Osnove UART-a: ožičenje, tajming, brzina prenosa i uobičajeni problemi

UART je uobičajena metoda serijske komunikacije koja se koristi u mnogim ugrađenim sistemima. Šalje podatke jedan po jedan bit bez zajedničke linije sata, koristeći usklađena podešavanja za održavanje sinhronizacije. Pouzdane UART veze zavise od ispravnog ožičenja, brzine prijenosa, formata okvira, nivoa napona i vremena signala. Ovaj članak daje informacije o radu UART-a, podešavanju, upotrebi i uobičajenim problemima.

KSNUMKS. Univerzalni asinhroni prijemnik-predajnik (UART) Osnove

UART je skraćenica za univerzalni asinhroni prijemnik-predajnik. To je serijski komunikacioni interfejs koji prenosi podatke jedan po jedan bit između povezanih uređaja. UART blok je ugrađen u mnoge mikrokontrolere, procesore, komunikacione čipove i ugrađene module. Pretvara paralelne podatke u serijski tok tokom prenosa i pretvara dolazne serijske podatke nazad u bajtove tokom prijema. UART ne koristi zajedničku liniju sata. Umesto toga, oba uređaja ostaju sinhronizovana pomoću odgovarajućih podešavanja komunikacije i otkrivanjem početka i kraja svakog okvira podataka.

Razlozi UART ostaje uobičajena

• Koristi samo nekoliko signalnih linija

• Jednostavno je podesiti za direktnu komunikaciju

• Uključen je u mnoge ugrađene uređaje

• Podržava čitljiv izlaz preko serijskih terminala

Kako UART okviri i tajming rade?

Delovi UART okvira

Glavna podešavanja UART-a

Brzina prenosa određuje koliko brzo se šalju bitovi. Veće brzine prenosa povećavaju brzinu prenosa, ali zahtevaju preciznije vreme i čistiji put signala. UART komunikacija takođe zavisi od odgovarajućih postavki okvira na obe strane.

Uobičajene Baud stope

Dužina okvira i efikasnost podataka

Dužina okvira utiče na to koliko korisnih podataka se prenosi u svakom prenosu. Dve UART veze mogu da koriste istu brzinu prenosa, ali i dalje isporučuju različitu efektivnu propusnost podataka ako se njihovi formati okvira razlikuju. Na primer, 8N1 i 7E1 koriste različite brojeve ukupnih bitova po kadru, tako da količina podataka o korisnom teretu po frejmu nije ista.

UART ožičenje, nivoi napona i kontrola protoka

Osnovna UART veza koristi tri glavna signala: TKS, RKS, i GND. TKS pin jednog uređaja povezuje se sa RKS pinom drugog, a oba uređaja moraju da dele istu zemlju da bi se nivoi signala pravilno čitali.

Mnogi mikrokontroleri i moduli koriste TTL ili CMOS UART nivoe, često na 3.3 V ili 5 V. Stariji serijski sistemi mogu koristiti RS-232, koji ima drugačiji opseg napona i način signalizacije, tako da nije direktno kompatibilan sa TTL UART. Primopredajnik koji pomera nivo se koristi prilikom povezivanja ovih standarda.

Neke UART veze takođe koriste kontrolu protoka kako bi se sprečilo gubitak podataka kada jedna strana ne može da prihvati dolazne bajtove dovoljno brzo.

Osnovna pravila UART ožičenja

• TX sa jednog uređaja povezuje se sa RX na drugom uređaju

• RX sa jednog uređaja povezuje se sa TX-om na drugom uređaju

• Uzemljenje mora biti spojeno sa obe strane

UART Električni standardi

Zajedničke metode kontrole protoka

• Hardverska kontrola protoka koristi RTS i CTS linije

• Kontrola protoka softvera koristi XON i XOFF znakove

Kontrola protoka hardvera koristi odvojene kontrolne linije za upravljanje protokom podataka. Kontrola protoka softvera smanjuje broj žica, ali koristi kontrolne znakove unutar toka podataka.

Kako UART radi unutar uređaja?

Unutar uređaja, UART periferija uključuje nekoliko delova koji se bave slanjem i primanjem podataka. Ovi delovi često uključuju odeljak za prenos, prijemni odeljak, registre smena, statusne zastave i FIFO bafere. Kada se podaci šalju, softver stavlja bajt u UART, a hardver dodaje početni bit, opcioni par bit, i stop bit pre slanja punog kadra kroz TKS liniju.

Kada se prime podaci, UART gleda RKS liniju za važeći početni bit. Zatim uzorkuje signal u pravo vreme, obnavlja bajt, proverava format okvira i čuva podatke kako bi softver mogao da ga pročita kasnije.

