BASES DE LA COMMUNICATION UART : 16 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Vous vous souvenez quand les imprimantes, les souris et les modems avaient des câbles épais avec ces énormes connecteurs maladroits ? Ceux qui ont littéralement dû être vissés dans votre ordinateur ? Ces appareils utilisaient probablement des UART pour communiquer avec votre ordinateur. Alors que l'USB a presque complètement remplacé ces anciens câbles et connecteurs, les UART ne sont certainement pas une chose du passé. Vous trouverez des UART utilisés dans de nombreux projets électroniques de bricolage pour connecter des modules GPS, des modules Bluetooth et des modules de lecteur de cartes RFID à votre Raspberry Pi, Arduino ou d'autres microcontrôleurs.

UART signifie Universal Asynchronous Receiver/Transmitter. Ce n'est pas un protocole de communication comme SPI et I2C, mais un circuit physique dans un microcontrôleur ou un circuit intégré autonome. L'objectif principal d'un UART est de transmettre et de recevoir des données série.

L'un des avantages de l'UART est qu'il n'utilise que deux fils pour transmettre des données entre les appareils. Les principes de l'UART sont faciles à comprendre, mais si vous n'avez pas lu la première partie de cette série, Les bases du protocole de communication SPI, cela pourrait être un bon point de départ.

Étape 1: INTRODUCTION À LA COMMUNICATION UART

Dans la communication UART, deux UART communiquent directement entre eux. L'UART de transmission convertit les données parallèles d'un appareil de contrôle comme un processeur en forme série, les transmet en série à l'UART de réception, qui reconvertit ensuite les données série en données parallèles pour l'appareil de réception. Seuls deux fils sont nécessaires pour transmettre des données entre deux UART. Les données circulent de la broche Tx de l'UART émetteur à la broche Rx de l'UART récepteur:

Étape 2: Flux de données de la broche Tx de l'UART de transmission à la broche Rx de l'UART de réception:

Étape 3:

Les UART transmettent les données de manière asynchrone, ce qui signifie qu'il n'y a pas de signal d'horloge pour synchroniser la sortie des bits de l'UART émetteur avec l'échantillonnage des bits par l'UART récepteur. Au lieu d'un signal d'horloge, l'UART de transmission ajoute des bits de démarrage et d'arrêt au paquet de données en cours de transfert. Ces bits définissent le début et la fin du paquet de données afin que l'UART récepteur sache quand commencer à lire les bits.

Lorsque l'UART récepteur détecte un bit de démarrage, il commence à lire les bits entrants à une fréquence spécifique connue sous le nom de débit en bauds. Le débit en bauds est une mesure de la vitesse de transfert de données, exprimée en bits par seconde (bps). Les deux UART doivent fonctionner à peu près au même débit en bauds. Le débit en bauds entre les UART de transmission et de réception ne peut différer que d'environ 10 % avant que la synchronisation des bits ne devienne trop éloignée.

Étape 4:

Les deux UART doivent également être configurés pour transmettre et recevoir la même structure de paquet de données.

Étape 5: COMMENT FONCTIONNE UART

L'UART qui va transmettre des données reçoit les données d'un bus de données. Le bus de données est utilisé pour envoyer des données à l'UART par un autre appareil comme un processeur, une mémoire ou un microcontrôleur. Les données sont transférées du bus de données à l'UART de transmission sous forme parallèle. Une fois que l'UART de transmission a obtenu les données parallèles du bus de données, il ajoute un bit de démarrage, un bit de parité et un bit d'arrêt, créant ainsi le paquet de données. Ensuite, le paquet de données est sorti en série, bit par bit à la broche Tx. L'UART récepteur lit le paquet de données bit par bit sur sa broche Rx. L'UART de réception reconvertit ensuite les données sous forme parallèle et supprime le bit de démarrage, le bit de parité et les bits d'arrêt. Enfin, l'UART de réception transfère le paquet de données en parallèle au bus de données à l'extrémité de réception:

Étape 6: Image du fonctionnement de l'UART

Étape 7:

Les données transmises par UART sont organisées en paquets. Chaque paquet contient 1 bit de démarrage, 5 à 9 bits de données (selon l'UART), un bit de parité optionnel et 1 ou 2 bits d'arrêt:

Étape 8: les données transmises par UART sont organisées dans une image de paquets

Étape 9:

START BIT

La ligne de transmission de données UART est normalement maintenue à un niveau de tension élevé lorsqu'elle ne transmet pas de données. Pour démarrer le transfert de données, l'UART de transmission tire la ligne de transmission de haut en bas pendant un cycle d'horloge. Lorsque l'UART récepteur détecte la transition haute à basse tension, il commence à lire les bits dans la trame de données à la fréquence du débit en bauds.

