UART vmesnik: opis, uporaba

Se spomnite, ko so tiskalniki, miši in modemi imeli debele kable s temi velikimi nerodnimi priključki? Tisti, ki so bili dobesedno vdrli v računalnik? Malo ljudi ve, da so te komponente UART uporabljale za komuniciranje z računalnikom. Te stare kable in priključke je skoraj popolnoma nadomestil s tehnologijo USB. Vmesniki UART, opisani v tem članku, niso stvar preteklosti. Uporabljajo se v številnih elektronskih projektih DIY za povezovanje bralnikov kartic GPS, Bluetooth in RFID s Pi, Arduino ali drugimi mikrokontrolerji.

UART vmesnik: opis

UART pomeni univerzalni asinhronski sprejemnik / oddajnik. To ni komunikacijski protokol, kot sta SPI in I2C, temveč fizični krog v mikrokrmilniku. Glavni namen je posredovanje in prejemanje informacij. Eden od najboljših dosežkov tehnologije je, da uporablja le dve žici.

Vmesnik UART je dve napravi, ki izmenjujeta podatke med seboj. Oddajni vir pretvarja podatke iz krmilne naprave, kot je centralni procesor, v serijsko obliko, jo pošlje v zaporednem vrstnem redu sprejemnemu UART, ki pretvori vrednosti v sprejemno napravo. Za prenos podatkov med dvema napravama sta potrebni samo dve žici.

Uvod v komunikacijo UART

UART RS485 prenašat podatki so asinhroni, kar pomeni, da ni nobenega signala za sinhronizacijo izhodnih bitov od naprave za pošiljanje do sprejemne enote. Namesto uroskega signala oddajno UART dodaja začetne in končne bitove prenesenega paketa. Ti parametri določajo začetek in konec dokumenta.

Ko sprejemni UART zazna začetni bit, začne beriti dohodne bitove z določeno frekvenco, znano kot hitrost prenosa. Hitrost prenosa podatkov je merilo hitrosti, izražene v merski enoti, bit / s. Obe napravi morata delovati s približno enako hitrostjo prenosa. Hitrost prenosa med napravami za pošiljanje in prejemanje se lahko razlikuje za 10%.

Oba instrumenta morata biti konfigurirana tudi za pošiljanje in sprejemanje iste strukture paketov.

UART - kaj je to in kako deluje?

UART, ki bo posredoval podatke, ga prejme iz podatkovne avtobuse. Uporablja se za pošiljanje informacij drugi napravi, kot so procesor, pomnilnik ali mikrokrmilnik. Po oddajanju UART sprejema vzporedne podatke iz podatkovne vodice, doda nekaj bitov za zagon, pariteto in zaustavitev, ustvarjata podatkovni paket. Potem se paket zaporedoma prikaže v delih. UART prejemnik bere podatkovni bit na svoj izhod. Prejemnik UART pretvori podatke v vzporedno obliko, odstrani začetni bit in zaustavitve. Nazadnje sprejemni UART posreduje paket podatkov vzporedno s podatkovno vodico na sprejemnem koncu.

Daljnovod obićajno poteka na visoki napetosti, kadar ne prenaśa informacij. Za začetek prenosa podatkov oddajni UART potegne daljnovod od visokega na nizko za en cikel. Ko sprejemni UART zazna prehod z nizko napetostjo, začne prebrati bite v podatkovnem okviru z baudno hitrostjo.

Tehnične značilnosti

Osnovni UART sistem zagotavlja zanesljivo, zmerno hitrost in polno dupleksno komunikacijo s tremi signali: Tx (prenašani serijski podatki), Rx (prejeti serijski podatki) in tla. Za razliko od drugih protokolov, kot sta SPI in I2C, ni potreben noben urni signal, ker uporabnik strojno opremo UART zagotavlja potrebne informacije o času.

Tipičen podatkovni signal v opisu vmesnika UART je preprosto napetost med logično nizko in logično visoko vrednostjo. Sprejemnik lahko pravilno pretvori ta logična stanja v digitalne podatke le, če ve, kdaj poskusiti signal. To je mogoče enostavno narediti z ločenim signalom za uro. Na primer, oddajnik posodablja podatkovni signal na vsakem robu sprednje strani, nato pa sprejemnik vzorce podatke na vsakem končnem robu.

Ključni izrazi

Začetni bit je prvi bit enobajtnega prenosa. To pomeni, da podatkovna linija zapušča stanje mirovanja. Stanje mirovanja ima običajno logično višino, zato je začetni bit logično nizek.

Začetni bit je bit informacij o storitvah. To pomeni, da olajša komunikacijo med sprejemnikom in oddajnikom, vendar ne posreduje pomembnih podatkov.

Stop bit je zadnji bit enobajtnega prenosa. Njena logična raven je enaka kot stanje mirovanja signala, to je logični maksimum.

Postopek po korakih

Za signaliziranje dokončanja podatkovnega paketa pošlje UART povezavo podatkovne povezave od nizke napetosti do visoke napetosti za dva bita trajanja.

Opis vmesnika UART:

1. Oddajni UART sprejema podatke vzporedno od podatkovne vodila in doda začetni bit, paritetni bit in zaustavitvene bitove v podatkovni okvir.

2. Celoten paket se zaporedoma pošlje od oddajanja do sprejemnega UART-a, ki vzorca podatkovno linijo s prednastavljeno hitrostjo prenosa podatkov.

3. 
   
   
   
   

   Prejemnik UART zavrže začetni bit, paritetni bit in ustavi bit iz okvirja podatkov, pretvori serijske podatke nazaj v vzporedno, jih pošlje v podatkovno vodilo na sprejemni strani.

4. Pretvori prejete bajte iz računalnika prek vzporednih vezij v en serijski bitni tok za odhodni prenos.

5. Ko dohodni prenos pretvori serijski bitni tok v bajte, ki jih računalnik obdeluje.

6. Doda paritetni bit (če je izbran) odhodnih prenosov, preveri pariteto dohodnih bajtov (če je izbran), zavrže paritetni bit.

7. Doda začetne in končne omejitve odhodnih, jih odstrani iz dohodnih prenosov.

Prednosti in slabosti

Komunikacijski protokol niso popolni, toda UART je precej dober pri svojem delu. Tukaj je nekaj prednosti in pomanjkljivosti, ki bodo pomagale pri odločitvi, ali bodo zadovoljile potrebe vašega projekta:

Prednosti:

• Uporabljata se le dve žici.

• Ni signala sinhronizacije.

• Je parnost bit za preverjanje napak.

• Strukturo paketa podatkov je mogoče spremeniti, če sta za to konfigurirani obe strani.

• Dobro dokumentirana in široko uporabljena metoda.

Slabosti:

• Velikost okvirja podatkov je omejena na največ 9 bitov.

• Ne podpira več podrejenih ali več glavnih sistemov.

Poleg tega mora biti hitrost prenosa podatkov vsakega UART vmesnika Arduino med 10%.