力と触覚フィードバックはどのようにゲームをより没入型にするのですか?
私たちのゲームの楽しみの大部分は没入感であり、まるで実際にそこにいるかのように仮想世界を掘り下げることができます。没入感を高めることができるものの1つは、現実世界の物理的なタッチのシミュレーションであり、仮想世界に近づきます。
コンピューターの周辺機器、スマートアプライアンス、モノのインターネット(IoT)デバイス、電子測定ツールなど、すべてがシリアル通信プロトコルを使用してさまざまな電子コンポーネントを接続します。
これらのコンポーネントは通常、マイクロコントローラーと、指紋センサー、ESP8266(Wi-Fiモジュール)、サーボ、シリアルディスプレイなどのスレーブモジュールで構成されます。
これらのデバイスは、さまざまな種類の通信プロトコルを使用します。以下では、最も人気のあるシリアル通信プロトコルのいくつか、それらがどのように機能するか、それらの利点、およびそれらが使用され続ける理由について学習します。
シリアル通信プロトコルは、1838年にモールス信号が発明されて以来ずっとここにあります。今日、現代のシリアル通信プロトコルは同じ原理を使用しています。信号は、2つの導体を繰り返し短絡することにより、1本のワイヤで生成および送信されます。このショートはスイッチのように機能します。オン(高)とオフ(低)になり、バイナリ信号を提供します。この信号の送受信方法は、使用するシリアル通信プロトコルの種類によって異なります。
画像クレジット:shankar.s /ウィキメディアコモンズ
トランジスタの発明とそれに続く革新により、エンジニアといじくり回しは同様に、処理ユニットとメモリをより小さく、より速く、より電力効率の良いものにしました。これらの変更により、バス通信プロトコルは、接続されているコンポーネントと同じくらい技術的に進歩する必要がありました。したがって、UART、I2C、SPIなどのシリアルプロトコルの発明。これらのシリアルプロトコルは数十年前のものですが、マイクロコントローラやベアメタルプログラミングには依然として好まれています。
UARTプロトコルは、現在でも使用されている最も古いが最も信頼性の高いシリアル通信プロトコルの1つです。このプロトコルは、両方のコンポーネントが通信するために、Tx(送信)およびRx(受信)と呼ばれる2本のワイヤーを使用します。
データを送信するには、送信機と受信機の両方が5つの一般的な構成に同意する必要があります。これらは次のとおりです。
UARTは非同期プロトコルであるため、データ転送速度を調整する独自のクロックはありません。別の方法として、ビットが送信されるタイミングにボーレートを利用します。UARTに使用される通常のボーレートは9600ボーで、これは9600ビット/秒の伝送速度を意味します。
計算を行い、1ビットを9600ボーで割ると、1ビットのデータが受信機に送信される速度を計算できます。
1/9600 = 104マイクロ秒
これは、UARTデバイスが104マイクロ秒のカウントを開始して、次のビットがいつ送信されるかを知ることを意味します。
UARTデバイスが接続されている場合、デフォルト信号は常にハイに上げられます。低周波信号を検出すると、受信機はビットをレジスタ(メモリ)に保存し始める前に、104マイクロ秒とさらに52マイクロ秒のカウントを開始します。
8ビットをデータ長にすることはすでに合意されているため、8ビットのデータを保存すると、パリティのチェックを開始して、データが奇数か偶数かをチェックします。パリティチェックの後、ストップビットはハイ信号を発生させ、8ビットのデータ全体が受信機に正常に送信されたことをデバイスに通知します。
UARTは、2本のワイヤのみを使用する最もミニマリストなシリアルプロトコルであるため、今日、スマートカード、SIMカード、および自動車で一般的に使用されています。
SPIは、約20Mbpsの高速データレートに使用されるもう1つの一般的なシリアルプロトコルです。SCK(シリアルクロックライン)、MISO(マスターアウトスレーブイン)、MOSI(マスターインスレーブアウト)、SS / CS(チップセレクト)の合計4本のワイヤーを使用します。UARTとは異なり、SPIはマスターからスレーブへのフォーマットを使用して、1つのマスターのみで複数のスレーブデバイスを制御します。
MISOとMOSIは、データの送受信に使用されるUARTのTxとRxのように機能します。チップセレクトは、マスターが通信するスレーブを選択するために使用されます。
SPIは同期プロトコルであるため、マスターからの組み込みクロックを使用して、マスターデバイスとスレーブデバイスの両方が同じ周波数で実行されていることを確認します。これは、2つのデバイスがボーレートをネゴシエートする必要がなくなったことを意味します。
プロトコルは、マスターがスレーブデバイスに接続されている特定のSS / CKに信号を下げることにより、スレーブデバイスを選択することから始まります。スレーブがLow信号を受信すると、SCKとMOSIの両方のリッスンを開始します。次に、マスターはデータを含むビットを送信する前にスタートビットを送信します。
MOSIとMISOはどちらも全二重であるため、データの送受信を同時に行うことができます。
複数のスレーブに接続する機能、全二重通信、およびI2Cなどの他の同期プロトコルよりも消費電力が少ないSPIは、メモリデバイス、デジタルメモリカード、ADCからDACへのコンバータ、およびクリスタルメモリディスプレイで使用されます。
I2CはSPIのようなさらに別の同期シリアルプロトコルですが、それに比べていくつかの利点があります。これらには、複数のマスターとスレーブを持つ機能、単純なアドレス指定(チップセレクトの必要なし)、さまざまな電圧での動作、2つのプルアップ抵抗に接続された2本のワイヤーのみの使用が含まれます。
I2Cは、多くのIoTデバイス、産業機器、および家庭用電化製品でよく使用されます。
I2Cプロトコルの2つのピンは、データを送受信するSDA(シリアルデータライン)ピンと、クロックとして機能するSCL(シリアルクロックライン)ピンです。
パラレルおよび多くのワイヤレスプロトコルの台頭により、シリアル通信の人気が衰えることはありません。一般に、データの送受信に2〜4本のワイヤのみを使用するシリアルプロトコルは、予備のポートが数個しかない電子機器にとって不可欠な通信モードです。
もう1つの理由は、信頼性につながるシンプルさです。一度に数本のワイヤでデータを送信するだけで、シリアルは、送信時に損失や破損なしにデータの完全なパケットを送信する信頼性を証明しています。高周波および長距離通信でも、シリアルプロトコルは、今日利用可能な多くの最新のパラレル通信プロトコルを上回っています。
UART、SPI、I2Cなどのシリアル通信には古くて時代遅れであるという欠点があると多くの人が考えるかもしれませんが、数十年にわたって信頼性が証明されているという事実は変わりません。実際の代替品なしでこれほど古いプロトコルは、それらが実際に不可欠であり、予見可能な将来にわたって電子機器で使用され続けることを示唆しているにすぎません。
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