Muista, milloin tulostimet, hiiret ja modeemit olivatpaksu kaapelit näiden valtavien hankalia liittimiä? Ne, jotka kirjaimellisesti oli ruuvaamalla tietokoneeseen? Harvat ihmiset tietävät, että näitä UART-komponentteja käytetään kommunikoimaan tietokoneen kanssa. Lähes kokonaan korvasi nämä vanhat kaapelit ja liittimet USB-tekniikalla. Tässä artikkelissa kuvatut UART-rajapinnat eivät ole menneisyydessä. Niitä käytetään monissa DIY-elektroniikkaprojekteissa GPS-, Bluetooth- ja RFID-kortinlukijoiden liittämiseen Pi, Arduinoon tai muuhun mikrokontrolleriin.
UART-liitäntä: kuvaus
UART tarkoittaa universaalia asynkronistavastaanotin / lähetin. Tämä ei ole kommunikaatioprotokolla, kuten SPI ja I2C, mutta mikrokontrollerin fyysinen piiri. Tärkein tarkoitus on lähettää ja vastaanottaa tietoja. Yksi tekniikan parhaista saavutuksista on, että se käyttää vain kahta johdinta.
UART-käyttöliittymä on kaksi laitetta, jotkakommunikoida keskenään. Lähetyslähde muuntaa informaation ohjauslaitteesta, kuten keskusyksiköstä, sarjamuotoiseksi, lähettää sen peräkkäisessä järjestyksessä vastaanottavalle UART: lle, joka muuntaa arvot vastaanottavalle laitteelle. Tietojen siirtämiseksi kahden laitteen välillä tarvitaan vain kaksi johdinta.
Johdatus UART-viestintään
UART RS485 lähettäät dataa asynkronisesti, mikä tarkoittaa eisignaali synkronoi bittien ulostulon lähettävältä laitteelta vastaanottimeen. Kellosignaalin sijaan lähettävä UART lisää lähetetyn paketin alku- ja loppupisteet. Nämä parametrit määrittävät asiakirjan alun ja lopun.
Kun vastaanottava UART havaitsee alkavanbittinen, se alkaa lukea tulevia bittejä tietyllä taajuudella, jota kutsutaan lähetysnopeudeksi. Tiedonsiirtonopeus on mittayksikössä ilmaistu nopeus, bitti / s. Molempien laitteiden on toimittava suunnilleen samalla lähetysnopeudella. Lähetys- ja vastaanottolaitteiden välinen lähetysnopeus voi poiketa 10%.
Molemmat laitteet on myös määritettävä lähettämään ja vastaanottamaan sama pakettirakenne.
UART - mikä tämä on ja miten se toimii?
UART, joka aikoo lähettää tietoja,vastaanottaa sen dataväylältä. Sitä käytetään tietojen lähettämiseen toiselle laitteelle, kuten prosessorille, muistille tai mikro-ohjaimelle. Sen jälkeen, kun lähettävä UART vastaanottaa rinnakkaisia tietoja dataväylästä, se lisää hieman aloitus-, pariteetti- ja pysäytysbittiä datapaketin luomiseksi. Sitten paketti näytetään peräkkäin osina. Vastaanottava UART lukee datatietueen sen lähtöön. Vastaanottava UART muuntaa tiedot takaisin rinnakkaiseen muotoon, poistaa aloitusbitin ja lopettaa bittiä. Lopuksi vastaanottava UART lähettää datapaketin rinnakkain dataväylän kanssa vastaanottavassa päässä.
Lähetyslinjaa pidetään tavallisesti korkeanakun se ei välitä tietoja. Datan siirron aloittamiseksi lähettävä UART vetää siirtolinjan korkealta matalaan yhden kellojakson ajan. Kun vastaanottava UART havaitsee suuren tai matalan jännitteen siirtymän, se alkaa lukea databitteissä olevat bitit baudinopeudella.
