OSNOVE UART KOMUNIKACIJE: 16 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Sjećate li se kada su štampači, miševi i modemi imali debele kablove sa tim ogromnim nezgrapnim konektorima? One koje su bukvalno morale biti uvrnute u vaš računar? Ti uređaji su vjerojatno koristili UART -ove za komunikaciju s vašim računarom. Iako je USB gotovo u potpunosti zamijenio te stare kabele i konektore, UART -ovi definitivno nisu prošlost. UART -ovi će se koristiti u mnogim projektima „uradi sam“elektronike za povezivanje GPS modula, Bluetooth modula i modula čitača RFID kartica na vaše Raspberry Pi, Arduino ili druge mikrokontrolere.

UART označava univerzalni asinhroni prijemnik/odašiljač. To nije komunikacijski protokol poput SPI i I2C, već fizičko kolo u mikrokontroleru ili samostalni IC. Glavna svrha UART -a je prijenos i prijem serijskih podataka.

Jedna od najboljih stvari kod UART -a je ta što koristi samo dvije žice za prijenos podataka između uređaja. Principi koji stoje iza UART -a lako su razumljivi, ali ako niste pročitali prvi dio ove serije, Osnove SPI komunikacijskog protokola, to bi moglo biti dobro mjesto za početak.

Korak 1: UVOD U UART KOMUNIKACIJU

U UART komunikaciji dva UART -a komuniciraju direktno jedan s drugim. UART koji odašilje pretvara paralelne podatke s upravljačkog uređaja poput CPU -a u serijski oblik, prenosi ih serijski na prijemni UART, koji zatim pretvara serijske podatke natrag u paralelne podatke za prijemni uređaj. Za prijenos podataka između dva UART -a potrebne su samo dvije žice. Podaci teku od Tx pina predajnog UART -a do Rx pina prijemnog UART -a:

Korak 2: Tokovi podataka od Tx Pin -a prenosećeg UART -a do Rx Pin -a prijemnog UART -a:

Korak 3:

UART -ovi prenose podatke asinhrono, što znači da nema signala takta za sinhronizaciju izlaza bitova sa odašiljačkog UART -a na uzorkovanje bitova od strane prijemnog UART -a. Umjesto signala sata, prijenosni UART dodaje početne i zaustavne bitove paketu podataka koji se prenosi. Ovi bitovi definiraju početak i kraj paketa podataka tako da primatelj UART zna kada treba započeti čitanje bitova.

Kada prijemni UART otkrije početni bit, počinje čitati dolazne bitove na određenoj frekvenciji poznatoj kao brzina prijenosa. Brzina prijenosa je mjera brzine prijenosa podataka izražena u bitima po sekundi (bps). Oba UART -a moraju raditi na približno istoj brzini prijenosa. Brzina prijenosa između UART -a koji odašilju i primaju može se razlikovati samo za oko 10% prije nego što vrijeme bitova postane predaleko.

Korak 4:

Oba UART -a također moraju biti konfigurirana za prijenos i primanje iste strukture paketa podataka.

Korak 5: KAKO UART RADI

UART koji će prenositi podatke prima podatke sa sabirnice podataka. Sabirnica podataka se koristi za slanje podataka na UART pomoću drugog uređaja, poput CPU -a, memorije ili mikrokontrolera. Podaci se sa sabirnice podataka prenose u UART u paralelnom obliku. Nakon što UART koji emitira dobije paralelne podatke sa sabirnice podataka, dodaje početni bit, paritetni bit i zaustavni bit, stvarajući paket podataka. Zatim se paket podataka serijski šalje, bit po bit, na Tx pin. UART koji prima podatke čita paket po bit na svom Rx pinu. UART koji prima tada pretvara podatke natrag u paralelni oblik i uklanja početni bit, paritetni bit i završni bit. Konačno, prijemni UART prenosi paket podataka paralelno sa sabirnicom podataka na prijemnom kraju:

Korak 6: Slika Kako UART radi

Korak 7:

UART preneseni podaci organizirani su u pakete. Svaki paket sadrži 1 početni bit, 5 do 9 bitova podataka (ovisno o UART -u), opcionalni paritetni bit i 1 ili 2 zaustavna bita:

Korak 8: UART preneseni podaci organizirani su u sliku paketa

Korak 9:

START BIT

UART linija za prijenos podataka obično se drži na visokom naponskom nivou kada ne prenosi podatke. Da bi započeo prijenos podataka, UART koji emitira povlači liniju prijenosa od visoke do niske za jedan ciklus takta. Kada prijemni UART detektira visokonaponski prijelaz, počinje čitanje bitova u okviru podataka na frekvenciji brzine prijenosa.

