UART sučelje: opis, uporaba

Sjećaš li se kada su pisači, miševi i modemi imali debele kabele s ovim ogromnim neugodnim priključcima? Oni koji su doslovno morali biti pijan u računalo? Malo ljudi zna da su te komponente UART korištene za komunikaciju s vašim računalom. Gotovo potpuno zamijenili ove stare kabele i konektore s USB tehnologijom. UART sučelja opisana u ovom članku nisu stvar prošlosti. Koriste se u mnogim projektima DIY elektronike za povezivanje GPS, Bluetooth i RFID čitača kartica na Pi, Arduino ili druge mikrokontrolere.

UART sučelje: opis

UART znači univerzalni asinkroni prijemnik / odašiljač. To nije protokola kao SPI i I2C i fizički spoj u mikrokontroleru. Glavna je svrha prenošenje i primanje informacija. Jedno od najboljih dostignuća tehnologije je da koristi samo dvije žice.

Sučelje UART dva su uređaja koji međusobno razmjenjuju podatke. Prijenosni izvor pretvara podatke iz upravljačkog uređaja, kao što je središnji procesor, u serijski oblik, šalje ga redoslijedom prema UART-u koji prima, koji pretvara vrijednosti na prijemni uređaj. Za prijenos podataka između dva uređaja potrebni su samo dvije žice.

Uvod u UART komunikaciju

UART RS485 odašiljet je asinkroni, što znači da nema signala za sinkronizaciju izlaza bitova od uređaja za slanje do primatelja. Umjesto signala sata, prijenosni UART dodaje početne i završne bitove prenesenog paketa. Ovi parametri određuju početak i kraj dokumenta.

Kada UART primatelj detektira početni bit, počinje čitati dolazne bitove s određenom frekvencijom, poznatom kao brzina prijenosa. Brzina prijenosa podataka je mjera brzine izražene u jedinici mjerenja, bit / s. Oba uređaja moraju raditi približno istoj brzini prijenosa. Brzina prijenosa između uređaja za slanje i primanje može se razlikovati za 10%.

Oba instrumenata također moraju biti konfigurirana za prijenos i primanje iste strukture paketa.

UART - što je to i kako funkcionira?

UART, koji će prenijeti podatke, prima je s podatkovne sabirnice. Koristi se za slanje informacija na drugi uređaj, poput procesora, memorije ili mikrokontrolera. Nakon prijenosa UART-a prima paralelne podatke s podatkovne sabirnice, dodaje malo početnih, paritetnih i zaustavnih bitova, stvarajući paket podataka. Tada se paket prikazuje u slijedu, u dijelovima. UART primatelj čita podatkovni bit na njegov izlaz. UART primatelj pretvara podatke u paralelni oblik, uklanja početni bit i zaustavlja bitove. Konačno, prijemni UART odašilje podatkovni paket paralelno s podatkovnom sabirnicom na kraju primatelja.

Prijenosna linija obično se održava na visokoj razini napona kada ne prenosi informacije. Za početak prijenosa podataka, prijenosni UART vuče prijenosnu liniju od najvišeg do najnižeg na jedan ciklus sata. Kada UART primatelj detektira prijelaz od visokog do niskog napona, počinje čitati bitove u okviru podataka brzinom prijenosa podataka.

Tehničke značajke

Osnovni UART sustav osigurava pouzdanu, umjerenu brzinu, full-duplex komunikaciju s tri signala: Tx (preneseni serijski podaci), Rx (primljeni serijski podaci) i zemlju. Za razliku od drugih protokola, kao što su SPI i I2C, nema signala sata, budući da korisnik daje UART hardveru potrebne vremenske informacije.

Tipični signal podataka u opisu UART sučelja jednostavno je napon koji ide između logike niskog i logičke visoke vrijednosti. Prijemnik može ispravno pretvoriti ta logička stanja u digitalne podatke samo ako zna kada treba pokušati s signalom. To se lako može obaviti pomoću zasebnog signala sata. Na primjer, odašiljač ažurira podatkovni signal na svakom rubu prednje strane, a zatim prijemnik prima podatke na svakom rubu.

Ključni pojmovi

Početni bit je prvi bit prijenosa od jednog bajta. To znači da linija podataka izlazi iz stanja mirovanja. U stanju mirovanja obično postoji logička visina, tako da je početni bit logički nizak.

Početni bit je malo informacija o usluzi. To znači da olakšava komunikaciju između prijemnika i odašiljača, ali ne prenosi značajne podatke.

Stop bit je zadnji bit prijenosa od jednog bajta. Njegova logička razina jednaka je stanju mirovanja signala, tj. Logičkom maksimumu.

Postupak u koracima

Za signalizaciju završetka podatkovnog paketa, UART za slanje povezuje podatkovnu vezu s niskog napona na visoki napon za dva bita trajanja.

Opis sučelja UART:

1. Prijenosni UART prima podatke paralelno od podatkovne sabirnice i dodaje početni bit, paritetni bit i zaustavni bit (e) u okvir podataka.

2. 
   
   
   

   Cijeli paket se šalje sekvencijalno od odašiljanja na UART primatelj, koji uzima podatkovnu liniju s prethodno konfiguriranom brzinom prijenosa podataka.

3. UART primatelj odbacuje početni bit, paritetni bit i zaustavlja bit iz podatkovnog okvira, pretvara serijske podatke natrag u paralelni, prenosi ih na podatkovnu sabirnicu na strani primatelja.

4. Konverterira primljene bajtove iz računala kroz paralelne krugove u jedan serijski bitstream za odlazni prijenos.

5. Kada dolazni prijenos pretvori serijski binarni tok u bajtove koje računalo obrađuje.

6. Dodaje paritetni bit (ako je odabran) odlaznih prijenosa, provjerava paritet dolaznih bajta (ako je odabran), odbacuje paritetni bit.

7. Dodaje početne i završne odstranitelje odlaznog, uklanja ih od dolaznih prijenosa.

Prednosti i nedostaci

Komunikacijski protokol nije savršeno, ali UART je prilično dobar u onome što rade. Evo nekoliko prednosti i nedostataka koji će vam pomoći da odlučite ispunjavaju li potrebe vašeg projekta:

prednosti:

• Koriste se samo dvije žice.

• Nema signala sinkronizacije.

• Ima paritetni bit za provjeru pogrešaka.

• Struktura podatkovnog paketa može se promijeniti ako su za njega konfigurirane obje strane.

• Dobro dokumentirana i naširoko korištena metoda.

nedostaci:

• Veličina okvira podataka ograničena je na najviše 9 bita.

• Ne podržava više podređenih ili više glavnih sustava.

Osim toga, brzina prijenosa podataka od svakog Arduino UART sučelje mora biti unutar 10% od svake druge.