Интерфейс uart. Понимание UART: универсальный асинхронный приемопередатчик в электронике

Что такое UART и как он работает. Каковы особенности протокола UART. Где применяется UART в современной электронике. Преимущества и недостатки UART по сравнению с другими интерфейсами.

Что такое UART и как он работает

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) — это универсальный асинхронный приемопередатчик, широко используемый в электронике для последовательной передачи данных. UART представляет собой аппаратный компонент, который может быть как отдельной микросхемой, так и частью микроконтроллера.

Основные особенности работы UART:

• Асинхронная передача данных (без общего тактового сигнала)
• Использование всего двух линий для двусторонней связи — TX (передача) и RX (прием)
• Передача данных побитово в виде кадров фиксированной структуры
• Наличие стартового и стопового битов в каждом кадре для синхронизации
• Возможность настройки параметров передачи (скорость, количество бит данных и др.)

Структура кадра данных UART

Типичный кадр данных UART имеет следующую структуру:

1. Стартовый бит (всегда 0) — сигнализирует о начале передачи
2. Биты данных (5-9 бит) — полезная нагрузка
3. Бит четности (опционально) — для контроля ошибок
4. Стоповые биты (1-2) — сигнализируют об окончании передачи

Такая структура позволяет приемнику корректно определять начало и конец передачи каждого байта данных. Стартовый и стоповые биты обеспечивают синхронизацию устройств без использования общего тактового сигнала.

Где применяется интерфейс UART

Несмотря на появление более современных интерфейсов, UART по-прежнему широко используется в электронике благодаря своей простоте и универсальности. Основные области применения UART:

• Связь микроконтроллеров с периферийными устройствами
• Отладка встраиваемых систем (вывод отладочной информации)
• Подключение различных модулей (GPS, Bluetooth, WiFi и др.)
• Программирование микроконтроллеров
• Организация связи между электронными устройствами

UART часто используется в качестве базового протокола для реализации других стандартов, например RS-232, RS-485.

Преимущества использования UART

Интерфейс UART обладает рядом преимуществ, обусловивших его широкое распространение:

• Простота реализации и использования
• Минимальное количество линий связи (всего 2)
• Не требуется тактовый сигнал
• Гибкие настройки параметров передачи
• Возможность обнаружения ошибок (бит четности)
• Низкая стоимость реализации
• Хорошая помехоустойчивость на коротких расстояниях

Эти преимущества делают UART отличным выбором для многих приложений, особенно когда не требуется высокая скорость передачи данных.

Недостатки и ограничения UART

Несмотря на преимущества, у UART есть ряд ограничений:

• Относительно низкая скорость передачи данных
• Ограниченная дальность связи
• Отсутствие встроенной адресации устройств
• Невозможность создания шины с несколькими устройствами
• Необходимость точной настройки скорости на обоих устройствах
• Отсутствие встроенного управления потоком данных

Эти ограничения делают UART менее подходящим для высокоскоростных или сложных систем связи, где лучше использовать такие интерфейсы как SPI, I2C или более современные стандарты.

Сравнение UART с другими интерфейсами

Чтобы лучше понять место UART среди других интерфейсов, сравним его с популярными альтернативами:

UART vs SPI

• SPI быстрее, но требует больше линий связи
• SPI поддерживает несколько ведомых устройств, UART — нет
• UART проще в реализации и дешевле
• SPI синхронный, UART асинхронный

UART vs I2C

• I2C поддерживает адресацию устройств, UART — нет
• I2C использует 2 линии для многоточечного соединения, UART — 2 линии только для точка-точка
• UART обычно быстрее I2C на низких скоростях
• I2C имеет встроенное управление потоком данных

Настройка и использование UART

Для корректной работы UART необходимо правильно настроить параметры передачи на обоих устройствах. Основные параметры, требующие настройки:

• Скорость передачи (бод) — обычно от 9600 до 115200 бод
• Количество бит данных (5-9, обычно 8)
• Количество стоповых битов (1-2)
• Наличие и тип бита четности
• Управление потоком (при необходимости)

При правильной настройке этих параметров обеспечивается надежная передача данных между устройствами по интерфейсу UART.

Заключение

UART остается важным и широко используемым интерфейсом в современной электронике благодаря своей простоте, универсальности и низкой стоимости реализации. Несмотря на ограничения в скорости и функциональности, UART отлично подходит для многих задач, особенно в области встраиваемых систем и IoT-устройств.

