UART -VIESTINNÄN PERUSTA: 16 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Muistatko, kun tulostimissa, hiirissä ja modeemeissa oli paksuja kaapeleita näillä valtavilla kömpelöillä liittimillä? Ne, jotka kirjaimellisesti piti ruuvata tietokoneeseesi? Nämä laitteet käyttivät luultavasti UART -yhteyksiä tietokoneesi kanssa. Vaikka USB on korvannut lähes kokonaan vanhat kaapelit ja liittimet, UART -laitteet eivät todellakaan ole menneisyyttä. Löydät UART -laitteita, joita käytetään monissa DIY -elektroniikkaprojekteissa GPS -moduulien, Bluetooth -moduulien ja RFID -kortinlukijamoduulien yhdistämiseen Raspberry Pi-, Arduino- tai muihin mikro -ohjaimiin.

UART tarkoittaa yleistä asynkronista vastaanotinta/lähetintä. Se ei ole viestintäprotokolla, kuten SPI ja I2C, vaan fyysinen piiri mikrokontrollerissa tai erillinen IC. UART: n päätarkoitus on lähettää ja vastaanottaa sarjatietoja.

Yksi UARTin parhaista puolista on se, että se käyttää vain kahta johtoa tietojen siirtämiseen laitteiden välillä. UARTin periaatteet on helppo ymmärtää, mutta jos et ole lukenut tämän sarjan ensimmäistä osaa, SPI Communication Protocolin perusteet, se voi olla hyvä paikka aloittaa.

Vaihe 1: JOHDANTO UART -Viestintään

UART -viestinnässä kaksi UART -yhteyttä kommunikoivat suoraan keskenään. Lähettävä UART muuntaa rinnakkaisdatan ohjauslaitteesta, kuten CPU: sta, sarjamuotoon, lähettää sen sarjana vastaanottavalle UART: lle, joka sitten muuntaa sarjatiedot takaisin vastaanottavan laitteen rinnakkaisdataksi. Tietojen siirtämiseen kahden UART -laitteen välillä tarvitaan vain kaksi johtoa. Tiedot kulkevat lähettävän UART: n Tx -nastasta vastaanottavan UART: n Rx -nastaan:

Vaihe 2: Tietovirrat lähettävän UART: n Tx -nastasta vastaanottavan UART: n Rx -nastaan:

Vaihe 3:

UART -laitteet lähettävät dataa asynkronisesti, mikä tarkoittaa, että ei ole kellosignaalia, joka synkronoi bittilähdön lähettävästä UART: sta vastaanottavan UART: n bittinäytteenottoon. Kellosignaalin sijaan lähettävä UART lisää siirrettävään datapakettiin aloitus- ja lopetusbitit. Nämä bitit määrittelevät datapaketin alun ja lopun, jotta vastaanottava UART tietää milloin aloittaa bittien lukeminen.

Kun vastaanottava UART havaitsee aloitusbitin, se alkaa lukea saapuvia bittejä tietyllä taajuudella, jota kutsutaan baudinopeudeksi. Baudinopeus on tiedonsiirtonopeuden mitta, joka ilmaistaan biteinä sekunnissa (bps). Molempien UART -laitteiden on toimittava suunnilleen samalla baudinopeudella. Lähettävän ja vastaanottavan UART -verkon siirtonopeus voi vaihdella vain noin 10%, ennen kuin bittien ajoitus menee liian kauas.

Vaihe 4:

Molemmat UART -laitteet on myös määritettävä lähettämään ja vastaanottamaan samaa datapakettirakennetta.

Vaihe 5: MITEN UART TOIMII

UART, joka aikoo lähettää dataa, vastaanottaa dataväylältä. Dataväylää käytetään datan lähettämiseen UART -laitteeseen toisella laitteella, kuten suorittimella, muistilla tai mikro -ohjaimella. Tiedot siirretään dataväylältä lähettävälle UART: lle rinnakkain. Kun lähettävä UART on vastaanottanut rinnakkaisdatan dataväylältä, se lisää aloitusbitin, pariteettibitin ja pysäytysbitin luodakseen datapaketin. Seuraavaksi datapaketti tulostetaan sarjassa, bitti kerrallaan Tx -nastassa. Vastaanottava UART lukee datapaketin bitti kerrallaan Rx -nastastaan. Vastaanottava UART muuntaa tiedot sitten rinnakkaismuodoksi ja poistaa aloitusbitin, pariteettibitin ja pysäytysbitit. Lopuksi vastaanottava UART siirtää datapaketin rinnakkain vastaanottopään dataväylän kanssa:

Vaihe 6: Kuva UART: n toiminnasta

Vaihe 7:

UART -lähetetyt tiedot on järjestetty paketeiksi. Jokainen paketti sisältää 1 aloitusbitin, 5 - 9 databittiä (UART: sta riippuen), valinnaisen pariteettibitin ja 1 tai 2 pysäytysbittiä:

Vaihe 8: UART -lähetetyt tiedot järjestetään pakettikuviksi

Vaihe 9:

START BIT

UART -tiedonsiirtolinjaa pidetään normaalisti korkealla jännitetasolla, kun se ei lähetä tietoja. Aloittaakseen tiedonsiirron lähettävä UART vetää siirtolinjan korkealta matalalle yhden kellojakson ajan. Kun vastaanottava UART havaitsee korkean ja matalan jännitteen siirtymisen, se alkaa lukea datakehyksen bittejä baudinopeuden taajuudella.

DATAKEHYS

Tietokehys sisältää siirrettävät tiedot. Se voi olla 5 bittiä enintään 8 bittiä pitkä, jos käytetään pariteettibittiä. Jos pariteettibittiä ei käytetä, datakehys voi olla 9 bittiä pitkä. Useimmissa tapauksissa tiedot lähetetään vähiten merkitsevällä bitillä ensin.

PARITY

Pariteetti kuvaa luvun tasaisuutta tai parittomuutta. Pariteettibitti on tapa vastaanottavalle UART: lle kertoa, onko data muuttunut lähetyksen aikana. Bittejä voidaan vaihtaa sähkömagneettisen säteilyn, tiedonsiirtonopeuden tai etäyhteyden vuoksi. Kun vastaanottava UART on lukenut datakehyksen, se laskee bittien määrän arvolla 1 ja tarkistaa, onko summa parillinen vai pariton. Jos pariteettibitti on 0 (parillinen pariteetti), tietokehyksen 1 bitin tulee olla parillinen luku. Jos pariteettibitti on 1 (pariton pariteetti), tietokehyksen 1 bitin tulee olla pariton luku. Kun pariteettibitti vastaa dataa, UART tietää, että lähetys oli virheetön. Mutta jos pariteettibitti on 0 ja summa on pariton; tai pariteettibitti on 1 ja summa on parillinen, UART tietää, että datakehyksen bitit ovat muuttuneet.

STOP BITS

o signaali datapaketin päättymisestä, lähettävä UART ajaa tiedonsiirtolinjan matalasta jännitteestä korkeaan jännitteeseen vähintään kahden bitin ajan.

Vaihe 10: UART -LÄHETYKSEN VAIHEET

1. Lähettävä UART vastaanottaa dataa rinnakkain dataväylältä:

Vaihe 11: Kuvan lähettäminen UART vastaanottaa tietoja rinnakkain tietoväylältä

Vaihe 12: 2. Lähettävä UART lisää aloitus-, pariteetti- ja lopetusbitit tietokehykseen:

Vaihe 13: 3. Koko paketti lähetetään sarjassa lähettävästä UART: sta vastaanottavaan UART: iin. Vastaanottava UART-näytteet tietolinjasta esiasetetulla Baud-nopeudella:

Vaihe 14: 4. Vastaanottava UART hylkää aloitus-, pariteetti- ja lopetusbitin datakehyksestä:

Vaihe 15: 5. Vastaanottava UART muuntaa sarjatiedot rinnakkaisiksi ja siirtää ne vastaanottopäässä olevaan tietoväylään:

Vaihe 16: UARTSIN EDUT JA HAITAT

Mikään viestintäprotokolla ei ole täydellinen, mutta UART -laitteet ovat melko hyviä siinä, mitä he tekevät. Seuraavassa on joitain etuja ja haittoja, joiden avulla voit päättää, sopivatko ne projektisi tarpeisiin:

EDUT

Käyttää vain kahta johtoa Kellosignaalia ei tarvita On pariteettibitti, joka mahdollistaa virheiden tarkistamisen Datapaketin rakennetta voidaan muuttaa, kunhan molemmat puolet on asetettu sille Hyvin dokumentoitu ja laajalti käytetty menetelmä HYÖDYT

Datakehyksen koko on rajoitettu enintään 9 bittiin. Ei tue useita orja- tai isäntäjärjestelmiä. Kunkin UART -siirtonopeuden on oltava 10%: n sisällä toisistaan. Jatka tämän sarjan kolmanteen osaan, Perusteet I2C Communication Protocol oppia toisesta tavasta, jolla elektroniset laitteet kommunikoivat. Tai jos et ole jo tehnyt sitä, tutustu osaan SPI Communication Protocolin perusteet.

Ja kuten aina, kerro minulle kommenteissa, jos sinulla on kysyttävää tai muuta lisättävää! Jos pidit tästä artikkelista ja haluat nähdä enemmän sen kaltaisia, muista seurata

Terveiset

M. Junaid