Rozhraní UART: popis, použití

Pamatujte si, když tiskárny, myši a modemy měly tlusté kabely s těmito obrovskými nepříjemnými konektory? Ty, které se musely doslova vložit do počítače? Málokdo ví, že tyto komponenty UART byly používány pro komunikaci s počítačem. Tyto staré kabely a konektory téměř nahrazují technologií USB. Rozhraní UART popsané v tomto článku nejsou věcí minulosti. Používají se v mnoha projektech DIY elektroniky k připojení čteček GPS, Bluetooth a RFID karet Pi, Arduino nebo jiným mikrořadičům.

Rozhraní UART: popis

UART znamená univerzální asynchronní přijímač / vysílač. Není to komunikační protokol, jako například SPI a I2C, ale fyzický obvod v mikrokontroléru. Hlavním účelem je přenášet a přijímat informace. Jedním z nejlepších úspěchů technologie je, že používá pouze dva dráty.

Rozhraní UART je dvě zařízení, která vzájemně si vzájemně vyměňují data. Zdroj vysílací převádí informace z ovládacího zařízení, jako je procesor, v převodech serializovat to postupně do přijímacího UART, který převádí hodnoty do přijímacího zařízení. Chcete-li přenést informace mezi dvěma zařízeními, vyžadují se pouze dva kabely.

Úvod do komunikace UART

UART RS485 vysílát data jsou asynchronní, což znamená, že neexistuje žádný signál pro synchronizaci výstupu bitů z vysílacího zařízení na přijímací. Namísto hodinového signálu přenáší UART počáteční a koncové bity přenášeného paketu. Tyto parametry určují počátek a konec dokumentu.

Je-li příjem UART rozpozná start bit, začne číst příchozí bity s určitou frekvencí známý jako přenosovou rychlostí. Rychlost přenosu dat je měřítkem rychlosti vyjádřené v měrné jednotce, bit / s. Obě zařízení musí pracovat přibližně se stejnou přenosovou rychlostí. Přenosová rychlost mezi vysílacím a přijímajícím zařízením se může lišit o 10%.

Oba přístroje musí být také konfigurovány tak, aby vysílaly a přijímaly stejnou strukturu balíků.

UART - co je to a jak to funguje?

UART, který přenáší informace, jej přijímá z datové sběrnice. Používá se k odesílání informací jinému zařízení, například procesoru, paměti nebo mikrokontroléru. Po předání UART přijímá data z paralelní datovou sběrnici, to přidává start bit, parita, stop bity, což vytváří datový paket. Pak se balíček zobrazí v částech. Přijímací UART čte datový bit na jeho výstup. Přijímací UART převede informace zpět do paralelního tvaru, odstraní počáteční bit a stop bit. Nakonec přijímající UART přenáší datový paket paralelně s datovou sběrnicí na přijímacím konci.

Přenosová linka je obvykle držena na úrovni vysokého napětí, pokud nepřenáší informace. Chcete-li spustit přenos dat, vysílající UART vytáhne přenosovou linku z vysokého na nízkou pro jeden hodinový cyklus. Když přijímací UART detekuje přechod mezi vysokým a nízkým napětím, začne číst bity v datovém rámci přenosovou rychlostí.

Technické vlastnosti

Základní UART systém poskytuje spolehlivou, přiměřenou rychlostí, plně duplexní komunikaci s tři signály: Tx (po sobě přenášených dat), RT (přijaté sériová data) a zem. Na rozdíl od jiných protokolů, jako SPI a I2C, není vyžadován žádný hodinový signál, protože uživatel poskytne hardwarový UART potřebné informace o čase.

Typickým datovým signálem v popisu rozhraní UART je prostě napětí, které se pohybuje mezi logickou nízkou a logickou vysokou hodnotou. Přijímač může tyto logické stavy správně převést na digitální data, pouze pokud ví, kdy vyzkoušet signál. To lze snadno provádět pomocí samostatného hodinového signálu. Například vysílač aktualizuje datový signál na každém okraji fronty a poté přijímač odebírá data na každé zadní hraně.

Klíčové termíny

Start bit je první bit jednobajtového přenosu. To znamená, že datová linka opouští stav nečinnosti. Nečinný stav má obvykle logickou výšku, takže počáteční bit je logicky nízký.

Počáteční bit je bit informací o službě. To znamená, že usnadňuje komunikaci mezi přijímačem a vysílačem, ale nepřenáší smysluplné údaje.

Stop bit je poslední bit přenosu jednoho bajtu. Jeho logická úroveň je stejná jako klidový stav signálu, tedy logické maximum.

Postup krok za krokem

Pro signalizaci dokončení datového paketu odesílající UART spojuje datové spojení od nízkého napětí k vysokému napětí po dobu dvou bitů.

Popis rozhraní UART:

1. Vysílací UART přijímá data paralelně z datové sběrnice a přidá start bit, paritní bit a stop bit (y) v datovém rámci.

2. Celý paket je odeslán postupně od vysílání k přijímacím UART, který odebírá datový řádek s předem nakonfigurovanou datovou rychlostí.

3. Přijímající UART zahodí start bit, paritní bit a stop bit datového rámce, převádí sériová data zpět do paralelně přivádí je do datové sběrnice na přijímací straně.

4. Převede přijaté bajty z počítače prostřednictvím paralelních obvodů do jednoho sériového bitového proudu pro odchozí přenos.

5. Když příchozí přenos převede sériový proud bitů na bajty, které počítač zpracovává.

6. Přidá paritní bit (v případě, že byla vybrána) odchozí přenosy, příchozí kontroly parity bajtů (pokud je vybrán), zahodí paritní bit.

7. Přidává počáteční a koncové oddělovače odchozích a odstraňuje je z příchozích přenosů.

Výhody a nevýhody

Komunikační protokol ne perfektní, ale UART jsou docela dobré v tom, co dělají. Zde jsou některé výhody a nevýhody, které vám pomohou rozhodnout, zda splňují potřeby vašeho projektu:

Výhody:

• Používají se pouze dva vodiče.

• Žádný signál synchronizace.

• Má paritní bit pro kontrolu chyb.

• Struktura datového paketu může být změněna, pokud jsou pro ni konfigurovány obě strany.

• Dobře zdokumentovaná a široce používaná metoda.

Nevýhody:

• Velikost datového rámce je omezena maximálně na 9 bitů.

• Nepodporuje více podřízených nebo více systémů master.

Navíc rychlost přenosu dat u každého rozhraní UART Arduino by se měla pohybovat v rozmezí 10%.