RS-485 در اتصالات اداری و صنعتی، مانند سیستم‌های تهویه مطبوع در IoT، دوربین‌های مدار بسته و سیستم‌های کنترل ساختمانی اینترنت اشیا استفاده می‌شود.

تبادل همزمانی پشتیبانی شده: پروتکل CAN معمولا برای اتصال به شبکه‌های چندگانه با تعداد دستگاه‌های بیشتر استفاده می‌شود، در حالی که RS-485 برای اتصال به دستگاه‌های کمتر با فاصله‌ی مسافتی کمتر از 1200 متر مناسب است.

سرعت انتقال داده: پروتکل CAN از سرعت انتقال داده‌ها تا 1 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند، در حالی که RS-485 معمولا با سرعت‌های پایین تا 10 مگابیت بر ثانیه کار می‌کند.

توپولوژی شبکه: پروتکل CAN از توپولوژی شبکه خودران استفاده می‌کند، در حالی که RS-485 می‌تواند به صورت توپولوژی شبکه‌های پویا و یا زنجیره‌ای باشد. به طور کلی، انتخاب پروتکل مناسب برای یک سیستم وابسته به نیازهای خاص آن سیستم است، و باید با در نظر گرفتن تعداد دستگاه ها، فاصله بین آنها، سرعت داده ها و دیگر عوامل تعیین شود.

انواع مبدل USB

مبدل USB یک دستگاه الکترونیکی است که برای تبدیل سیگنال USB به سیگنال سریال (UART) و بالعکس استفاده می‌شود. این دستگاه در بسیاری از موارد برای اتصال دستگاه‌هایی که درگاه USB ندارند به کامپیوتر و یا دستگاه‌هایی که دارای درگاه USB هستند ولی نیاز به ارتباط با دستگاه‌هایی با درگاه سریال دارند، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، می‌توان از مبدل USB برای اتصال دستگاه‌هایی مانند ماژول‌های GPS، میکروکنترلرها، دستگاه‌های دیاگنوزیس خودرو و یا سایر دستگاه‌هایی که از درگاه سریال استفاده می‌کنند، به کامپیوتر استفاده کرد. در واقع، مبدل USB به عنوان یک پل ارتباطی بین دستگاه‌هایی با درگاه‌های مختلف عمل می‌کند.

مبدل آنالوگ به دیجیتال ADC

مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک دستگاه الکترونیکی است که سیگنال آنالوگ را به سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند. در این مبدل، سیگنال آنالوگ ورودی توسط یک مدار تقویت و سپس تبدیل به سیگنال دیجیتال می‌شود که برای پردازش توسط سیستم دیجیتالی قابل استفاده است. تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، از قبیل کنترل‌کننده‌های صنعتی، ابزار دقیق، سیستم‌های پزشکی و دیگر سیستم‌های الکترونیکی انجام می‌شود. مبدل آنالوگ به دیجیتال به عنوان یکی از عناصر کلیدی در سیستم‌های قابل برنامه‌ریزی مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای ثبت داده‌های آنالوگ و دیجیتال به کار می‌رود. تکنولوژی تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال به طور گسترده ای در بسیاری از مدارهای الکترونیکی مانند میکروکنترلرها، FPGAها، دستگاه های تلفن همراه، دوربین های دیجیتال، موسیقی پلیرها، تلویزیون ها و سایر دستگاه های الکترونیکی کاربرد دارد.

مبدل سطح منطقی 

مبدل سطح منطقی (Level Shifter) یک قطعه الکترونیکی است که از طریق آن می‌توان سطح منطقی سیگنال را از یک سطح به سطح دیگر تبدیل کرد. در برخی موارد، سیگنال‌های منطقی با سطح منطقی مختلفی مثل CMOS، TTL، LVDS، و... در مدارهای الکترونیکی وجود دارند. این سیگنال‌ها برای برقراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر و یا بخش‌های مختلف یک سیستم الکترونیکی به سطح منطقی یکسان نیاز دارند. مبدل سطح منطقی به عنوان یک محافظ بین سیگنال‌های منطقی وسیله‌ای کاربرد دارد که ممکن است در شرایطی نظیر تغییرات دما، نویز الکتریکی و یا اختلافات ولتاژی، به ارتباطات الکترونیکی صدمه وارد کند. به همین دلیل، مبدل سطح منطقی به عنوان یک مولد ارتباطی معتبر در سیستم‌های الکترونیکی به کار می‌رود. 