Tekniset ominaisuudet
Perus UART-järjestelmä tarjoaa luotettavan,kohtalainen nopeus, täyden duplex-tiedonsiirto kolmella signaalilla: Tx (lähetetty sarjadata), Rx (vastaanotettu sarjadata) ja maa. Toisin kuin muut protokollat, kuten SPI ja I2C, kellosignaalia ei tarvita, koska käyttäjä antaa UART-laitteistolle tarvittavat aikatiedot.
Tyypillinen datasignaali UART-rajapinnan kuvauksessaOn yksinkertaisesti jännite, joka kulkee logiikan alhaisen ja loogisen korkean arvon välillä. Vastaanotin pystyy muuntamaan nämä loogiset tilat oikein digitaalisiksi tiedoiksi vain, jos se tietää, milloin signaali yrittää. Tämä voidaan tehdä helposti erillisellä kellosignaalilla. Esimerkiksi lähetin päivittää datasignaalin etureunan molemmille reunoille ja sitten vastaanotin näyttää tiedot kustakin takareunasta.
Tärkeimmät ehdot
Aloitusbitti on yksitavuisen lähetyksen ensimmäinen bitti.Tämä ilmaisee, että datarivi poistuu valmiustilasta. Idle-tilassa on yleensä looginen korkeus, joten aloitusbitti on loogisesti alhainen.
Aloitusbitti on palvelutietojen pientä. Tämä tarkoittaa sitä, että se helpottaa vastaanottajan ja lähettimen välistä tiedonsiirtoa, mutta ei välitä mielekkäämiä tietoja.
Pysäytysbitti on yksibittisen siirron viimeinen bitti. Sen looginen taso on sama kuin signaalin joutokäynti, eli looginen maksimi.
Vaiheittainen menettely
Datapaketin loppuun saattamisen lähettämiseksi lähettävä UART yhdistää datayhteyden matalajännitteestä korkeaan jännitteeseen kahden bittiä kohden.
UART-rajapinnan kuvaus:
Lähettävä UART vastaanottaa dataa rinnakkain dataväylästä ja lisää aloitusbittiä, pariteettibittiä ja pysäytysbittiä datakehykseen.
Koko paketti lähetetään peräkkäin lähettävästä vastaanottavasta UART: stä, joka näyttää datajohdon ennalta konfiguroidulla datanopeudella.
Vastaanottava UART hävittää aloitusbittin, paritebitin ja pysäytysbitin datakehyksestä, muuntaa sarjadatan takaisin rinnakkain ja lähettää sen dataväylälle vastaanottavalla puolella.
Muuntaa vastaanotetut tavut tietokoneesta rinnakkaispiirejä yhdeksi sarjamuotoiseksi bitstreamiksi lähtevälle lähetykselle.
Kun saapuva lähetys muuntaa sarjamuotoisen bittivirran tavaroihin, joita tietokone käsittelee.
Lisää pariteettibittiä (jos se on valittu) lähtevistä lähetyksistä, tarkistaa tulevien tavujen pariteetin (jos valittu), hävittää pariteettibitin.
Lisää lähtevien poistojen alku- ja loppurajoitimet, poistaa ne tulevista siirroista.
Edut ja haitat
Viestintäprotokolla ei ole täydellistä, mutta UART on melko hyvä siinä, mitä he tekevät. Tässä on joitain etuja ja haittoja, jotka auttavat ratkaisemaan, vastaavatko ne projektin tarpeisiin:
etuja:
Vain kaksi johdinta käytetään.
Ei synkronointisignaalia.
Pariteettibittillä on virhetarkistus.
Datapaketin rakennetta voidaan muuttaa, jos molemmat puolet on määritetty sille.
Hyvin dokumentoidut ja laajalti käytetyt menetelmät.
haittoja:
Datakehyksen koko rajoitetaan enintään 9 bittiin.
Ei tue useita alistettuja tai useita pääjärjestelmää.
Lisäksi jokaisen UART-rajapinnan Arduino-datansiirtonopeuden pitäisi olla 10% toisistaan.
