BÀSICS DE LA COMUNICACIÓ UART: 16 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Recordeu quan les impressores, els ratolins i els mòdems tenien cables gruixuts amb aquests enormes connectors? Els que literalment s’havien de cargolar a l’ordinador? Aquests dispositius probablement feien servir UART per comunicar-se amb l’ordinador. Tot i que l’USB ha substituït gairebé per complet aquests cables i connectors antics, definitivament els UART no són cosa del passat. Trobareu que UART s’utilitzen en molts projectes d’electrònica de bricolatge per connectar mòduls GPS, mòduls Bluetooth i mòduls lectors de targetes RFID al vostre Raspberry Pi, Arduino o altres microcontroladors.

UART significa Receptor / Transmissor asíncron universal. No és un protocol de comunicació com SPI i I2C, sinó un circuit físic en un microcontrolador o un IC autònom. El propòsit principal d’un UART és transmetre i rebre dades de sèrie.

Una de les millors coses d’UART és que només utilitza dos cables per transmetre dades entre dispositius. Els principis darrere d’UART són fàcils d’entendre, però si no heu llegit la primera part d’aquesta sèrie, Conceptes bàsics del protocol de comunicació SPI, pot ser un bon lloc per començar.

Pas 1: INTRODUCCIÓ A LA COMUNICACIÓ UART

A la comunicació UART, dos UART es comuniquen directament entre si. La UART que transmet converteix les dades paral·leles d'un dispositiu de control com una CPU en forma de sèrie, les transmet en sèrie a la UART receptora, que després converteix les dades de sèrie en dades paral·leles per al dispositiu receptor. Només calen dos cables per transmetre dades entre dos UART. Les dades flueixen des del pin Tx de la UART transmissora fins al pin Rx de la UART receptora:

Pas 2: fluxos de dades des del pin Tx de l'UART transmissor fins al pin Rx de l'UART receptor

Pas 3:

Els UART transmeten dades de manera asíncrona, cosa que significa que no hi ha cap senyal de rellotge per sincronitzar la sortida de bits de la UART que transmet al mostreig de bits per part de la UART receptora. En lloc d'un senyal de rellotge, la transmissió UART afegeix bits d'inici i aturada al paquet de dades que es transfereix. Aquests bits defineixen l’inici i el final del paquet de dades, de manera que l’UART receptor sap quan ha de començar a llegir els bits.

Quan l’UART receptor detecta un bit d’inici, comença a llegir els bits entrants a una freqüència específica coneguda com a velocitat en bauds. La velocitat en bauds és una mesura de la velocitat de transferència de dades, expressada en bits per segon (bps). Els dos UART han de funcionar a la mateixa velocitat de transmissió. La velocitat de transmissió entre els UART transmissors i els receptors només pot variar aproximadament un 10% abans que el temps de bits s’allunyi massa.

Pas 4:

Els dos UART també han d’estar configurats per transmetre i rebre la mateixa estructura de paquets de dades.

Pas 5: COM FUNCIONA UART

La UART que transmetrà dades rep les dades d'un bus de dades. El bus de dades s'utilitza per enviar dades a la UART mitjançant un altre dispositiu, com ara una CPU, memòria o microcontrolador. Les dades es transfereixen des del bus de dades a la transmissió UART en forma paral·lela. Després que la UART transmissora obtingui les dades paral·leles del bus de dades, afegeix un bit d’inici, un bit de paritat i un bit d’aturada, creant el paquet de dades. A continuació, el paquet de dades es publica en sèrie, poc a poc al pin Tx. La UART receptora llegeix el paquet de dades poc a poc al seu pin Rx. La UART receptora torna a convertir les dades en forma paral·lela i elimina el bit inicial, el bit de paritat i els bits de parada. Finalment, la UART receptora transfereix el paquet de dades en paral·lel al bus de dades de l’extrem receptor:

Pas 6: Imatge de com funciona UART

Pas 7:

Les dades transmeses per UART s’organitzen en paquets. Cada paquet conté 1 bit inicial, de 5 a 9 bits de dades (depenent de la UART), un bit de paritat opcional i 1 o 2 bits de parada:

Pas 8: les dades transmeses per UART s’organitzen a la imatge de paquets

Pas 9:

COMENÇAR BIT

La línia de transmissió de dades UART normalment es manté a un nivell d’alta tensió quan no transmet dades. Per iniciar la transferència de dades, el transmissor UART fa que la línia de transmissió de major a menor durant un cicle de rellotge. Quan l’UART receptor detecta la transició d’alta a baixa tensió, comença a llegir els bits del marc de dades a la freqüència de la velocitat en bauds.