TRAME DE DONNÉES

La trame de données contient les données réelles en cours de transfert. Il peut avoir une longueur de 5 bits jusqu'à 8 bits si un bit de parité est utilisé. Si aucun bit de parité n'est utilisé, la trame de données peut avoir une longueur de 9 bits. Dans la plupart des cas, les données sont envoyées avec le bit le moins significatif en premier.

PARITÉ

La parité décrit la régularité ou l'impair d'un nombre. Le bit de parité est un moyen pour l'UART de réception de savoir si des données ont changé pendant la transmission. Les bits peuvent être modifiés par un rayonnement électromagnétique, des débits en bauds incompatibles ou des transferts de données longue distance. Une fois que l'UART de réception a lu la trame de données, il compte le nombre de bits avec une valeur de 1 et vérifie si le total est un nombre pair ou impair. Si le bit de parité est un 0 (parité paire), les bits 1 de la trame de données doivent totaliser un nombre pair. Si le bit de parité est un 1 (parité impaire), les bits 1 de la trame de données doivent totaliser un nombre impair. Lorsque le bit de parité correspond aux données, l'UART sait que la transmission était exempte d'erreurs. Mais si le bit de parité est à 0 et que le total est impair; ou le bit de parité est un 1, et le total est pair, l'UART sait que les bits de la trame de données ont changé.

BITS D'ARRÊT

o signaler la fin du paquet de données, l'UART émetteur fait passer la ligne de transmission de données d'une basse tension à une haute tension pendant au moins deux durées de bits.

Étape 10: ÉTAPES DE TRANSMISSION UART

1. L'UART de transmission reçoit des données en parallèle du bus de données:

Étape 11: L'UART de transmission d'images reçoit des données en parallèle à partir du bus de données

Étape 12: 2. l'UART de transmission ajoute le bit de démarrage, le bit de parité et le(s) bit(s) d'arrêt à la trame de données:

Étape 13: 3. le paquet entier est envoyé en série de l'UART de transmission à l'UART de réception. l'UART de réception échantillonne la ligne de données au débit en bauds préconfiguré:

Étape 14: 4. l'UART de réception rejette le bit de démarrage, le bit de parité et le bit d'arrêt de la trame de données:

Étape 15: 5. L'UART de réception reconvertit les données série en parallèle et les transfère vers le bus de données à l'extrémité de réception:

Étape 16: AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DE L'UARTS

Aucun protocole de communication n'est parfait, mais les UART sont plutôt bons dans ce qu'ils font. Voici quelques avantages et inconvénients pour vous aider à décider s'ils correspondent ou non aux besoins de votre projet:

AVANTAGES

N'utilise que deux fils Aucun signal d'horloge n'est nécessaire Possède un bit de parité pour permettre la vérification des erreurs La structure du paquet de données peut être modifiée tant que les deux côtés sont configurés pour cela Méthode bien documentée et largement utilisée INCONVÉNIENTS

La taille de la trame de données est limitée à un maximum de 9 bits Ne prend pas en charge les systèmes multi-esclaves ou multi-maîtres Les débits en bauds de chaque UART doivent être à moins de 10 % l'un de l'autre Passez à la troisième partie de cette série, Principes de base de la Protocole de communication I2C pour en savoir plus sur une autre façon de communiquer des appareils électroniques. Ou si vous ne l'avez pas déjà fait, consultez la première partie, Les bases du protocole de communication SPI.

Et comme toujours, faites-moi savoir dans les commentaires si vous avez des questions ou autre chose à ajouter ! Si vous avez aimé cet article et que vous voulez en voir plus, assurez-vous de suivre

Salutations

M. Junaid