Понимание принципов работы UART, его преимуществ и ограничений позволяет разработчикам электронных устройств эффективно использовать этот интерфейс в своих проектах, выбирая его там, где его простота и надежность перевешивают недостатки.

UART ПРОТОКОЛ: ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

UART (Universal Asynchronous Transmitter Receiver) это наиболее распространенный протокол, используемый для полнодуплексной последовательной связи. Устройство отправляет и получает данные из одной системы в другую. В этом мануале мы подробно изучим основы связи и работу протокола UART, подробное описание интерфейса и распиновку разъёмов..

Что такое UART

UART означает универсальный асинхронный приемник-передатчик. Это периферийное оборудование, которое находится внутри микроконтроллера. Функция UART заключается в преобразовании входящих и исходящих данных в последовательный двоичный поток. Восьмибитные последовательные данные, полученные от периферийного устройства, преобразуются в параллельную форму с использованием последовательного преобразования в параллельное, а параллельные данные, полученные от ЦП, преобразуются с помощью преобразования из последовательного в параллельный. Эти данные представлены в модулирующей форме и передаются с определенной скоростью передачи.

Почему используют UART

Для быстрой связи используются такие протоколы, как SPI (последовательный периферийный интерфейс) и USB (универсальная последовательная шина). Но когда высокоскоростная передача данных не требуется, применяют протокол UART. Это дешевое устройство связи с одним передатчиком и приемником. Тут требуется лишь один провод для передачи данных и один для приема. О конвертере USB-ART прочитайте по ссылке.

Его можно подключить к персональному компьютеру с помощью преобразователя RS232-TTL или USB-TTL. Сходство между RS232 и UART заключается в том, что им обоим не нужен таймер для передачи и приема данных. Кадр UART состоит из 1 стартового бита, 1 или 2 стоповых битов и бита четности для последовательной передачи данных.

Блок-схема UART

UART состоит из следующих основных компонентов: передатчик и приемник. Передатчик состоит из регистра удержания передачи, регистра сдвига передачи и логики управления. Точно так же приемник состоит из регистра удержания приема, регистра сдвига приемника и логики управления.

Обычно и передатчик, и приемник снабжены генератором скорости передачи данных.

Генератор скорости передачи данных формирует скорость, с которой передатчик и приемник должны отправлять и получать данные. Регистр удержания передачи содержит передаваемый байт данных. Регистр сдвига передачи и регистр сдвига приемника сдвигают биты влево или вправо, пока байт данных не будет отправлен или получен.

В дополнение к этому, предусмотрена логика управления чтением или записью, указывающая когда читать и записывать. Генератор скорости передачи данных формирует скорости в диапазоне от 110 бит / с до 230400. В большинстве случаев микроконтроллеры предлагают более высокие скорости передачи, такие как 115200 и 57600 бит / с, но такие устройства как GPS и GSM, используют более низкую скорость в 4800 и 9600 бод.

Как работает UART

Передатчик и приемник используют стартовый бит, стоповый бит и параметры синхронизации для взаимодействия друг с другом. Исходные данные находятся в параллельной форме. Например есть 4-х битные данные, и чтобы преобразовать их в последовательную форму нужен преобразователь из параллельного в последовательный. Обычно для проектирования преобразователей используются D-триггеры.

D-триггер, также известный как триггер данных, сдвигает один бит со стороны входа на сторону выхода только тогда, когда таймер изменяет переход из высокого состояния в низкое или из низкого состояния в высокое. Точно так же, если надо передать 4 бита данных, понадобится 4 триггера.

• D – входные данные.
• CLK – тактовые импульсы.
• Q – выходные данные.

Теперь спроектируем преобразователь из параллельного в последовательный и из последовательного в параллельный.

Параллельное преобразование в последовательное

Шаг 1: Возьмем 4 триггера. Количество триггеров эквивалентно количеству передаваемых битов. Точно так же поставим мультиплексоры перед каждым триггером, но исключая первый. Установлен мультиплексор для объединения данных и преобразования их в последовательные биты. Он имеет два входа: один параллельный бит данных, а другой – от предыдущего триггера.