مبدل سطح منطقی فعال و غیر فعال

همچنین مبدل سطح ولتاژ به صورت فعال یا غیرفعال عمل می کند. مبدل سطح ولتاژ غیرفعال یک رزیستور است که با استفاده از آن می توان سطح ولتاژ را تبدیل کرد. اما در مبدل سطح ولتاژ فعال از ترانزیستورها و مدارهای منطقی استفاده می‌شود تا سطح ولتاژ را تبدیل کند. به عنوان مثال، مبدل سطح ولتاژ فعال می‌تواند سیگنال های 3.3 ولت را به سیگنال های 5 ولت تبدیل کند و برعکس. از مبدل سطح ولتاژ در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، از جمله در مدارهای کنترل صنعتی، سیستم های اندازه گیری، ماشین های اداری و تجهیزات الکترونیکی دیگر استفاده می‌شود.

مبدل دیجیتال به آنالوگ DAC

مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) یک قطعه الکترونیکی است که با دریافت یک سیگنال دیجیتالی، سیگنال آنالوگ متناظر با آن را تولید می‌کند. با استفاده از این مبدل، امکان تبدیل سیگنال‌های دیجیتالی از رایانه یا میکروکنترلر به سیگنال‌های آنالوگ قابل استفاده در مدارهای الکترونیکی وجود دارد. مبدل دیجیتال به آنالوگ در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی کاربرد دارد. به عنوان مثال، در سیستم‌های کنترل خودرو، این مبدل برای تولید سیگنال آنالوگی برای کنترل سرعت موتور استفاده می‌شود. همچنین در صنایع موسیقی، این مبدل برای تولید سیگنال‌های صوتی جهت ارسال به اسپیکرها و تقویت‌کننده‌های صوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در کل، مبدل دیجیتال به آنالوگ در تمامی حوزه‌هایی که نیاز به تولید سیگنال آنالوگ دارند، کاربرد دارد.

مبدل افزاینده پایه gpio

مبدل افزاینده پایه GPIO به عنوان یک بخش از مدار یا ماژول الکترونیکی، به طور کلی برای ارتقاء سطح ولتاژ و جریان خروجی یک پایه GPIO در یک میکروکنترلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مبدل با استفاده از ترانزیستورها، مقاومت‌ها و اجزای الکترونیکی دیگر، ولتاژ و جریان خروجی را برای کنترل بخش‌های دیگر مدار، افزایش می‌دهد. این مبدل برای اتصال میکروکنترلر به دستگاه‌های دیگر با ولتاژ ورودی و جریان بیشتر به کار می‌رود. همچنین، این مبدل می‌تواند برای تقویت ولتاژ سیگنال‌های دیجیتالی نیز مورد استفاده قرار گیرد. از جمله مبدل‌های افزاینده GPIO میتوان به مدل PCF8574 که از ارتباط I2C پشتیبانی می‌کند، نام برد.

پروتکل ارتباطی Grove

Grove یک سیستم ماژولاری برای اتصال سریع و آسان انواع سنسورها، ماژول‌ها و قطعات الکترونیکی به میکروکنترلرها است. تکنولوژی Grove از مزایای زیادی برای توسعه‌دهندگان و سازندگان الکترونیک برخوردار است. از جمله کاهش زمان و هزینه برای طراحی و توسعه، افزایش سرعت و دقت در توسعه پروژه‌ها، قابلیت تغییرات و تعویض سریع قطعات، و کاهش احتمال خطا در اتصال قطعات مختلف را شامل می‌شود. با استفاده از کانکتورهای معمول و قابل تعویض Grove، می‌توان ماژول‌ها و سنسورها را به یکدیگر وصل کرده و به سرعت اطلاعات مربوط به آن‌ها را برداشت کرد. این تکنولوژی از نقاط ضعف پروتوتایپ‌های سنتی، از جمله اتصالات پیچیده و عدم سازگاری با بعضی قطعات الکترونیکی، جلوگیری می‌کند. همچنین از ویژگی‌های تکنولوژی Grove، استفاده آسان و مستقیم از کتابخانه‌های نرم‌افزاری آماده برای ساخت برنامه‌های کاربردی است که باعث کاهش زمان و هزینه برای توسعه پروژه‌های الکترونیکی می‌شود.

پروتکل QWIIC

تکنولوژی Qwiic یک رابط سریع و آسان برای اتصال سنسورها، ماژول‌ها و تجهیزات الکترونیکی به یکدیگر برای توسعه پروژه‌های الکترونیکی است. این تکنولوژی توسط شرکت SparkFun Electronics توسعه داده شده است و قابلیت اتصال سریع و آسان بین قطعات را با استفاده از کابل‌های RJ11 یا JST بدون نیاز به لحیم کاری فراهم می‌کند. همچنین این تکنولوژی از پروتکل I2C برای ارتباط استفاده می‌کند که این پروتکل برای ارتباط بین قطعات الکترونیکی کاربرد گسترده‌ای دارد. قابلیت Plug and Play و خطای کم از دیگر ویژگی‌های این تکنولوژی است که باعث شده است توسط سازندگان و طراحان مدارهای الکترونیکی بسیار استقبال شود.