יסודות תקשורת UART: 16 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

זוכרים שכאשר למדפסות, עכברים ומודמים היו כבלים עבים עם המחברים הענקים האלה? אלה שממש היה צריך להבריג אותם במחשב שלך? מכשירים אלה כנראה השתמשו ב- UART כדי לתקשר עם המחשב שלך. USB אמנם החליף כמעט לחלוטין את הכבלים והמחברים הישנים האלה, אך UART הם בהחלט לא נחלת העבר. תמצא UARTs המשמשים בפרויקטים רבים של מוצרי אלקטרוניקה מסוג DIY לחיבור מודולי GPS, מודולי Bluetooth ומודולי קוראי כרטיסי RFID ל- Raspberry Pi, Arduino או למיקרו -בקרים אחרים.

UART מייצג מקלט/משדר אוניברסלי אוניברסלי. זה לא פרוטוקול תקשורת כמו SPI ו- I2C, אלא מעגל פיזי במיקרו-בקר, או IC עצמאי. המטרה העיקרית של UART היא שידור וקבלה של נתונים סדרתיים.

אחד הדברים הטובים ביותר ב- UART הוא שהיא משתמשת רק בשני חוטים להעברת נתונים בין מכשירים. העקרונות מאחורי UART קלים להבנה, אך אם לא קראת את חלק ראשון בסדרה זו, יסודות פרוטוקול התקשורת SPI, זה עשוי להיות מקום טוב להתחיל בו.

שלב 1: מבוא לתקשורת UART

בתקשורת UART שני UART מתקשרים ישירות זה עם זה. ה- UART המשדר ממיר נתונים מקבילים מהתקן שליטה כמו מעבד לצורה טורית, מעביר אותם באופן סדרתי ל- UART המקבל, ולאחר מכן ממיר את הנתונים הטוריים בחזרה לנתונים מקבילים למכשיר המקבל. יש צורך רק בשני חוטים להעברת נתונים בין שני UART. הנתונים זורמים מהפין Tx של ה- UART המשדר אל סיכת ה- Rx של ה- UART המקבל:

שלב 2: זרימת נתונים מפין ה- Tx של ה- UART המשדר אל פין ה- Rx של ה- UART המקבל:

שלב 3:

UART מעבירים נתונים באופן אסינכרוני, כלומר אין אות שעון לסנכרן את פלט הביטים מה- UART המשדר לדגימת הביטים על ידי ה- UART המקבל. במקום אות שעון, ה- UART המשדר מוסיף סיביות התחלה ועצירה לחבילת הנתונים המועברת. סיביות אלה מגדירות את ההתחלה ואת הסוף של חבילת הנתונים כך שה- UART המקבל יודע מתי להתחיל לקרוא את הביטים.

כאשר ה- UART המקבל מזהה ביט התחלה, הוא מתחיל לקרוא את הביטים הנכנסים בתדר ספציפי המכונה קצב השידור. קצב שידור הוא מדד למהירות העברת הנתונים, המתבטאת בביטים לשנייה (bps). שני UART חייבים לפעול בערך באותו קצב שידור. קצב השידור בין ה- UARTs המשדרים והקולטיים יכול להשתנות רק בכ -10% לפני שתזמון הביטים יתרחק מדי.

שלב 4:

יש גם להגדיר את שני ה- UART לשדר ולקבל את אותו מבנה מנות הנתונים.

שלב 5: כיצד UART עובד

ה- UART שעומד להעביר נתונים מקבל את הנתונים מאוטובוס נתונים. אוטובוס הנתונים משמש לשליחת נתונים ל- UART על ידי התקן אחר כמו מעבד, זיכרון או מיקרו -בקר. הנתונים מועברים מאוטובוס הנתונים ל- UART המשדר בצורה מקבילה. לאחר שה- UART המשדר מקבל את הנתונים המקבילים מאוטובוס הנתונים, הוא מוסיף ביט התחלה, סיביות זוגיות ועצירה, ויוצר את חבילת הנתונים. לאחר מכן, חבילת הנתונים מופקת באופן סדרתי, טיפין טיפין לפין ה- Tx. ה- UART המקבל קורא את חבילת הנתונים טיפין טיפין לפין ה- Rx שלו. לאחר מכן ה- UART המקבל ממיר את הנתונים בחזרה לצורה מקבילה ומסיר את סיביות ההתחלה, סיביות השוויון והעצירה. לבסוף, ה- UART המקבל מעביר את חבילת הנתונים במקביל לאוטובוס הנתונים בקצה המקבל:

שלב 6: תמונה כיצד UART פועל

שלב 7:

הנתונים המועברים על ידי UART מאורגנים לחבילות. כל מנה מכילה ביט התחלה אחד, 5 עד 9 סיביות נתונים (תלוי ב- UART), סיביות זוגיות אופציונלית וסיביות עצירה אחת או 2:

שלב 8: הנתונים המועברים ב- UART מאורגנים לתמונת מנות

שלב 9:

התחל ביס

קו העברת הנתונים של UART מוחזק בדרך כלל ברמת מתח גבוהה כאשר הוא אינו מעביר נתונים. כדי להתחיל בהעברת הנתונים, ה- UART המשדר מושך את קו השידור מגבוה לנמוך במשך מחזור שעון אחד. כאשר ה- UART המקבל מזהה את המעבר במתח גבוה לנמוך, הוא מתחיל לקרוא את הביטים במסגרת הנתונים בתדירות קצב השידור.

