UART הסבר: היסודות של מקלט-משדר אוניברסלי אסינכרוני

UART הוא שחקן מפתח בתקשורת טורית עבור מערכות משובצות . למרות שיש לנו SPI ו-I2C, UART עומד על שלו. זה מראה עד כמה זה חיוני בתחום תקשורת החומרה.

באמצעות שני חוטים בלבד, UART מאפשר לשני מכשירים לדבר זה עם זה. זה יכול לעבוד במצבי סימפלקס, חצי דופלקס או דופלקס מלא, המתאים לצרכים שונים. החלק הכי טוב? UART אינו דורש אות שעון משותף. זה עושה את זה סופר התאמה להרבה שימושים.

אנחנו צוללים עמוק לתוך UART ביצירה הזו. אנו נסקור את הפרוטוקול שלו, כיצד הוא מתקשר, הגדרת המסגרת שלו, קצב ההעברה וכיצד הוא מנהל את זרימת הנתונים. אתה תראה מדוע UART היא בחירה מובילה, השימושים שלה בין התעשיות, וכיצד להשתמש בו עם Arduino. עם הידע הזה, אתה תהיה מוכן לתקשורת סדרתית מוצלחת בפרויקטים משובצים.

נקודות עיקריות:

UART הוא פרוטוקול בשימוש נרחב לתקשורת טורית במערכות משובצות .
זהו פרוטוקול פשוט ורב-תכליתי, הפועל עם שני חוטים בלבד.
UART הוא אסינכרוני, ומבטל את הצורך באות שעון משותף.
מבנה מסגרת תקין ובחירת קצב העברת נתונים הם חיוניים לתקשורת UART מדויקת .
מנגנוני בקרת זרימת UART מבטיחים חילופי נתונים יעילים בין מכשירים.

הבנת פרוטוקול UART

UART ראשי תיבות של Universal Asynchronous Receiver-Transmitter . זוהי דרך נפוצה לשתף נתונים בין מכשירים. הוא שולח נתונים כסדרה של סיביות, הכוללת סיביות התחלה ועצירה. הפשטות והעלות הנמוכה שלו מתאימות לשימושים רבים.

UART אינו זקוק לאות שעון משותף. במקום זאת, שני המכשירים חייבים להסכים על קצב שידור לסנכרון תזמון. גמישות זו מאפשרת לו לעבוד עם הגדרות חומרה שונות.

מסגרת UART מתחילה עם סיביות התחלה , ואחריה סיביות הנתונים. לאחר מכן, סיביות עצור מסיימים את השידור. לפעמים, יש סיביות זוגיות אופציונלית לתפיסת שגיאות.

UART הוא פשוט וזול, מה שהופך אותו קל לשימוש. זה נבחר לצרכים רבים במהירות נמוכה בגלל זה.

אפילו עם אפשרויות חדשות יותר כמו SPI ו-I2C, UART עדיין נמצא בשימוש נרחב. אתה תמצא אותו במערכות משובצות , מיקרו-בקרים ומחשבים. זה נבחר בגלל הפשטות והגמישות שלו.

UART מציעה דרך אמינה ובמחיר סביר להחליף נתונים. זה נהדר עבור פרויקטים שבהם העלות והפשטות חשובות ביותר.

טבלה זו משווה UART ל-SPI ו-I2C. זה מדגיש את היתרונות של UART כמו המורכבות הנמוכה שלו, מעט חוטים וטווח יישומים רחב.

UART תקשורת ומבנה מסגרת

תקשורת UART מחליפה נתונים באמצעות הגדרת מסגרת מסוימת. לכל מסגרת יש כמה חלקים ייחודיים.

סיבית ההתחלה מציגה את תחילת ההודעה. אחריו סיביות הנתונים העיקריות . לעתים קרובות, אנו רואים 8 ביטים בשימוש כאן.

אם יש סיביות זוגיות , הוא בודק שגיאות. זה מוודא שסך ה-1 הם זוגיים או אי-זוגיים.

סיביות העצירה מסמנים את סוף ההודעה.

רכיב מסגרת	תיאור
התחל ביט	מסמן את תחילת העברת הנתונים
פיסות מידע	נושא את המידע המועבר בפועל
סיביות זוגיות (אופציונלי)	עוזר בזיהוי שגיאות על ידי הבטחת מספר זוגי או אי-זוגי של 1s במסגרת
עצור ביט (ים)	מציין את סוף מסגרת הנתונים

כדי ש-UART יעבוד טוב, הגדרת המסגרת הנכונה היא המפתח.

UART Baud קצב ותזמון

קצב הביאוד של UART הוא המפתח בתקשורת UART . זה מראה כמה מהר הנתונים עוברים בערוץ. מדידה בסיביות לשנייה (bps), זוהי מהירות הנתונים בין המשדר למקלט. שניהם זקוקים לאותו קצב העברת מידע כדי לדבר נכון.