Шаг 2: Теперь загружаем данные за раз в D-триггеры. Он будет извлекать параллельные данные и перемещать последний бит последнего триггера – четвёртый, затем третий бит, второй и, наконец, первый бит. Теперь для преобразования параллельных данных в последовательную форму используется другой преобразователь.

Последовательное преобразование в параллельное

Шаг 1: Возьмем 4 триггера. Количество триггеров совпадает с количеством передаваемых битов.

Шаг 2: Сначала отключим параллельную шину. Не включаем пока не будут загружены все биты. Сохраним данные на входе первого триггера. Теперь установим высокий уровень тактовой частоты, это сдвинет младший бит на вход второго триггера и выход первого. Точно так же сдвинем все биты один за другим, сделав тактовый импульс высоким. Преобразователь находится в состоянии удержания до тех пор, пока все биты не будут переданы на выход.

Шаг 3: Теперь каждый триггер содержит один бит последовательных данных. Пока все биты передаются на выход триггера, активируем шину. Это заставит конвертер отправлять все биты за раз.

Формат протокола UART

Начинается связь со стартовым битом «0». Стартовый бит инициирует передачу последовательных данных, а стоповый бит завершает транзакцию данных.

Он также имеет бит четности (четный или нечетный). Бит четности представлен как «0» (четное количество единиц), а бит нечетной четности представлен как «1» (нечетное количество).

Передача данных

Передача данных осуществляется по одной линии передачи (TxD). Здесь «0» рассматривается как пробел, а «1» – как состояние отметки.

Передатчик отправляет по одному биту за раз. После отправки одного бита отправляется следующий. Таким образом, все биты данных отправляются на приемник с заранее определенной скоростью передачи. При передаче каждого бита будет определенная задержка. Например, чтобы отправить один байт данных со скоростью 9600 бод, каждый бит отправляется с задержкой 108 мкс. Данные добавляются с битом четности. Таким образом для отправки 7 бит требуется 10 бит данных.

При передаче всегда сначала передается LSB (Least Significant Bit – младший значащий бит).

Прием данных

Для приема данных используется приёмная линия RxD.

Пример интерфейса UART

Этот пример демонстрирует взаимодействие ESP8266 UART с MAX232. Микросхема MAX232 питается от источника 5 В, и включает в себя генератор емкостного напряжения для управления напряжением 232 уровня. Она поставляется с двумя передатчиками, также называемыми драйвером (Tin, Tout) и приемниками (Rin и Rout).

Здесь использовался ESP8266 (32-битный микроконтроллер) со встроенным UART. Связь может осуществляться с ESP8266 с использованием AT-команд через преобразователь уровня RS232 в TTL (MAX232). На схеме показано подключение ESP8266 к компьютеру.

Запрашивая действительные AT-команды через ПК, микросхема Wi-Fi ответит подтверждением. Вот шаги для реализации последовательной связи с ПК.

1. Подключить передатчик (TX) ESP8266 к приемнику (RX) преобразователя уровня RS232 в TTL (MAX232) и приемника ПК.
2. Подключить приемник (RX) ESP8266 к TX ПК и RX преобразователя TTL.

Команды ESP8266

Далее показан ответ модуля ESP8266.

UART и USART

USART – это основная форма UART. Технически это не одно и то же, но определение для них одинаково. Это периферийные устройства микроконтроллера, которые преобразуют параллельные данные в последовательные биты и наоборот.

 

UART	USART
Тайминги генерируются внутри микроконтроллера.	Отправляющее устройство сгенерирует тайминг.
Скорость передачи данных низкая.	Скорость передачи данных выше из-за внешних таймингов.
Автономный протокол	Поддерживает несколько протоколов, таких как LIN, RS-485, IrDA, смарт-карта и т. д.
Перед передачей необходимо знать скорость передачи.	Нет необходимости знать скорость передачи заранее.
Подходит для низкоскоростной связи	Подходит для высокоскоростной связи.
Сниженный энергетический след.	Обеспечивает последовательную связь при высоком энергопотреблении

 

Основное различие между UART и USART заключается в том, что UART поддерживает только асинхронную связь, тогда как USART поддерживает как синхронную, так и асинхронную. Вот сравнение между USART и UART:

RS232 и UART

Логические уровни представляют собой уровни рабочего напряжения, которые устройство может выдержать для работы в безопасной зоне. Вот уровни напряжения для RS232 и TTL:

В большинстве случаев уровни RS232 находятся в диапазоне от -12 В до +12 В. Например, значение ASCII для символа «A» в RS232 составляет 65 и 41 в шестнадцатеричном формате. Таким образом, в 8-битном двоичном формате это 0100 0001. Здесь показано представление логических уровней RS232 для ASCII «A».

