UART İLETİŞİMİNİN TEMELLERİ: 16 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Yazıcıların, farelerin ve modemlerin o devasa hantal konektörlerle kalın kabloları olduğu zamanları hatırlıyor musunuz? Kelimenin tam anlamıyla bilgisayarınıza vidalanması gerekenler? Bu cihazlar muhtemelen bilgisayarınızla iletişim kurmak için UART'ları kullanıyordu. USB, bu eski kabloları ve konektörleri neredeyse tamamen değiştirmiş olsa da, UART'lar kesinlikle geçmişte değil. GPS modüllerini, Bluetooth modüllerini ve RFID kart okuyucu modüllerini Raspberry Pi, Arduino veya diğer mikro denetleyicilerinize bağlamak için birçok DIY elektronik projesinde kullanılan UART'ları bulacaksınız.

UART, Evrensel Asenkron Alıcı/Verici anlamına gelir. SPI ve I2C gibi bir iletişim protokolü değil, bir mikro denetleyicideki fiziksel bir devre veya bağımsız bir IC'dir. Bir UART'ın temel amacı, seri verileri iletmek ve almaktır.

UART ile ilgili en iyi şeylerden biri, cihazlar arasında veri iletmek için yalnızca iki kablo kullanmasıdır. UART'ın arkasındaki ilkeleri anlamak kolaydır, ancak bu dizinin birinci bölümünü okumadıysanız, SPI İletişim Protokolünün Temelleri, bu başlamak için iyi bir yer olabilir.

Adım 1: UART İLETİŞİMİNE GİRİŞ

UART iletişiminde, iki UART birbiriyle doğrudan iletişim kurar. Verici UART, CPU gibi bir kontrol cihazından gelen paralel verileri seri forma dönüştürür, seri olarak alıcı UART'a iletir, daha sonra seri verileri alıcı cihaz için tekrar paralel verilere dönüştürür. İki UART arasında veri iletmek için sadece iki kablo gereklidir. Veri, ileten UART'ın Tx pininden alıcı UART'ın Rx pinine akar:

Adım 2: Verici UART'ın Tx Pininden Alıcı UART'ın Rx Pinine Veri Akışları:

Aşama 3:

UART'lar, verileri eşzamansız olarak iletir, bu, verici UART'tan gelen bitlerin çıkışını, alıcı UART tarafından bit örneklemesine senkronize etmek için bir saat sinyali olmadığı anlamına gelir. Bir saat sinyali yerine, ileten UART, aktarılmakta olan veri paketine başlatma ve durdurma bitleri ekler. Bu bitler, veri paketinin başlangıcını ve sonunu tanımlar, böylece alıcı UART, bitleri ne zaman okumaya başlayacağını bilir.

Alıcı UART bir başlangıç biti algıladığında, gelen bitleri baud hızı olarak bilinen belirli bir frekansta okumaya başlar. Baud hızı, saniyede bit (bps) olarak ifade edilen veri aktarım hızının bir ölçüsüdür. Her iki UART da yaklaşık olarak aynı baud hızında çalışmalıdır. Verici ve alıcı UART'lar arasındaki baud hızı, bitlerin zamanlaması çok uzaklaşmadan önce yalnızca yaklaşık %10 oranında farklılık gösterebilir.

4. Adım:

Her iki UART da aynı veri paketi yapısını iletmek ve almak için yapılandırılmalıdır.

Adım 5: UART NASIL ÇALIŞIR

Veri gönderecek olan UART, verileri bir veri yolundan alır. Veri yolu, CPU, bellek veya mikro denetleyici gibi başka bir cihaz tarafından UART'a veri göndermek için kullanılır. Veriler, veri yolundan ileten UART'a paralel biçimde aktarılır. Verici UART, veri yolundan paralel verileri aldıktan sonra, bir başlangıç biti, bir eşlik biti ve bir durdurma biti ekleyerek veri paketini oluşturur. Daha sonra, veri paketi seri olarak Tx pininde bit bit olarak çıktılanır. Alıcı UART, veri paketini Rx pininde bit bit okur. Alıcı UART daha sonra verileri tekrar paralel forma dönüştürür ve başlangıç bitini, eşlik bitini ve bitiş bitlerini kaldırır. Son olarak, alıcı UART, veri paketini alıcı uçtaki veri yoluna paralel olarak aktarır:

Adım 6: UART'ın Nasıl Çalıştığını Görüntüleyin

7. Adım:

UART tarafından iletilen veriler paketler halinde düzenlenir. Her paket 1 başlangıç biti, 5 ila 9 veri biti (UART'a bağlı olarak), isteğe bağlı bir eşlik biti ve 1 veya 2 durdurma biti içerir:

Adım 8: UART İletilen Veriler Paket Görüntüsü Olarak Düzenlenir

9. Adım:

BAŞLANGIÇ BIT

UART veri iletim hattı, veri iletmediğinde normalde yüksek voltaj seviyesinde tutulur. Veri aktarımını başlatmak için, ileten UART, bir saat döngüsü için iletim hattını yüksekten düşüğe çeker. Alıcı UART, yüksek voltajdan düşük voltaja geçişi algıladığında, veri çerçevesindeki bitleri baud hızının frekansında okumaya başlar.