קצבי העברת נתונים גבוהים יותר פירושם העברת נתונים מהירה יותר. זה מאפשר לנו לשלוח יותר נתונים במהירות. עם זאת, הוא זקוק לתזמון טוב יותר בין המשדר למקלט. בלעדיו עלולות לצוץ שגיאות ובעיות בתקשורת.

קצבי הביאוד הנפוצים הם 4800, 9600, 19.2K, 57.6K ו-115.2K. הבחירה בקצב ההעברה משתנה לפי הצורך של האפליקציה במהירות ויכולת המכשיר.

תזמון חיוני בתקשורת UART. זה שומר את המשדר והמקלט מסונכרנים. זה מאפשר שליחת נתונים ברורה. אם התזמון כבוי, הנתונים עלולים להיפגם או לאבד. הדבר פוגע בשלמות התקשורת.

לסיום, קצב ההחזרה של UART קובע את מהירות העברת הנתונים . בנוסף, סנכרון תזמון חיוני לתקשורת טובה. עם אותו קצב העברת נתונים ותזמון הדוק, UART מבטיח העברת נתונים יעילה בין מכשירים.

יתרונות ויישומים של UART

UART הוא די פופולרי כי זה פשוט ולא עולה הרבה. זה מושלם עבור כאשר אתה לא צריך דרכים מורכבות לדבר בין מכשירים. זה הופך אותו להתאמה מצוינת למשימות תקשורת בסיסיות רבות.

אחד הדברים הטובים ביותר ב-UART הוא כמה קל להשתמש בו. אתה לא צריך הרבה חלקים או חוטים כדי שזה יעבוד. קלות השימוש הזו היא הסיבה שמפתחים ומהנדסים רבים מעדיפים אותה, במיוחד כאשר הכסף או המשאבים מוגבלים.

למרות שישנן שיטות חדשות יותר כמו SPI ו-I2C לנתונים מהירים ובנפחים גבוהים, UART עדיין נמצא בשימוש נרחב. זה נפוץ במערכות משובצות שבהן שמירה על דברים פשוטים וזולים היא המפתח. גם מיקרו-בקרים וגם מחשבים משתמשים ב-UART כדי לדבר עם חומרה אחרת.

UART בולט באזורים שבהם המהירות אינה המוקד העיקרי. אופיו הפשוט והזול הוא אידיאלי כאשר אינך זקוק להעברת נתונים מהירה. פרויקטים שמעריכים שהם קלים וחסכוניים על פני מהירות נהנים מ-UART.

הפשטות והעלות הנמוכה של UART הופכים אותו לפתרון אידיאלי עבור יישומים בעלי מהירות נמוכה יותר ותפוקה נמוכה יותר, שבהם אין צורך בפרוטוקולים מורכבים.

לסיכום, ל-UART יש יתרונות ייחודיים שהופכים אותו לשימושי מאוד. הגישה הפשוטה והחסכונית שלו מתאימה היטב לצרכים בעלי מהירות נמוכה יותר. זוהי דרך אמינה לתקשורת חומרה בתחומים שונים, כולל מערכות משובצות, מיקרו-בקרים ומחשבים.

בקרת זרימה של UART

בקרת זרימת UART היא המפתח לדיבור חלק בין מכשירים במהירויות שונות בצ’אטים של UART. זה עוזר למנוע אובדן נתונים ושומר על תנועה מהימנה של המידע. על ידי הודעה למכשיר השולח מתי לעצור וללכת, זה תואם למה שהמכשיר המקבל יכול להתמודד. ישנן שתי דרכים גדולות לעשות זאת: שימוש בחומרה או בתוכנה.

בקרת זרימת חומרה

עם בקרת זרימת החומרה , חוטים או אותות נוספים מטפלים בעצירה וסע בצ’אט. שתי דרכים עיקריות הן RTS/CTS ו-DTR/DSR. אלה משתמשים בקווים מיוחדים כדי להעביר רמזים לעצור וסע בין השולח למקבל.

כאשר המקלט לא יכול לעמוד בקצב, הוא מנתק את אות ההקדמה. זה אומר לשולח לחכות קצת. ברגע שהמקלט יכול להתמודד עם יותר, הוא מסמן בחזרה להתחיל לשלוח שוב.

בקרת זרימת תוכנה

בקרת זרימת תוכנה משתמשת במילות קוד מיוחדות הנשלחות על פני אותן שורות כמו הנתונים כדי לנהל את הזרימה. XON פירושו “קדימה ושלח”, ו-XOFF פירושו “אנא עצור לעת עתה”. כאשר המקלט מלא, הוא שולח XOFF. לאחר מפנה מקום, הוא שולח את XON להזיז שוב נתונים.

שיטה זו אינה זקוקה לחוטים נוספים. זה שולט בצורה חלקה בזרימת הנתונים באמצעות קווי הנתונים בלבד.

בקרת זרימה היא סופר חשובה כאשר מכשיר אחד מדבר מהר יותר ממה שהשני יכול להקשיב. בלעדיו, המקלט יכול להיספג ולגרום לבלבול בנתונים. באמצעות בקרת זרימה, תקשורת UART נשארת חלקה ומדויקת, ללא קשר להפרש המהירות.