Логика TTL / CMOS

UART работает по TTL логике.

Первоначально последовательная линия находится в состоянии ожидания, обычно называемом статусом отметки (логическая 1). Теперь передача данных начинается со стартового бита (логический 0). Кроме того, по последовательной линии один за другим отправляются 8 бит данных, причем сначала младший бит LSB (Least significant bit – младший значащий бит). После завершения всей передачи идёт стоповый бит (логическая 1).

Преимущества и недостатки UART

• Преимущество UART в том, что протокол поддерживает полнодуплексную связь по двум проводам. Кроме того, для передачи данных не требуются внешний таймер. Он поддерживает проверку ошибок с помощью бита четности, а длину данных можно легко изменить.
• Основным недостатком является то, что он не поддерживает конфигурацию с несколькими ведомыми или несколькими ведущими устройствами. И размер пакета данных ограничен 9 битами. UART не подходит для сложной последовательной связи при высоком энергопотреблении.

Области применения протокола

Последовательный порт отладки использует драйвер UART для печати данных, поступающих извне. Можем использовать этот протокол для отправки и получения команд на встроенные устройства и от них. Также выполняется связь в GPS, модеме GSM / GPRS, чипах Wi-Fi и других модулях работающих с UART. Используется в доступе к мэйнфрейму для подключения разных компьютеров.

   Форум по ПК

АС7 универсальный преобразователь интерфейсов USB/UART

Обновление товара: 23 февраля, 2023 в 10:47

Устройства связи

ГАРАНТИРОВАНО БЕЗОПАСНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

• Stripe
• Visa Card
• MasterCard
• American Express
• Discover Card
• PayPal

Артикул: as7 Категории: Архив продукции, Устройства связи

• Описание

Описание

ОВЕН АС7 предназначен для взаимного преобразования интерфейсов USB и UART. Позволяет подключать к ПК и программировать устройства: ПР110, НПТ2 и другие устройства поддерживающие интерфейс UART.

Основные отличительные характеристики

• Взаимное преобразование интерфейсов USB и UART.
• Создание виртуального COM – порта.
• Питание от шины USB
• Может заменить устройства ПР-КП20 и НП-КП20.

Список поддерживаемых приборов

• ПР110
• НПТ2
• и др.*

Технические характеристики

Питание
Постоянное напряжение (на шине USB), В	от 4,75 до 5,25
Потребляемая мощность, Вт, не более	0,5
Интерфейс USB
Стандарт интерфейса	USB2. 0
Длина линии связи с внешним устройством, м, не более	1,5
Скорость обмена данными	до 115200 бит/с
Используемые линии передачи данных	D+, D-
Приемо-передатчик UART
Длина линии связи с внешним устройством, м не более	0,3
Количество подключаемых приборов	1
Используемые линии передачи данных	RX, TX
Горячее включение	допускается
Корпус
Габаритные размеры, мм	66×46×22
Степень защиты	IP20
Масса, г, не более	50
Гальваническая изоляция
USB – UART	Отсутствует

Габаритные размеры

Схемы подключения

ВНИМАНИЕ! Одновременное подключение двух приборов к АС7 запрещено!

Схема подключения АС7 к ПР110 и НПТ2 

1 – Комплектный кабель «USB 2. 0 тип А-В, 1,5м»

2 – Комплектный кабель «КС8»

3 – Комплектный кабель «КШ8»

Документация и ПО

Руководство по эксплуатации АС7 (ПР-КП20, НП-КП20)	pdf	1.03 MB
Декларация о соответствии на АС7	zip	1.15 MB
Драйвер АС7	zip	5.5 MB

Основы связи UART

Помните, когда у принтеров, мышей и модемов были толстые кабели с огромными неуклюжими разъемами? Те, которые буквально нужно было вкрутить в ваш компьютер? Эти устройства, вероятно, использовали UART для связи с вашим компьютером. Хотя USB почти полностью заменил эти старые кабели и разъемы, UART определенно не ушли в прошлое. Вы обнаружите, что UART используются во многих проектах электроники DIY для подключения модулей GPS, модулей Bluetooth и модулей чтения карт RFID к вашим Raspberry Pi, Arduino или другим микроконтроллерам.

