OSNOVE UART KOMUNIKACIJE: 16 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Sjećate li se kada su pisači, miševi i modemi imali debele kabele s tim ogromnim nespretnim konektorima? One koje ste doslovno morali uvrnuti u vaše računalo? Ti su uređaji vjerojatno koristili UART -ove za komunikaciju s vašim računalom. 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 elektroničke izrade DIY za povezivanje GPS modula, Bluetooth modula i modula čitača RFID kartica na vaše Raspberry Pi, Arduino ili druge mikrokontrolere.

UART označava univerzalni asinkroni prijamnik/odašiljač. To nije komunikacijski protokol kao što je SPI i I2C, već fizičko kolo u mikrokontroleru ili samostalni IC. Glavna svrha UART -a je prijenos i primanje serijskih podataka.

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

Korak 1: UVOD U UART KOMUNIKACIJU

U UART komunikaciji dva UART -a komuniciraju izravno 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 odašiljačkog UART -a do Rx pina prijemnog UART -a:

Korak 2: Prijenos podataka od Tx pina odašiljača UART do Rx pina primatelja UART:

3. korak:

UART -ovi prenose podatke asinkrono, što znači da nema signala takta za sinkronizaciju izlaza bitova s odašiljačkog UART -a na uzorkovanje bitova od strane primatelja UART -a. Umjesto signala sata, prijenosni UART dodaje početni i zaustavni bitov podatkovnom paketu koji se prenosi. Ovi bitovi definiraju početak i kraj podatkovnog paketa tako da primatelj UART zna kada treba početi čitati bitove.

Kada prijemni UART detektira 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 DJELUJE UART

UART koji će prenositi podatke prima podatke sa sabirnice podataka. Podatkovna sabirnica koristi se za slanje podataka na UART pomoću drugog uređaja, poput CPU -a, memorije ili mikrokontrolera. Podaci se paralelno prenose s sabirnice podataka na prijenosni UART. Nakon što UART koji odašilje dobije paralelne podatke sa sabirnice podataka, dodaje početni bit, paritetni bit i zaustavni bit, stvarajući podatkovni paket. Zatim se podatkovni paket 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 zaustavni bit. Konačno, primatelj UART prenosi paket podataka paralelno sa sabirnicom podataka na kraju primatelja:

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), izborni bit za paritet i 1 ili 2 zaustavna bita:

Korak 8: UART preneseni podaci organizirani su u sliku paketa

Korak 9:

POČNI BIT

Linija za prijenos podataka UART obično se drži na visokoj naponskoj razini kada ne prenosi podatke. Za početak prijenosa podataka, odašiljački UART povlači prijenosnu liniju s visoke na nisku vrijednost 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 se nalaziti od 5 bita do 8 bita ako se koristi paritet. Ako se ne koristi paritetni bit, okvir podataka može imati 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 UART primatelj 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 neparan broj. Kad se paritetni bit podudara s podacima, UART zna da je prijenos bio bez grešaka. Ali ako je paritet bit 0, a ukupan broj 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 podatkovnog paketa, 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 paralelno prima podatke 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 završni 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 podatkovnu liniju 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 natrag u paralelno i prenosi ih na sabirnicu podataka na prijemnom kraju:

Korak 16: PREDNOSTI I NEDOSTACI UART -a

Nijedan komunikacijski protokol nije savršen, ali UART -i su prilično dobri u onome što rade. 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 takta Ima bit za paritet koji omogućuje provjeru pogrešaka Struktura podatkovnog paketa može se mijenjati sve dok su za njega postavljene obje strane Dobro dokumentirana i široko korištena metoda NEDOSTACI

Veličina okvira podataka ograničena je na najviše 9 bita Ne podržava više slave ili više glavnih sustava 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 komunikacijskog protokola SPI.

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