ZÁKLADY UARTOVÉ KOMUNIKACE: 16 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Pamatujete si, když tiskárny, myši a modemy měly silné kabely s těmi obrovskými neohrabanými konektory? Ty, které musely být doslova zašroubovány do vašeho počítače? Tato zařízení pravděpodobně používala ke komunikaci s vaším počítačem UART. Zatímco USB téměř úplně nahradilo tyto staré kabely a konektory, UART rozhodně nejsou minulostí. Zjistíte, že UART se používá v mnoha projektech elektroniky pro kutily k připojení modulů GPS, modulů Bluetooth a modulů čtečky karet RFID k vašim Raspberry Pi, Arduino nebo jiným mikrokontrolérům.

UART je zkratka pro Universal Asynchronous Receiver/Transmitter. Není to komunikační protokol jako SPI a I2C, ale fyzický obvod v mikrokontroléru nebo samostatný IC. Hlavním účelem UART je vysílat a přijímat sériová data.

Jedna z nejlepších věcí na UART je, že k přenosu dat mezi zařízeními používá pouze dva vodiče. Principy UART jsou snadno pochopitelné, ale pokud jste nečetli první část této série, Základy komunikačního protokolu SPI, mohlo by to být dobré místo pro začátek.

Krok 1: ÚVOD DO UARTOVÉ KOMUNIKACE

Při komunikaci UART spolu dva UARTy komunikují přímo. Vysílací UART převádí paralelní data z řídicího zařízení, jako je CPU, do sériové podoby, přenáší je sériově do přijímacího UART, který pak převádí sériová data zpět na paralelní data pro přijímací zařízení. K přenosu dat mezi dvěma UART jsou zapotřebí pouze dva vodiče. Data proudí z pinu Tx vysílacího UART do pinu Rx přijímajícího UART:

Krok 2: Tok dat z Tx pinu vysílacího UART do Rx pinu přijímajícího UART:

Krok 3:

UART vysílají data asynchronně, což znamená, že neexistuje žádný hodinový signál pro synchronizaci výstupu bitů z vysílacího UART se vzorkováním bitů přijímajícím UART. Vysílací UART místo hodinového signálu přidává do přenášeného datového paketu startovací a zastavovací bity. Tyto bity definují začátek a konec datového paketu, takže přijímající UART ví, kdy má začít bity číst.

Když přijímající UART detekuje počáteční bit, začne číst příchozí bity na konkrétní frekvenci známé jako přenosová rychlost. Přenosová rychlost je míra rychlosti přenosu dat, vyjádřená v bitech za sekundu (bps). Oba UARTy musí pracovat přibližně se stejnou přenosovou rychlostí. Přenosová rychlost mezi vysílajícím a přijímajícím UART se může lišit pouze asi o 10%, než se načasování bitů dostane příliš daleko.

Krok 4:

Oba UARTy musí být také nakonfigurovány tak, aby vysílaly a přijímaly stejnou strukturu datových paketů.

Krok 5: JAK UART FUNGUJE

UART, který bude přenášet data, přijímá data z datové sběrnice. Datová sběrnice slouží k odesílání dat do UART jiným zařízením, jako je CPU, paměť nebo mikrokontrolér. Data jsou přenášena z datové sběrnice do vysílacího UART paralelně. Poté, co vysílající UART získá paralelní data z datové sběrnice, přidá počáteční bit, paritní bit a zastavovací bit, čímž se vytvoří datový paket. Dále je datový paket vydáván sériově, bit po bitu na Tx pinu. Přijímající UART čte datový paket bit po bitu na svém Rx pinu. Přijímající UART pak převede data zpět do paralelní formy a odstraní počáteční bit, paritní bit a zastavovací bity. Nakonec přijímající UART přenáší datový paket paralelně k datové sběrnici na přijímacím konci:

Krok 6: Obrázek Jak UART funguje

Krok 7:

UART přenášená data jsou organizována do paketů. Každý paket obsahuje 1 počáteční bit, 5 až 9 datových bitů (v závislosti na UART), volitelný paritní bit a 1 nebo 2 stop bity:

Krok 8: UART přenášená data jsou organizována do obrazu paketů

Krok 9:

ZAČNĚTE BIT

Když nepřenáší data, datová přenosová linka UART je obvykle udržována na vysokém napětí. Chcete -li zahájit přenos dat, vysílací UART táhne přenosovou linku z vysoké na nízkou po dobu jednoho hodinového cyklu. Když přijímací UART detekuje přechod vysokého a nízkého napětí, začne číst bity v datovém rámci na frekvenci přenosové rychlosti.