UART periferije takođe prijavljuju status i uslove grešaka, dok FIFO baferi drže nekoliko bajtova kako bi smanjili propuštene podatke kada softver ne reaguje odmah.

Zajednički UART status i zastave grešaka

• Prenos bafer prazan

• Primite bafer pun

• Greška pariteta

• Greška u kadriranju

• Greška prekoračenja

Uobičajena upotreba UART-a u ugrađenim sistemima

• Otklanjanje grešaka serijskog terminala

• Komunikacija između mikrokontrolera i modula

• Bootloader i linkovi za ažuriranje firmvera

• Jednostavni interfejsi komandi i odgovora

• Evidentiranje i dijagnostika podataka

• Ugrađena ploča konzola pristup

KSNUMKS. UART podešavanje, testiranje i rešavanje problema 

Uspostavljanje UART veze počinje odabirom kompatibilnih podešavanja komunikacije i nivoa signala. Testiranje pomaže da se potvrdi da je veza ispravno ožičena, pravilno konfigurisana i slanje važećih okvira podataka.

Planiranje veze i konfiguracija uređaja

Izaberite brzinu prenosa, format okvira, standard napona i metod kontrole protoka pre nego što uspostavite vezu. Zatim omogućite UART hardver u softveru i konfigurišite sve potrebne bafere ili FIFO podešavanja. Tačnost sata, kvalitet kabla i očekivana brzina prenosa podataka takođe utiču na performanse veze.

Validacija komunikacije

Proverite vezu slanjem poznatog obrasca podataka ili čitljivog teksta. Serijski terminal, USB-to-UART adapter, logički analizator ili osciloskop mogu pomoći da se potvrdi da su okviri važeći i da linija ostaje u ispravnom stanju mirovanja između prenosa.

UART Vodič za probleme

Provere za rešavanje problema

• Potvrdite da su TX i RX ispravno ukršteni

• Uverite se da obe strane dele isti teren

• Proverite brzinu prenosa i format kadra na oba kraja

• Proverite da li su nivoi signala TTL / CMOS ili RS-232

• Smanjite brzinu prenosa ako se sumnja na vremensku grešku ili buku

• Pregledajte zastavice grešaka UART-a u softveru

• Test sa poznatim dobrim terminalnim alatima ili adapterima

UART, SPI, i I2C u poređenju 

UART, SPI i I2C su uobičajene metode serijske komunikacije, ali rade na različite načine. UART koristi direktnu vezu između dva uređaja i ne treba satnu liniju. SPI koristi sat i odvojene puteve podataka za bržu komunikaciju. I2C takođe koristi sat, ali omogućava više uređaja da dele istu magistralu kroz ugrađeno adresiranje.

Interfejs Poređenje

UART odgovara jednostavnim, direktnim vezama i terminalnom pristupu. SPI odgovara većoj brzini komunikacije. I2C odgovara slučajevima u kojima nekoliko uređaja deli jednu magistralu sa manje signalnih linija.

Zaključak

UART se i dalje koristi jer nudi jednostavnu, direktnu komunikaciju sa niskom složenošću hardvera. Njegove performanse zavise od odgovarajućih podešavanja, ispravnog TKS i RKS ožičenja, zajedničkog uzemljenja, kompatibilnih nivoa napona i pravilnog rukovanja vremenom, baferiranjem i zastavicama grešaka. Razumevanje strukture okvira, brzine prenosa, kontrole protoka i uobičajenih uzroka grešaka pomaže da se objasni zašto UART veze ne uspevaju i kako se održava stabilna komunikacija u ugrađenim sistemima.

Često postavljana pitanja [FAK]

Može li UART slati i primati u isto vreme?

Da. UART podržava full-dupleks komunikaciju, tako da može da šalje podatke o TKS dok istovremeno prima na RKS.

Šta 8N1 znači u UART-u?

8N1 znači 8 bitova podataka, bez pariteta i 1 stop bit.

Može li UART povezati sa više uređaja?

Ne direktno. UART je uglavnom za komunikaciju jedan-na-jedan i ne uključuje ugrađeno adresiranje.

Da li je brzina prenosa ista kao i brzina prijenosa u UART-u?

U standardnom UART-u, da. Oni se tretiraju kao isti jer svaki simbol nosi jedan bit.

Zašto koristiti USB-to-UART adapter?

Omogućava računaru da komunicira sa UART interfejsom preko USB-a.

Da li UART uključuje enkripciju ili naprednu korekciju grešaka?

Ne. UART ne uključuje enkripciju ili naprednu korekciju grešaka samostalno.