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Erinnern Sie sich noch an die Drucker, Mäuse undModemIst das okay? Sie alle haben riesige und sperrige Anschlüsse und dicke Kabel und müssen an Ihren Computer geschraubt werden. Diese Geräte kommunizieren mit Computern über das UART-Protokoll. Obwohl USB alte Kabel und Stecker fast vollständig ersetzt hat, ist UART definitiv nicht veraltet. Sie werden feststellen, dass viele Projekte derzeit UART GPS Module verwendenBluetooth-ModulUndRFIDVerbinden Sie das Kartenlesermodul und andere Komponenten mit dem Raspberry Pi,ArduinoOder andereMikrocontrollerDa oben.

Universeller asynchroner Empfänger/Sender, allgemein bekannt als UART. Es konvertiert die zu übertragenden Daten zwischen serieller und paralleler Kommunikation. Als Chip, der parallele Eingangssignale in serielle Ausgangssignale umwandelt, wird UART in der Regel in die Anschlüsse anderer Kommunikationsschnittstellen integriert.

Es ist nicht so.SPISo wie bei I2C.KommunikationsvereinbarungEs handelt sich um eine unabhängige physische Schaltung oder eine unabhängige IC im Mikrocontroller.

Das Beste an UART ist, dass es nur zwei Kabel verwendet, um Daten zwischen Geräten zu übertragen, und das Prinzip hinter UART ist leicht zu verstehen.

UART Kommunikation

Bei der UART-Kommunikation kommunizieren zwei UARTs direkt miteinander. Senden von UART konvertiert parallele Daten von Steuergeräten wie CPUs in serielle Form und sendet diese seriell an den empfangenden UART, der den UART empfängt und die seriellen Daten dann zurück zu den parallelen Daten des empfangenden Geräts konvertiert. Die Datenübertragung zwischen zwei UARTs erfordert nur zwei Leitungen. Daten fließen vom Tx-Pin, der UART sendet, zum Rx-Pin, der UART empfängt:

UART sendet Daten asynchronom, d. h. kein Taktsignal synchronisiert die Bitausgabe des sendenden UART mit der Bitsampling des empfangenen UART. Das Senden von UART ist kein Taktsignal, sondern das Hinzufügen von Start- und Stopp-Bits zu den übertragenen Paketen. Diese Bits definieren den Anfang und das Ende eines Pakets, so dass der empfangende UART weiß, wann die Bits zu lesen beginnen.

Wenn ein empfangenes UART ein Startbit erkennt, beginnt es alsPorter-RateEingangsbits mit einer bestimmten Frequenz lesen. Die Bitrate ist ein Maß für die Datenübertragungsgeschwindigkeit, ausgedrückt in Bits pro Sekunde (bps). Beide UARTs müssen in etwa mit der gleichen Bitrate laufen. Die Bitrate zwischen Senden und Empfangen von UART kann nur um etwa 10% unterscheiden.

Beide UARTs müssen auch so konfiguriert sein, dass sie die gleiche Paketstruktur senden und empfangen.

Wie funktioniert UART
Die UART-Datenübertragung basiert auf dem UART-Bus, der verwendet wird, um Daten über andere Geräte wie eine CPU, einen Speicher oder einen Mikrocontroller an den UART zu senden. Die Daten werden parallel vom Datenbus zum sendenden UART übertragen. Nachdem ein UART gesendet wurde, um parallele Daten vom Datenbus zu erhalten, fügt er Startbits, Paritätsbits und Stoppbits hinzu, um Pakete zu erstellen. Als nächstes werden die Pakete bit für bit auf dem Tx-Pin seriell ausgegeben. Der UART-Empfänger liest Pakete bit für bit auf seinem Rx-Pin. Anschließend konvertiert der empfangene UART die Daten zurück in eine parallele Form und löscht die Anfangs-, Paritäts- und Stopp-Bits. Schließlich sendet der empfangene UART die Pakete parallel an den Datenbus des Empfängers:

Die von UART übertragenen Daten sind in Datenpakete organisiert. Jedes Paket enthält 1 Startbit, 5 bis 9 Bits (je nach UART), optionale Paritätsbits und 1 oder 2 Stoppbits:

Anfang
Wenn das UART-Datenkabel keine Daten überträgt, bleibt es in der Regel auf einem hohen Spannungsniveau. Um die Datenübertragung zu beginnen, sendet der UART die Übertragungsleitung von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau für einen Taktzyklus. Wenn das empfangene UART eine Hochspannungs- zu Niederspannungsumwandlung erkennt, beginnt es, die Bits in den Datenrahmen mit einer Frequenz der Bitrate zu lesen.

Datenbox
Das Datenfeld enthält die tatsächlichen Daten, die übertragen werden sollen. Wenn ein Paritäts-Bit verwendet wird, kann es 5 bis 8 Bit lang sein. Wenn keine Paritätsbestimmung verwendet wird, können Datenrahmen 9 Bit lang sein. In den meisten Fällen werden die Daten zuerst mit dem Mindestwertbit gesendet.

Paritätsprüfbit
Die Paritätsverprüfung beschreibt die Gleichmäßigkeit oder Ungleichheit einer Zahl. Die Paritätsbestimmung ist eine Möglichkeit, die UART zu empfangen, um festzustellen, ob sich Daten während der Übertragung ändern. Die Daten können sich bei elektromagnetischer Strahlung, nicht übereinstimmenden Frequenzen oder einer Langstreckenübertragung ändern. Nachdem der UART den Datenrahmen gelesen hat, berechnet er die Zahl der Bits mit einem Wert von 1 und prüft, ob die Gesamtzahl eine even oder ungerade Zahl ist. Wenn der Paritätsbestand 0 ist (Paritätsbestand), sollte 1 Bit im Datenrahmen als Parität gesamt werden. Wenn die Parität 1 beträgt (Parität), sollte das 1-Bit im Datenrahmen als eine ungerade Zahl gesamt werden. Wenn die Parität mit den Daten übereinstimmt, weiß die UART, dass die Übertragung fehlerfrei ist. Wenn jedoch die Parität 0 beträgt, muss jedoch 1 Bit als ungerade Zahl gesammelt werden; Oder das Paritätsbit ist 1, und das 1-Bit sollte insgesamt eine Parität sein, dann haben sich die Bits im Datenrahmen geändert.

Stopp Bit
Um das Ende des Übertragungspakets zu benachrichtigen, führt der UART-Sender die Datenleitung von niedriger Spannung auf hohe Spannung für eine Dauer von mindestens zwei Bits.

UART-Übertragungsschritte

1. Senden UART parallel Daten vom Datenbus empfangen:

2. Senden Sie UART, um den Datenrahmen Startbits, Paritätsbits und Stoppbits hinzuzufügen:

3. Das gesamte Datenpaket wird seriell vom sendenden UART zum empfangenden UART übertragen. Empfangen Sie UART zum Abtasten der Datenleitung mit einer vorkonfigurierten Baudrate:

Empfang von Start-, Paritäts- und Stopp-Bits in UART-Datenrahmen:

5. Empfangen UART konvertiert die seriellen Daten zurück parallel und überträgt sie an den Datenbus des Empfängers:

Vor- und Nachteile von UART

Kein Kommunikationsprotokoll ist perfekt, und hier sind einige der Vorteile und Nachteile, die Ihnen helfen, festzustellen, ob sie den Anforderungen Ihres Projekts entsprechen:

Vorteil
Verwenden Sie nur zwei Drähte

Kein Uhrsignal erforderlich

Es gibt eine Paritätsprüfung.

Sobald beide Seiten eingerichtet sind, kann die Struktur des Pakets geändert werden

Vollständig dokumentiert und weit verbreitet

Nachteile
Die maximale Größenbegrenzung für Datenrahmen beträgt 9 Bit

Nicht mehrere Subordinate- oder Master-Systeme unterstützt

Die Portrate für jedes UART muss innerhalb von 10% liegen.