OKVIR PODATAKA

Okvir podataka sadrži stvarne podatke koji se prenose. Može biti dugačko 5 bita do 8 bita ako se koristi paritet. Ako se ne koristi paritetni bit, okvir podataka može biti dugačak 9 bita. U većini slučajeva, podaci se prvo šalju s najmanjim bitom.

PARITET

Paritet opisuje parnost ili neparnost broja. Paritetni bit je način na koji UART primatelj može reći jesu li se neki podaci promijenili tijekom prijenosa. Bitovi se mogu mijenjati elektromagnetskim zračenjem, neusklađenim brzinama prijenosa ili prijenosom podataka na velike udaljenosti. Nakon što prijemni UART pročita okvir podataka, broji broj bitova s vrijednošću 1 i provjerava je li ukupan broj paran ili neparan broj. Ako je paritet bit 0 (parni paritet), 1 bitovi u okviru podataka trebaju imati ukupan paran broj. Ako je paritet bit 1 (neparni paritet), 1 bitovi u okviru podataka trebaju imati ukupan broj neparnog broja. Kad se paritetni bit podudara s podacima, UART zna da je prijenos bio bez grešaka. Ali ako je paritet bit 0, a ukupan iznos je neparan; ili je paritet bit 1, a ukupan broj paran, UART zna da su se bitovi u okviru podataka promijenili.

STOP BITS

o signalizira kraj paketa podataka, UART koji šalje šalje pogon za prijenos podataka od niskog do visokog napona najmanje dva bita.

Korak 10: KORACI UART UDALJENJA

1. UART koji odašilje prima podatke paralelno sa sabirnice podataka:

Korak 11: Prijenos slike UART prima podatke paralelno sa sabirnice podataka

Korak 12: 2. Prijenosni UART dodaje početni bit, paritetni bit i zaustavni bit (ove) u okvir podataka:

Korak 13: 3. Cijeli paket se serijski šalje s UART -a koji odašilje na UART koji prima. prijemni UART uzorkuje liniju podataka pri unaprijed konfiguriranoj brzini prijenosa:

Korak 14: 4. prijemni UART odbacuje početni bit, paritetni bit i zaustavni bit iz okvira podataka:

Korak 15: 5. prijemni UART pretvara serijske podatke nazad u paralelno i prenosi ih na sabirnicu podataka na prijemnom kraju:

Korak 16: PREDNOSTI I NEDOSTACI UARTS

Nijedan komunikacijski protokol nije savršen, ali UART -i su prilično dobri u svom poslu. Evo nekoliko prednosti i nedostataka koji će vam pomoći da odlučite odgovaraju li ili ne potrebama vašeg projekta:

PREDNOSTI

Koristi samo dvije žice Nije potreban signal sata Ima bit pariteta koji omogućuje provjeru grešaka Struktura paketa podataka može se mijenjati sve dok su za to postavljene obje strane Dobro dokumentirana i široko korištena metoda NEDOSTACI

Veličina okvira podataka je ograničena na najviše 9 bita Ne podržava više slave ili više master sistema Brzine prijenosa svakog UART -a moraju biti unutar 10% jedan od drugog Nastavite na treći dio ove serije, Osnove I2C komunikacijski protokol za učenje o drugim načinima komunikacije elektroničkih uređaja. Ili, ako već niste, pogledajte prvi dio, Osnove SPI komunikacijskog protokola.

I kao i uvijek, javite mi u komentarima ako imate pitanja ili bilo što drugo za dodati! Ako vam se svidio ovaj članak i želite vidjeti još sličnih, svakako slijedite

Pozdrav

M. Junaid