UART означает универсальный асинхронный приемник/передатчик. Это не протокол связи, такой как SPI и I2C, а физическая схема в микроконтроллере или автономная ИС. Основная цель UART – передавать и получать последовательные данные.

Одна из лучших особенностей UART заключается в том, что он использует только два провода для передачи данных между устройствами. Принципы, лежащие в основе UART, легко понять, но если вы не читали первую часть этой серии, Основы протокола связи SPI, возможно, с нее стоит начать.

Введение в обмен данными по UART

При обмене данными по UART два UART взаимодействуют друг с другом напрямую. Передающий UART преобразует параллельные данные от управляющего устройства, такого как ЦП, в последовательную форму, передает их последовательно на принимающий UART, который затем преобразует последовательные данные обратно в параллельные данные для принимающего устройства. Для передачи данных между двумя UART необходимы только два провода. Данные передаются от вывода Tx передающего UART к выводу Rx принимающего UART:

UART передают данные асинхронно , что означает отсутствие тактового сигнала для синхронизации вывода битов из передающего UART с выборкой битов принимающим UART. Вместо тактового сигнала передающий UART добавляет к передаваемому пакету данных стартовый и стоповый биты. Эти биты определяют начало и конец пакета данных, поэтому принимающий UART знает, когда начинать чтение битов.

Когда принимающий UART обнаруживает начальный бит, он начинает считывать входящие биты с определенной частотой, известной как скорость передачи. Скорость передачи — это скорость передачи данных, выраженная в битах в секунду (бит/с).   Оба UART должны работать с примерно одинаковой скоростью передачи данных. Скорость передачи между передающим и принимающим UART может отличаться только примерно на 10 %, прежде чем синхронизация битов станет слишком большой.

Оба UART также должны быть настроены для передачи и приема одной и той же структуры пакета данных.

Как работает UART

UART, который будет передавать данные, получает данные от шины данных. Шина данных используется для отправки данных в UART другим устройством, таким как ЦП, память или микроконтроллер. Данные передаются с шины данных на передающий UART в параллельной форме. После того, как передающий UART получает параллельные данные с шины данных, он добавляет стартовый бит, бит четности и стоповый бит, создавая пакет данных. Затем пакет данных выводится последовательно, бит за битом на выводе Tx. Принимающий UART считывает пакет данных побитно на своем выводе Rx. Затем принимающий UART преобразует данные обратно в параллельную форму и удаляет стартовый бит, бит четности и стоповые биты. Наконец, принимающий UART передает пакет данных параллельно шине данных на принимающей стороне:

Передаваемые через UART данные организованы в пакетов . Каждый пакет содержит 1 стартовый бит, от 5 до 9 бит данных (в зависимости от UART), необязательный бит четности и 1 или 2 стоповых бита:

Стартовый бит

Линия передачи данных UART обычно поддерживается высокий уровень напряжения, когда он не передает данные. Чтобы начать передачу данных, передающий UART тянет линию передачи от высокого уровня к низкому в течение одного тактового цикла. Когда принимающий UART обнаруживает переход высокого напряжения в низкое, он начинает считывать биты кадра данных с частотой, равной скорости передачи данных.

Фрейм данных

Фрейм данных содержит фактически передаваемые данные. Он может иметь длину от 5 до 8 бит, если используется бит четности. Если бит четности не используется, кадр данных может иметь длину 9 бит. В большинстве случаев данные отправляются с младшим значащим битом первым.

Четность

Четность описывает четность или нечетность числа. Бит четности позволяет принимающему UART определить, изменились ли какие-либо данные во время передачи. Биты могут быть изменены электромагнитным излучением, несоответствием скорости передачи данных или передачей данных на большие расстояния. После того, как принимающий UART считывает кадр данных, он подсчитывает количество битов со значением 1 и проверяет, является ли общее число четным или нечетным числом. Если бит четности равен 0 (четная четность), биты 1 в кадре данных должны в сумме давать четное число. Если бит четности равен 1 (нечетная четность), биты 1 в кадре данных должны в сумме давать нечетное число. Когда бит четности совпадает с данными, UART знает, что передача прошла без ошибок. Но если бит четности равен 0, а сумма нечетная; или бит четности равен 1, а сумма четная, UART знает, что биты в кадре данных изменились.

