Denken Sie daran, wann die Drucker, Mäuse und Modems hattendicke Kabel mit diesen riesigen ungeschickten Anschlüssen? Diejenigen, die buchstäblich in den Computer geschraubt werden mussten? Nur wenige wissen, dass diese UART-Komponenten für die Kommunikation mit Ihrem Computer verwendet wurden. Fast vollständig ersetzt diese alten Kabel und Stecker mit USB-Technologie. Die in diesem Artikel beschriebenen UART-Schnittstellen gehören nicht mehr der Vergangenheit an. Sie werden in vielen DIY-Elektronikprojekten verwendet, um GPS-, Bluetooth- und RFID-Kartenleser mit Pi, Arduino oder anderen Mikrocontrollern zu verbinden.
UART-Schnittstelle: Beschreibung
UART steht für universal asynchronEmpfänger / Sender. Dies ist kein Kommunikationsprotokoll wie SPI und I2C, sondern eine physikalische Schaltung im Mikrocontroller. Der Hauptzweck besteht darin, Informationen zu senden und zu empfangen. Eine der besten Errungenschaften der Technologie ist, dass sie nur zwei Drähte verwendet.
Die UART-Schnittstelle ist zwei Geräte, diemiteinander kommunizieren. Die Sendequelle wandelt die Information von der Steuereinrichtung, wie beispielsweise CPU, in den Serialisieren überträgt sie nacheinander an den Empfang UART, die die Werte an die Empfangseinrichtung umwandelt. Für die Übertragung von Informationen zwischen zwei Geräten erfordern nur zwei Adern.
Einführung in die UART-Kommunikation
UART RS485 sendent Daten asynchron, das heißt neinSignal zum Synchronisieren der Ausgabe der Bits von der sendenden Vorrichtung zu dem Empfänger. Anstelle des Taktsignals addiert der sendende UART die Start- und Endbits des übertragenen Pakets. Diese Parameter bestimmen Anfang und Ende des Dokuments.
Wenn der empfangende UART einen Start feststelltBit beginnt es die eingehenden Bits mit einer bestimmten Frequenz zu lesen, die als Übertragungsrate bekannt ist. Die Datenübertragungsrate ist ein Maß für die Geschwindigkeit, ausgedrückt in einer Maßeinheit, Bit / s. Beide Geräte müssen ungefähr mit der gleichen Übertragungsrate arbeiten. Die Übertragungsrate zwischen den sendenden und empfangenden Geräten kann um 10% abweichen.
Beide Geräte müssen auch so konfiguriert sein, dass sie dieselbe Paketstruktur übertragen und empfangen.
UART - was ist das und wie funktioniert es?
UART, die Informationen übertragen wird,empfängt es vom Datenbus. Es wird verwendet, um Informationen an ein anderes Gerät wie einen Prozessor, Speicher oder Mikrocontroller zu senden. Nachdem der sendende UART parallele Daten von dem Datenbus empfangen hat, fügt er ein Bit von Start-, Paritäts- und Stoppbits hinzu, wodurch ein Datenpaket erzeugt wird. Dann wird das Paket in Teilen nacheinander angezeigt. Der empfangende UART liest das Datenbit an seinen Ausgang. Der empfangende UART konvertiert die Information zurück in eine parallele Form, entfernt das Startbit und Stopbits. Schließlich sendet der empfangende UART das Datenpaket auf der Empfangsseite parallel zum Datenbus.
Die Übertragungsleitung wird normalerweise auf einem hohen Pegel gehaltenSpannungspegel, wenn keine Informationen übertragen werden. Um die Datenübertragung zu starten, zieht der übertragende UART die Übertragungsleitung für einen Taktzyklus von hoch nach niedrig. Wenn der empfangende UART einen Übergang von hoch zu niedrig erkennt, beginnt er die Bits im Datenrahmen mit einer Baudrate zu lesen.