MARC DE DADES

El marc de dades conté les dades reals que es transfereixen. Pot tenir una longitud de 5 bits fins a 8 bits si s’utilitza un bit de paritat. Si no s'utilitza cap bit de paritat, el marc de dades pot tenir una longitud de 9 bits. En la majoria dels casos, les dades s’envien primer amb el bit menys significatiu.

PARITAT

La paritat descriu la uniformitat o la raresa d’un nombre. El bit de paritat és una manera perquè l’UART receptor es mostri si algunes dades han canviat durant la transmissió. Els bits es poden canviar per radiació electromagnètica, velocitats de transmissió no coincidents o transferències de dades de llarga distància. Després que la UART receptora llegeixi el marc de dades, compta el nombre de bits amb un valor d'1 i comprova si el total és un nombre parell o senar. Si el bit de paritat és un 0 (paritat parell), els 1 bits del marc de dades haurien de sumar un nombre parell. Si el bit de paritat és 1 (paritat senar), els 1 bits del marc de dades haurien de sumar un nombre senar. Quan el bit de paritat coincideix amb les dades, la UART sap que la transmissió va estar lliure d’errors. Però si el bit de paritat és 0 i el total és senar; o el bit de paritat és un 1, i el total és parell, la UART sap que els bits del marc de dades han canviat.

STOP BITS

o Senyal del final del paquet de dades, l’UART d’enviament condueix la línia de transmissió de dades d’una baixa tensió a una alta tensió durant almenys dues durades de bit.

Pas 10: PASOS DE TRANSMISSIÓ UART

1. La UART que transmet rep dades en paral·lel des del bus de dades:

Pas 11: la transmissió d'imatges UART rep dades en paral·lel des del bus de dades

Pas 12: 2. el transmissor UART afegeix el bit d'inici, el bit de paritat i els bits d'aturada al marc de dades:

Pas 13: 3. El paquet sencer s'envia en sèrie des de la transmissió UART a la recepció UART. el receptor UART mostra la línia de dades a la velocitat de transmissió preconfigurada:

Pas 14: 4. L'UART que rep és descarta el bit d'inici, el bit de paritat i el bit d'aturada del marc de dades:

Pas 15: 5. el receptor UART converteix les dades de sèrie en paral·leles i les transfereix al bus de dades al final de la recepció:

Pas 16: AVANTATGES I INCONVENIENTS DE LES UARTS

Cap protocol de comunicació és perfecte, però els UART són força bons en el que fan. A continuació, es mostren alguns avantatges i desavantatges per ajudar-vos a decidir si s’ajusten o no a les necessitats del vostre projecte:

AVANTATGES

Només utilitza dos cables No cal senyal de rellotge Té un bit de paritat per permetre la comprovació d'errors L'estructura del paquet de dades es pot canviar sempre que es configurin les dues cares Mètode ben documentat i àmpliament utilitzat INCONVENIENTS

La mida del marc de dades està limitada a un màxim de 9 bits. No admet sistemes esclaus o master múltiples. Protocol de comunicació I2C per conèixer una altra manera de comunicar-se amb els dispositius electrònics. O si encara no ho heu fet, consulteu la primera part, Conceptes bàsics del protocol de comunicació SPI.

I com sempre, feu-m'ho saber als comentaris si teniu alguna pregunta o alguna cosa més per afegir. Si us ha agradat aquest article i en voleu veure més, no deixeu de seguir-lo

Salutacions

M. Junaid