Стоповые биты

Чтобы сигнализировать об окончании пакета данных, передающий UART переключает линию передачи данных с низкого напряжения на высокое напряжение в течение не менее двух битов.

Этапы передачи UART

1. Передающий UART получает данные параллельно с шины данных:

2. Передающий UART добавляет к кадру данных стартовый бит, бит четности и стоповый бит :

3. Весь пакет отправляется последовательно от передающего UART к принимающему UART. Принимающий UART отбирает линию данных с предварительно настроенной скоростью передачи данных:

4. Принимающий UART отбрасывает стартовый бит, бит четности и стоповый бит из кадра данных:

5. Принимающий UART преобразует последовательные данные обратно в параллельные и передает их на шину данных на принимающая сторона:

Преимущества и недостатки UART

Нет идеальных протоколов связи, но UART довольно хороши в том, что они делают. Вот некоторые плюсы и минусы, которые помогут вам решить, соответствуют ли они потребностям вашего проекта:

Преимущества

• Используется только два провода
• Тактовый сигнал не требуется
• Имеет бит четности для проверки ошибок
• Структура пакета данных может быть изменена, если обе стороны настроены для него
• Хорошо задокументированный и широко используемый метод

Недостатки

• Размер кадра данных ограничен максимум 9 битами
• Не поддерживает несколько подчиненных или несколько ведущих систем
• Скорости передачи каждого UART должны быть в пределах 10% друг от друга

Перейдите к третьей части этой серии, Основы протокола связи I2C, чтобы узнать о другом способе обмена данными между электронными устройствами. Или, если вы еще этого не сделали, ознакомьтесь с первой частью, Основы коммуникационного протокола SPI.

И, как всегда, дайте нам знать в комментариях, если у вас есть вопросы или что-то еще добавить! Если вам понравилась эта статья и вы хотите видеть больше подобных, обязательно подпишитесь — мы отправляем электронное письмо, когда публикуем новые сообщения.

Понимание UART | Rohde & Schwarz

Общие сведения о UART | Rohde & Schwarz

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить полный доступ к платформе Knowledge+!

Я хочу создать учетную запись

Зарегистрироваться

или

У меня уже есть учетная запись

Войти

R&S®Essentials | Основные сведения о цифровом осциллографе и пробнике

Что такое УАРТ?

UART означает универсальный асинхронный приемник/передатчик r и определяет протокол или набор правил для обмена последовательными данными между двумя устройствами. UART очень прост и использует только два провода между передатчиком и приемником для передачи и приема в обоих направлениях. Оба конца также имеют заземление. Связь в UART может быть симплексной (данные передаются только в одном направлении), полудуплексной (каждая сторона говорит, но только по одной) или полнодуплексной (обе стороны могут передавать одновременно). Данные в UART передаются в виде кадров. Кратко описаны и объяснены формат и содержание этих фреймов.

Данные в UART передаются в виде кадров

Где используется UART?

UART был одним из первых последовательных протоколов. Когда-то вездесущие последовательные порты почти всегда основаны на UART, а устройства, использующие интерфейсы RS-232, внешние модемы и т. д., являются распространенными примерами использования UART.
В последние годы популярность UART снизилась: такие протоколы, как SPI и I2C, заменяют UART между микросхемами и компонентами. Вместо связи через последовательный порт большинство современных компьютеров и периферийных устройств теперь используют такие технологии, как Ethernet и USB. Однако UART по-прежнему используется для приложений с более низкой скоростью и меньшей пропускной способностью, поскольку он очень прост, недорог и прост в реализации.

Синхронизация и синхронизация протоколов UART

Одним из больших преимуществ UART является то, что он асинхронный — передатчик и приемник не используют общий тактовый сигнал. Хотя это значительно упрощает протокол, он предъявляет определенные требования к передатчику и приемнику. Поскольку у них нет общих часов, оба конца должны передавать с одной и той же заранее установленной скоростью, чтобы иметь одинаковую синхронизацию битов. Наиболее распространенные скорости передачи UART, используемые сегодня: 4800, 9600, 19.0,2К, 57,6К и 115,2К. В дополнение к одинаковой скорости передачи обе стороны соединения UART также должны использовать одинаковую структуру кадра и параметры. Лучший способ понять это — посмотреть на кадр UART.