Technische Merkmale
Das grundlegende UART-System bietet eine zuverlässige,mäßige Geschwindigkeit, Vollduplex-Kommunikation mit drei Signalen: Tx (übertragene serielle Daten), Rx (empfangene serielle Daten) und Masse. Im Gegensatz zu anderen Protokollen wie SPI und I2C wird kein Taktsignal benötigt, da der Benutzer der UART-Hardware die notwendige Zeitinformation zur Verfügung stellt.
Ein typisches Datensignal in der UART-SchnittstellenbeschreibungIst einfach eine Spannung, die zwischen einem logisch niedrigen und einem logisch hohen Wert liegt. Der Empfänger kann diese logischen Zustände nur dann korrekt in digitale Daten umwandeln, wenn er weiß, wann er das Signal versuchen soll. Dies kann leicht unter Verwendung eines separaten Taktsignals erfolgen. Zum Beispiel aktualisiert der Sender das Datensignal an jeder Kante der Vorderseite, und dann tastet der Empfänger die Daten an jeder hinteren Kante ab.
Schlüsselbegriffe
Das Startbit ist das erste Bit einer Single-Byte-Übertragung.Dies zeigt an, dass die Datenleitung den Ruhezustand verlässt. Der Leerlaufzustand hat normalerweise eine logische Höhe, daher ist das Startbit logisch niedrig.
Das Startbit ist das Bit der Serviceinformation. Dies bedeutet, dass es die Kommunikation zwischen dem Empfänger und dem Sender erleichtert, aber keine aussagekräftigen Daten überträgt.
Das Stoppbit ist das letzte Bit einer Ein-Byte-Übertragung. Seine logische Ebene ist die gleiche wie der Ruhezustand des Signals, dh das logische Maximum.
Schritt-für-Schritt-Verfahren
Um die Vervollständigung eines Datenpakets zu signalisieren, verbindet der sendende UART eine Datenverbindung von einer niedrigen Spannung für zwei Bits mit einer hohen Spannung.
Beschreibung der UART-Schnittstelle:
Der sendende UART empfängt Daten parallel von dem Datenbus und fügt dem Datenrahmen das Startbit, Paritätsbit und Stoppbits (s) hinzu.
Das gesamte Paket wird sequentiell vom sendenden zum empfangenden UART gesendet, der die Datenleitung mit der vorkonfigurierten Datenrate abtastet.
Der empfangende UART verwirft das Startbit, ein Paritätsbit und ein Stoppbit des Datenrahmens, wandelt die seriellen Daten zurück in parallele füttert sie mit einem Datenbus auf der Empfangsseite.
Konvertiert empfangene Bytes vom Computer über parallele Schaltungen in einen seriellen Bitstrom für ausgehende Übertragung.
Wenn eine eingehende Übertragung einen seriellen Bitstrom in Bytes konvertiert, die der Computer verarbeitet.
Fügt ein Paritätsbit (falls ausgewählt) von ausgehenden Übertragungen hinzu, prüft die Parität eingehender Bytes (falls ausgewählt), verwirft das Paritätsbit.
Fügt Start und Ende Trennzeichen von ausgehenden, entfernt sie von eingehenden Übertragungen.
Vor- und Nachteile
Das Kommunikationsprotokoll ist nicht perfekt, aber UART ist ziemlich gut darin, was sie tun. Hier einige Vor- und Nachteile, anhand derer Sie entscheiden können, ob sie die Anforderungen Ihres Projekts erfüllen:
Vorteile:
Es werden nur zwei Drähte verwendet.
Kein Sync-Signal.
Hat ein Paritätsbit zur Fehlerprüfung.
Die Struktur des Datenpakets kann geändert werden, wenn beide Seiten dafür konfiguriert sind.
Gut dokumentierte und weit verbreitete Methode.
Nachteile:
Die Größe des Datenrahmens ist auf maximal 9 Bits begrenzt.
Unterstützt mehrere untergeordnete oder mehrere Master-Systeme nicht.
Darüber hinaus sollte die Datenübertragungsrate von jedem UART-Interface Arduino innerhalb von 10% voneinander sein.