פינים וממשקים של UART

תקשורת UART על לוחות Arduino משתמשת בפינים RX/TX . פינים אלו נקראים פיני UART . הם עובדים עבור שליחת (TX) וקבלת (RX) נתונים. לרוב ה-Arduinos יש פיני RX/TX המסומנים D0 (RX) ו-D1 (TX).

לחלק מלוחות Arduino יש יותר יציאות טוריות כמו Serial1, Serial2 ו-Serial3. זה אומר שאתה יכול לקבל יותר חיבורי UART.

העברת נתונים:

כדי לשלוח נתונים דרך UART, זה עובר מה-TX PIN. הנתונים מקודדים ומועברים על פני פין ה-TX למכשיר שמקבל אותם.

מקבל מידע:

קבלת נתונים באמצעות UART פירושה לתפוס אותם מהסיכה RX. המכשיר מסתכל בפין ה-RX לאיתור נתונים ומפענח אותם.

כדי ש-UART יפעל, מכשירים צריכים בסיס משותף. זה מיועד לזיהוי רמות האות. זה מבטיח שהנתונים נעים בצורה נכונה.

הכיתה Arduino Serial עוזר להתחיל ולטפל בשיחות UART. יש לו פונקציות הן לשליחה והן לקבל נתונים והן לניהול הגדרות UART.

דוגמה לתצורת Pin Arduino UART

לוח ארדואינו	PIN RX	Pin TX
ארדואינו אונו	D0 (RX)	D1 (TX)
ארדואינו ננו	D0 (RX)	D1 (TX)
ארדואינו מגה	D0 (RX)	D1 (TX)
ארדואינו לאונרדו	D0 (RX)	D1 (TX)
לוחות ארדואינו אחרים	משתנה	משתנה

סיכום

ה-UART הוא פרוטוקול מפתח לתקשורת טורית בין מכשירים. הוא שולח ומקבל נתונים במסגרות. זה כולל סיביות התחלה, סיביות נתונים וסיביות עצירה. הפשטות, הסבירות וקלות השימוש שלו הופכים אותו למצוין עבור יישומים פשוטים ואיטיים יותר .

למרות שהפרוטוקולים החדשים יותר השתלטו על צורכי מהירות גבוהה, UART עדיין חשוב. הוא משמש בדברים כמו מערכות משובצות ומחשבים. עבור אלה העוסקים בתקשורת טורית ובמערכות משובצות, הכרת UART היא קריטית.

אם אתה בונה מכשיר IoT או פרויקט מיקרו-בקר, הבנת UART היא מאוד שימושית. זה עוזר לך לדבר בין מכשירים ביעילות. עם UART, אתה יכול לנהל תקשורת אמינה ויעילה מבלי לבזבז הרבה.

שאלות נפוצות

מה זה UART?

UART פירושו מקלט / משדר אוניברסלי אסינכרוני. זהו פרוטוקול פשוט המשמש באופן נרחב לשליחת נתונים סדרתיים בין שני מכשירים.

כיצד פועלת תקשורת UART?

ב-UART, הנתונים נשלחים כסדרת סיביות, כולל סיביות התחלה , סיביות נתונים וסיביות עצור . זהו פרוטוקול אסינכרוני, כך שאין צורך באות שעון משותף בין מכשירים.

מהו קצב השאיפה ב-UART?

קצב הביאוד מתייחס למהירות העברת הנתונים ב-UART. כדי שהתקשורת תעבוד, שני המכשירים חייבים להשתמש באותו קצב העברת נתונים.

מהו מבנה המסגרת בתקשורת UART?

למבנה המסגרת של UART יש סיביות התחלה, סיביות נתונים, אופציונלי סיביות זוגיות וסיביות עצור (ים). סיבית ההתחלה מסמנת את תחילת שידור הנתונים, וסיביות העצירה מסמנת את סופה.

מהם היתרונות והיישומים של UART?

UART מוערך בזכות הפשטות והעלות הנמוכה שלו. זה אידיאלי לשימושים איטיים יותר ופחות כבדי נתונים. אתה תמצא אותו במערכות משובצות, בפרויקטים של מיקרו-בקרים ומחשבים.

מהי בקרת זרימה של UART?

בקרת זרימה של UART מנהלת חילופי נתונים בין מכשירים במהירויות שונות. זה מפסיק אובדן נתונים על ידי איתות מתי לעצור או להמשיך לשלוח נתונים.

כיצד פועלת תקשורת UART על לוחות Arduino?

בלוחות Arduino, תקשורת UART משתמשת בפיני RX/TX . פינים אלה פועלים בתור קווי השידור (TX) והקבלה (RX) עבור נתונים.

מהי המסקנה של תקשורת UART?

UART הוא המפתח לצ’אטים סדרתיים בין מכשיר למכשיר. עם הפשטות, סבירות המחיר וקלות השימוש שלו, הוא מתאים למגוון צרכים.