Az UART KOMMUNIKÁCIÓ ALAPJAI: 16 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Emlékszel arra, amikor a nyomtatók, egerek és modemek vastag kábelekkel rendelkeztek ezekkel a hatalmas ügyetlen csatlakozókkal? Azokat, amelyeket szó szerint be kellett csavarni a számítógépbe? Ezek az eszközök valószínűleg UART -t használtak a számítógéppel való kommunikációhoz. Bár az USB szinte teljesen kicserélte ezeket a régi kábeleket és csatlakozókat, az UART -ok biztosan nem a múlté. Az UART -okat számos barkács elektronikai projektben használják GPS -modulok, Bluetooth -modulok és RFID -kártyaolvasó modulok Raspberry Pi, Arduino vagy más mikrokontrollerekhez való csatlakoztatásához.

Az UART jelentése univerzális aszinkron vevő/adó. Ez nem olyan kommunikációs protokoll, mint az SPI és az I2C, hanem egy fizikai áramkör a mikrokontrollerben, vagy egy önálló IC. Az UART fő célja a soros adatok továbbítása és fogadása.

Az UART egyik legjobb tulajdonsága, hogy csak két vezetéket használ az adatok továbbítására az eszközök között. Az UART alapelvei könnyen érthetők, de ha még nem olvasta el a sorozat első részét, az SPI kommunikációs protokoll alapjai, akkor ez jó kiindulópont.

1. lépés: BEVEZETÉS AZ UART KOMMUNIKÁCIÓHOZ

Az UART kommunikációban két UART közvetlenül kommunikál egymással. Az átviteli UART a vezérlőeszközről, például a CPU -ból párhuzamos adatokat soros formává alakít át, soros formában továbbítja a fogadó UART -hoz, amely ezután a soros adatokat újra átalakítja a fogadó eszköz párhuzamos adatává. Csak két vezeték szükséges az adatok továbbításához két UART -egység között. Az adatok az átvivő UART Tx tűjéről a fogadó UART Rx tűjére áramlanak:

2. lépés: Az adatáramlás az átvivő UART Tx tűjéről a fogadó UART Rx tűjére:

3. lépés:

Az UART -ok aszinkron módon továbbítanak adatokat, ami azt jelenti, hogy nincs órajel, amely szinkronizálná a bitek kimenetét az adó UART -ból a fogadó UART által vett mintavételhez. Az órajel helyett az adó UART kezdő és leállító biteket ad hozzá az átvitt adatcsomaghoz. Ezek a bitek határozzák meg az adatcsomag elejét és végét, hogy a fogadó UART tudja, mikor kell elkezdeni a bitek olvasását.

Amikor a fogadó UART kezdőbitet észlel, elkezdi beolvasni a bejövő biteket egy meghatározott frekvencián, amelyet baud sebességnek neveznek. Az átviteli sebesség az adatátvitel sebességének mértékegysége bitben másodpercenként (bps) kifejezve. Mindkét UART -nek körülbelül azonos átviteli sebességgel kell működnie. Az átviteli sebesség az adó és a fogadó UART -ok között csak körülbelül 10% -kal térhet el, mielőtt a bitek időzítése túl messzire kerül.

4. lépés:

Mindkét UART -ot úgy is konfigurálni kell, hogy ugyanazt az adatcsomag -struktúrát továbbítsa és fogadja.

5. lépés: HOGYAN MŰKÖDIK A UART?

Az adatokat továbbítani kívánó UART az adatokat egy buszról kapja. Az adatbuszt arra használja, hogy adatokat küldjön az UART -nak egy másik eszköz, például egy CPU, memória vagy mikrovezérlő segítségével. Az adatok párhuzamos formában kerülnek továbbításra az adatbuszról az átadó UART -ra. Miután az átviteli UART megkapta a párhuzamos adatokat az adatbuszról, hozzáad egy kezdő-, paritás- és egy leállítóbitet, létrehozva az adatcsomagot. Ezután az adatcsomagot sorban, bitről bitre adjuk ki a Tx tűn. A fogadó UART bitről bitre olvassa az adatcsomagot az Rx tűjén. A fogadó UART ezután visszaalakítja az adatokat párhuzamos formába, és eltávolítja a kezdő-, paritás- és leállítóbiteket. Végül a fogadó UART az adatcsomagot párhuzamosan továbbítja a fogadó oldalon lévő adatbusszal:

6. lépés: Kép az UART működéséről

7. lépés:

Az UART által továbbított adatok csomagokba vannak rendezve. Minden csomag tartalmaz 1 kezdőbitet, 5–9 adatbitet (az UART -tól függően), egy opcionális paritásbitet és 1 vagy 2 stopbit:

8. lépés: Az UART által továbbított adatok csomagképbe vannak rendezve

9. lépés:

START BIT

Az UART adatátviteli vonalat általában nagyfeszültségű szinten tartják, amikor nem továbbít adatokat. Az adatátvitel megkezdéséhez az átviteli UART egy órajel cikluson keresztül az átviteli vonalat magasról alacsonyra húzza. Amikor a fogadó UART érzékeli a magas és az alacsony feszültség közötti átmenetet, elkezdi az adatkeret bitjeinek olvasását az baud sebességével.

ADATKERET

Az adatkeret tartalmazza az átvitt tényleges adatokat. 5 bit és 8 bit hosszú lehet, ha paritásbitet használ. Ha nem használ paritásbitet, az adatkeret 9 bit hosszú lehet. A legtöbb esetben az adatokat először a legkevésbé szignifikáns bittel küldik.

PARITÁS

A paritás leírja a szám egyenletességét vagy páratlanságát. A paritásbit egy módja annak, hogy a fogadó UART megmondja, változott -e adat az átvitel során. A bitek megváltoztathatók elektromágneses sugárzással, nem megfelelő átviteli sebességgel vagy nagy távolságú adatátvitellel. Miután a fogadó UART elolvasta az adatkeretet, megszámolja a bitek számát 1 -es értékkel, és ellenőrzi, hogy a szám páros vagy páratlan szám. Ha a paritásbit 0 (páros paritás), akkor az adatkeret 1 bitjének páros számot kell alkotnia. Ha a paritásbit 1 (páratlan paritás), akkor az adatkeret 1 bitjének páratlan számot kell adnia. Amikor a paritásbit megegyezik az adatokkal, az UART tudja, hogy az átvitel hibamentes volt. De ha a paritásbit 0, és az összeg páratlan; vagy a paritásbit 1, és az összeg egyenletes, az UART tudja, hogy az adatkeret bitjei megváltoztak.

STOP BITS

o jelzi az adatcsomag végét, a küldő UART az adatátviteli vonalat alacsony feszültségről magas feszültségre hajtja legalább két bit időtartamra.

10. lépés: A UART -ÁTVITEL LÉPÉSEI

1. Az átadó UART párhuzamosan fogad adatokat az adatbuszról:

11. lépés: Képátvitel Az UART párhuzamosan fogad adatokat az adatbuszról

12. lépés: 2. az átviteli UART hozzáadja a kezdő-, paritás- és leállítóbit (eke) t az adatkerethez:

13. lépés: 3. A teljes csomagot sorban küldik el az átadó UART -tól a fogadó UART -ig. a fogadó UART mintákat vesz az adatvonalból az előre konfigurált Baud sebességgel:

14. lépés: 4. A fogadó UART elveti a kezdő-, paritás- és leállítóbit az adatkeretből:

15. lépés: 5. A fogadó UART átalakítja a soros adatokat párhuzamossá, és a fogadás végén továbbítja azokat az adatbuszra:

16. lépés: Az UARTS előnyei és hátrányai

Egy kommunikációs protokoll sem tökéletes, de az UART -ok nagyon jók abban, amit csinálnak. Íme néhány előny és hátrány, amelyek segítenek eldönteni, hogy megfelelnek -e a projekt igényeinek:

ELŐNYÖK

Csak két vezetéket használ Nincs szükség órajelre. Paritásbittel rendelkezik, amely lehetővé teszi a hibák ellenőrzését. Az adatcsomag szerkezete megváltoztatható mindaddig, amíg mindkét oldal be van állítva.

Az adatkeret mérete legfeljebb 9 bit lehet. Nem támogat több slave vagy több master rendszert. Az egyes UART -ok átviteli sebességének 10% -on belül kell lennie. Folytassa a sorozat harmadik részével, a I2C kommunikációs protokoll az elektronikus eszközök más kommunikációs módjának megismeréséhez. Vagy ha még nem tette meg, nézze meg az első részt, az SPI kommunikációs protokoll alapjai.

És mint mindig, jelezze a megjegyzésekben, ha kérdése van, vagy bármi más hozzáfűznivalója van! Ha tetszett ez a cikk, és szeretnél még hasonlókat látni, akkor mindenképpen kövesd

Üdvözlettel

M. Junaid