Кадры UART содержат стартовый и стоповый биты, биты данных и необязательный бит четности, который будет объяснен ниже.

Как и в большинстве цифровых систем, «высокий» уровень напряжения используется для обозначения логической «1», а «низкий» уровень напряжения используется для обозначения логического «0». Поскольку протокол UART не определяет конкретные напряжения или диапазоны напряжений для этих уровней, иногда высокий уровень также называют «меткой», а низкий уровень — «пробелом». Обратите внимание, что в состоянии ожидания (когда данные не передаются) линия удерживается на высоком уровне. Это позволяет легко обнаружить поврежденную линию или передатчик.

Стартовые и стоповые биты

Поскольку UART является асинхронным, передатчик должен сигнализировать о поступлении битов данных. Это достигается с помощью стартового бита. Стартовый бит представляет собой переход из высокого состояния ожидания в низкое состояние, и сразу за ним следуют биты пользовательских данных.
После завершения битов данных стоповый бит указывает на конец пользовательских данных. Стоповый бит — это либо переход обратно в высокое состояние или состояние ожидания, либо оставление в высоком состоянии в течение дополнительного битового времени. Можно настроить второй (необязательный) стоповый бит, обычно для того, чтобы дать приемнику время подготовиться к следующему кадру, но на практике это встречается редко.

Биты данных

Биты данных являются пользовательскими данными или «полезными» битами и идут сразу после стартового бита. Может быть от 5 до 9 бит пользовательских данных, хотя чаще всего используется 7 или 8 бит. Эти биты данных обычно передаются с младшим значащим битом первым.

Пример:
Если мы хотим послать заглавную букву «S» в 7-битном ASCII, последовательность битов будет 1 0 1 0 0 1 1. Сначала мы меняем порядок битов, чтобы поместить их в наименее значащий порядок. , то есть 1 1 0 0 1 0 1, перед их отправкой. После отправки последнего бита данных стоповый бит используется для завершения кадра, и линия возвращается в состояние ожидания.

• 7-битный ASCII ‘S’ (0x52) = 1 0 1 0 0 1 1
• МЗБ порядок = 1 1 0 0 1 0 1

Стартовый и стоповый биты

Биты данных Бит четности

Кадр UART также может содержать необязательный бит четности, который можно использовать для обнаружения ошибок. Этот бит вставляется между концом битов данных и стоповым битом. Значение бита четности зависит от типа используемой четности (четная или нечетная):

• В четность этот бит устанавливается таким образом, чтобы общее количество единиц в кадре было четным.
• В нечетной четности этот бит устанавливается таким образом, что общее количество единиц в кадре будет нечетным.

Пример:
Заглавная буква «S» (1 0 1 0 0 1 1) содержит всего три нуля и 4 единицы. При использовании четной четности бит четности равен нулю, потому что уже имеется четное количество единиц. При использовании нечетной четности бит четности должен быть равен единице, чтобы в кадре было нечетное количество единиц.
Бит четности может обнаруживать только один перевернутый бит. Если перевернуто более одного бита, невозможно надежно обнаружить их с помощью одного бита четности.

Пример бита четности

Посмотрите наше видео «Понимание UART», чтобы узнать больше.

В этом видео объясняется технический обзор последовательного протокола UART (универсальный асинхронный приемник/передатчик), включая описание структуры кадра и значение каждого бита кадра.

Посмотреть видео

Резюме

• UART означает универсальный асинхронный приемник/передатчик и представляет собой простой двухпроводной протокол для обмена последовательными данными.
• Асинхронность означает отсутствие общих часов, поэтому для работы UART необходимо настроить одинаковые биты или скорость передачи данных на обеих сторонах соединения.
• Стартовые и стоповые биты используются для указания, где начинаются и заканчиваются пользовательские данные, или для «кадрирования» данных.
• Необязательный бит четности может использоваться для обнаружения одиночных битовых ошибок.
• UART по-прежнему является широко используемым протоколом последовательной передачи данных, но в последние годы в некоторых приложениях он был заменен такими технологиями, как SPI, I2C, USB и Ethernet.