DATOVÝ RÁMEC

Datový rámec obsahuje skutečná přenášená data. Pokud je použit paritní bit, může být dlouhý 5 až 8 bitů. Pokud není použit žádný paritní bit, datový rámec může být dlouhý 9 bitů. Ve většině případů jsou data odeslána s nejméně významným bitem jako první.

PARITA

Parita popisuje sudost nebo lichost čísla. Paritní bit je způsob, jak přijímající UART zjistit, zda se během přenosu změnila nějaká data. Bity lze měnit elektromagnetickým zářením, neshodnými přenosovými rychlostmi nebo přenosy dat na velké vzdálenosti. Poté, co přijímající UART načte datový rámec, spočítá počet bitů s hodnotou 1 a zkontroluje, zda je součet sudé nebo liché číslo. Pokud je paritní bit 0 (sudá parita), 1 bit v datovém rámci by měl být součet na sudé číslo. Pokud je paritní bit 1 (lichá parita), 1 bit v datovém rámci by měl být součet na liché číslo. Když se paritní bit shoduje s daty, UART ví, že přenos neobsahoval chyby. Pokud je ale paritní bit 0 a součet je lichý; nebo je paritní bit 1 a součet je sudý, UART ví, že se bity v datovém rámci změnily.

ZASTAVTE BITY

o signalizuje konec datového paketu, vysílající UART pohání datovou přenosovou linku z nízkého napětí na vysoké napětí po dobu alespoň dvou bitů.

Krok 10: KROKY UARTOVÉ PŘEVODY

1. Vysílající UART přijímá data paralelně z datové sběrnice:

Krok 11: Přenos obrazu UART přijímá data paralelně z datové sběrnice

Krok 12: 2. Vysílací UART přidá počáteční bit, paritní bit a zastavovací bit (y) do datového rámce:

Krok 13: 3. Celý paket je odeslán sériově z vysílacího UART do přijímajícího UART. přijímající UART vzorkuje datovou linku s předem nakonfigurovanou přenosovou rychlostí:

Krok 14: 4. Přijímající UART vyřadí počáteční bit, paritní bit a zastavovací bit z datového rámce:

Krok 15: 5. Přijímající UART převádí sériová data zpět na paralelní a převádí je na datovou sběrnici na přijímacím konci:

Krok 16: VÝHODY A NEVÝHODY UARTS

Žádný komunikační protokol není dokonalý, ale UARTy jsou v tom, co dělají, docela dobré. Zde je několik výhod a nevýhod, které vám pomohou rozhodnout se, zda vyhovují potřebám vašeho projektu:

VÝHODY

Používá pouze dva vodiče Není nutný hodinový signál Má paritní bit umožňující kontrolu chyb Strukturu datového paketu lze změnit, pokud jsou pro něj nastaveny obě strany Dobře zdokumentovaná a široce používaná metoda NEVÝHODY

Velikost datového rámce je omezena na maximálně 9 bitů Nepodporuje více podřízených nebo více hlavních systémů Přenosové rychlosti každého UART od sebe musí být v rozmezí 10% Pokračujte na část třetí této řady, Základy I2C Communication Protocol se dozvíte o dalším způsobu komunikace elektronických zařízení. Nebo pokud jste to ještě neučinili, podívejte se na první část, Základy komunikačního protokolu SPI.

A jako vždy mi dejte vědět v komentářích, pokud máte dotazy nebo cokoli jiného, co chcete přidat! Pokud se vám tento článek líbil a chcete vidět více podobných, nezapomeňte ho sledovat

pozdravy

M. Junaid