מסגרת נתונים

מסגרת הנתונים מכילה את הנתונים המועברים בפועל. זה יכול להיות באורך של 5 סיביות עד 8 סיביות אם משתמשים בביט שוויוני. אם לא נעשה שימוש בסיביות זוגיות, מסגרת הנתונים יכולה להיות באורך של 9 סיביות. ברוב המקרים, הנתונים נשלחים עם הסיביות הפחות משמעותיות תחילה.

שִׁוּוּי

זוגיות מתארת את השוויון או המוזרות של מספר. סיביות השוויון היא דרך ל- UART המקבל לדעת אם הנתונים השתנו במהלך השידור. ניתן לשנות את הביטים באמצעות קרינה אלקטרומגנטית, שיעורי שידור לא תואמים או העברות נתונים למרחקים ארוכים. לאחר שה- UART המקבל קורא את מסגרת הנתונים, הוא סופר את מספר הביטים בערך 1 ובודק אם הסכום הוא מספר זוגי או אי -זוגי. אם סיביות הזוגיות היא 0 (זוגיות זוגית), סיביות 1 במסגרת הנתונים צריכות להסתכם במספר זוגי. אם סיביות הזוגיות היא 1 (זוגיות אי זוגית), סיביות 1 במסגרת הנתונים צריכות להסתכם במספר אי זוגי. כאשר סיביות השוויון תואמת את הנתונים, ה- UART יודע שהשידור היה נטול טעויות. אבל אם סיביות השוויון היא 0, והסיכום מוזר; או שסיביות השוויון היא 1, והסיכום שווה, ה- UART יודע שסיביות במסגרת הנתונים השתנו.

עצור ביסים

o לאותת לסוף חבילת הנתונים, ה- UART השולח מניע את קו העברת הנתונים ממתח נמוך למתח גבוה למשך משני ביט ביט לפחות.

שלב 10: שלבי העברת UART

1. ה- UART המשדר מקבל נתונים במקביל מאוטובוס הנתונים:

שלב 11: העברת תמונות UART מקבלת נתונים במקביל מאוטובוס הנתונים

שלב 12: 2. ה- UART המשדר מוסיף את סיביות ההתחלה, סיביות הזוגיות וסיביות העצירה למסגרת הנתונים:

שלב 13: 3. החבילה כולה נשלחת באופן סדרתי מה- UART המשדר אל ה- UART המקבל. ה- UART המקבל מדגם את קו הנתונים בקצב השידור שהוגדר מראש:

שלב 14: 4. ה- UART המקבל מבטל את סיביות ההתחלה, סיביות הזוגיות והעצירה ממסגרת הנתונים:

שלב 15: 5. ה- UART המקבל ממיר את הנתונים הטוריים חזרה במקביל ומעביר אותם לאוטובוס הנתונים בקצה המקבל:

שלב 16: יתרונות ויתרונות UARTS

אף פרוטוקול תקשורת אינו מושלם, אך UARTs די טובים במה שהם עושים. להלן כמה יתרונות וחסרונות שיעזרו לך להחליט אם הם מתאימים לצרכי הפרויקט שלך או לא:

יתרונות

משתמש רק בשני חוטים אין צורך בשום שעון. יש סיביות שיוויות המאפשרות בדיקת שגיאות ניתן לשנות את מבנה חבילת הנתונים כל עוד שני הצדדים מוגדרים עבורה שיטה מתועדת ונמצאת בשימוש נרחב יתרונות

גודל מסגרת הנתונים מוגבל לכל היותר 9 סיביות אינו תומך במספר עבדים או מערכות מאסטר מרובות שיעורי השידור של כל UART חייבים להיות בטווח של 10% אחד מהשני המשך לחלק השלישי בסדרה זו, יסודות ה- פרוטוקול תקשורת I2C כדי ללמוד על דרך אחרת של התקשורת האלקטרונית. או אם עדיין לא עשית זאת, עיין בחלק הראשון, יסודות פרוטוקול התקשורת SPI.

וכמו תמיד, הודע לי בתגובות אם יש לך שאלות או משהו נוסף להוסיף! אם אהבת את המאמר הזה ורוצה לראות עוד דומים לו, הקפד לעקוב

בברכה

מ 'ג'ונאיד