VERİ ÇERÇEVESİ

Veri çerçevesi, aktarılmakta olan gerçek verileri içerir. Bir eşlik biti kullanılıyorsa, 8 bit uzunluğunda 5 bit olabilir. Eşlik biti kullanılmazsa, veri çerçevesi 9 bit uzunluğunda olabilir. Çoğu durumda, veriler önce en az anlamlı bit ile gönderilir.

parite

Parite, bir sayının çiftliğini veya tekliğini tanımlar. Eşlik biti, alıcı UART'ın iletim sırasında herhangi bir verinin değişip değişmediğini söylemesinin bir yoludur. Bitler, elektromanyetik radyasyon, uyumsuz baud hızları veya uzun mesafeli veri aktarımları ile değiştirilebilir. Alıcı UART, veri çerçevesini okuduktan sonra, 1 değerindeki bit sayısını sayar ve toplamın çift mi yoksa tek sayı mı olduğunu kontrol eder. Eşlik biti 0 (çift eşlik) ise, veri çerçevesindeki 1 bitin toplamı çift sayı olmalıdır. Eşlik biti 1 ise (tek eşlik), veri çerçevesindeki 1 bitin toplamı tek sayı olmalıdır. Parite biti verilerle eşleştiğinde, UART iletimin hatasız olduğunu bilir. Ancak eşlik biti 0 ise ve toplam tek ise; veya eşlik biti 1'dir ve toplam çift ise, UART veri çerçevesindeki bitlerin değiştiğini bilir.

DUR BIÇLARI

o veri paketinin sonunu bildirir, gönderen UART, veri iletim hattını en az iki bitlik bir süre boyunca düşük voltajdan yüksek voltaja sürer.

Adım 10: UART İLETİMİNİN ADIMLARI

1. Verici UART, veri yolundan paralel olarak veri alır:

Adım 11: Görüntü Aktaran UART, Veri Yolundan Paralel Olarak Veri Alır

Adım 12: 2. Verici UART, Veri Çerçevesine Başlangıç Biti, Eşlik Biti ve Durdurma Bit(ler)ini Ekler:

Adım 13: 3. Paketin Tamamı, Verici UART'tan Alıcı UART'a Seri Olarak Gönderilir. Alıcı UART, Veri Hattını Önceden Konfigüre Edilmiş Baud Hızında Örnekler:

Adım 14: 4. Alıcı UART, Başlangıç Bitini, Eşlik Bitini ve Durdurma Bitini Veri Çerçevesinden Çıkarır:

Adım 15: 5. Alıcı UART, Seri Veriyi Tekrar Paralele Dönüştürür ve Alıcı Taraftaki Veri Yoluna Aktarır:

Adım 16: UARTS'IN AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI

Hiçbir iletişim protokolü mükemmel değildir, ancak UART'lar yaptıkları işte oldukça iyidir. Projenizin gereksinimlerine uyup uymadıklarına karar vermenize yardımcı olacak bazı artıları ve eksileri şunlardır:

AVANTAJLAR

Yalnızca iki kablo kullanır Saat sinyali gerekmez Hata denetimine izin vermek için bir eşlik biti vardır Her iki taraf da buna göre ayarlandığı sürece değiştirilebilir Veri paketinin yapısı değiştirilebilir İyi belgelenmiş ve yaygın olarak kullanılan yöntem DEZAVANTAJLAR

Veri çerçevesinin boyutu maksimum 9 bit ile sınırlıdır Çoklu bağımlı veya çoklu ana sistemleri desteklemez Her UART'ın baud hızları birbirinin %10'u dahilinde olmalıdır Bu serinin üçüncü bölümüne devam edin, Temel Bilgiler Elektronik cihazların başka bir şekilde iletişim kurmasını öğrenmek için I2C İletişim Protokolü. Veya henüz yapmadıysanız, SPI İletişim Protokolünün Temelleri olan birinci bölüme bakın.

Ve her zaman olduğu gibi, sorularınız veya eklemek istediğiniz başka bir şey varsa yorumlarda bana bildirin! Bu makaleyi beğendiyseniz ve bunun gibi daha fazlasını görmek istiyorsanız, Takip ettiğinizden emin olun.

Saygılarımızla

M. Junaid