BÁSICOS DA COMUNICAÇÃO UART: 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Lembra quando impressoras, mouses e modems tinham cabos grossos com conectores enormes e desajeitados? Aqueles que literalmente tiveram que ser parafusados no seu computador? Esses dispositivos provavelmente usavam UARTs para se comunicar com seu computador. Embora o USB tenha substituído quase completamente os cabos e conectores antigos, os UARTs definitivamente não são coisa do passado. Você encontrará UARTs sendo usados em muitos projetos eletrônicos DIY para conectar módulos GPS, módulos Bluetooth e módulos de leitor de cartão RFID ao seu Raspberry Pi, Arduino ou outros microcontroladores.

UART significa Receptor / Transmissor Assíncrono Universal. Não é um protocolo de comunicação como SPI e I2C, mas um circuito físico em um microcontrolador ou um IC autônomo. O objetivo principal de um UART é transmitir e receber dados seriais.

Uma das melhores coisas sobre o UART é que ele usa apenas dois fios para transmitir dados entre os dispositivos. Os princípios por trás do UART são fáceis de entender, mas se você não leu a primeira parte desta série, Noções básicas do protocolo de comunicação SPI, esse pode ser um bom lugar para começar.

Etapa 1: INTRODUÇÃO À COMUNICAÇÃO UART

Na comunicação UART, dois UARTs se comunicam diretamente um com o outro. O UART de transmissão converte dados paralelos de um dispositivo de controle como uma CPU em formato serial, os transmite em série para o UART receptor, que então converte os dados seriais de volta em dados paralelos para o dispositivo receptor. Apenas dois fios são necessários para transmitir dados entre dois UARTs. Os dados fluem do pino Tx do UART de transmissão para o pino Rx do UART receptor:

Etapa 2: Os dados fluem do pino Tx do UART transmissor para o pino Rx do UART receptor:

Etapa 3:

Os UARTs transmitem dados de forma assíncrona, o que significa que não há sinal de clock para sincronizar a saída de bits do UART de transmissão para a amostragem de bits pelo UART de recebimento. Em vez de um sinal de relógio, o UART de transmissão adiciona bits de início e fim ao pacote de dados que está sendo transferido. Esses bits definem o início e o fim do pacote de dados para que o UART receptor saiba quando começar a ler os bits.

Quando o UART receptor detecta um bit de início, ele começa a ler os bits de entrada em uma frequência específica conhecida como taxa de transmissão. A taxa de transmissão é uma medida da velocidade de transferência de dados, expressa em bits por segundo (bps). Ambos os UARTs devem operar aproximadamente na mesma taxa de transmissão. A taxa de transmissão entre os UARTs de transmissão e recepção só pode diferir em cerca de 10% antes que o tempo dos bits fique muito diferente.

Passo 4:

Ambos os UARTs também devem ser configurados para transmitir e receber a mesma estrutura de pacote de dados.

Etapa 5: COMO FUNCIONA A UART

O UART que vai transmitir os dados recebe os dados de um barramento de dados. O barramento de dados é usado para enviar dados ao UART por outro dispositivo como uma CPU, memória ou microcontrolador. Os dados são transferidos do barramento de dados para o UART de transmissão de forma paralela. Depois que o UART de transmissão obtém os dados paralelos do barramento de dados, ele adiciona um bit de início, um bit de paridade e um bit de parada, criando o pacote de dados. Em seguida, o pacote de dados é enviado em série, bit a bit no pino Tx. O UART receptor lê o pacote de dados bit a bit em seu pino Rx. O UART receptor então converte os dados de volta para a forma paralela e remove o bit de início, o bit de paridade e os bits de parada. Finalmente, o UART receptor transfere o pacote de dados em paralelo ao barramento de dados na extremidade receptora:

Etapa 6: Imagem de como funciona o UART

Etapa 7:

Os dados transmitidos pelo UART são organizados em pacotes. Cada pacote contém 1 bit de início, 5 a 9 bits de dados (dependendo do UART), um bit de paridade opcional e 1 ou 2 bits de parada:

Etapa 8: os dados transmitidos pelo UART são organizados em imagens de pacotes

Etapa 9:

INICIAR BIT

A linha de transmissão de dados UART é normalmente mantida em um nível de alta tensão quando não está transmitindo dados. Para iniciar a transferência de dados, o UART de transmissão puxa a linha de transmissão de alta para baixa por um ciclo de clock. Quando o UART receptor detecta a transição de alta para baixa tensão, ele começa a ler os bits no quadro de dados na frequência da taxa de transmissão.

QUADRO DE DADOS

O quadro de dados contém os dados reais que estão sendo transferidos. Pode ter 5 bits até 8 bits se um bit de paridade for usado. Se nenhum bit de paridade for usado, o quadro de dados pode ter 9 bits de comprimento. Na maioria dos casos, os dados são enviados com o bit menos significativo primeiro.

PARIDADE

A paridade descreve a uniformidade ou imparcialidade de um número. O bit de paridade é uma forma de o UART receptor saber se algum dado foi alterado durante a transmissão. Os bits podem ser alterados por radiação eletromagnética, taxas de transmissão incompatíveis ou transferências de dados de longa distância. Depois que o UART receptor lê o quadro de dados, ele conta o número de bits com um valor de 1 e verifica se o total é um número par ou ímpar. Se o bit de paridade for 0 (paridade par), os bits 1 no quadro de dados devem totalizar um número par. Se o bit de paridade for 1 (paridade ímpar), os bits 1 no quadro de dados devem totalizar um número ímpar. Quando o bit de paridade corresponde aos dados, o UART sabe que a transmissão estava livre de erros. Mas se o bit de paridade for 0 e o total for ímpar; ou o bit de paridade é 1 e o total é par, o UART sabe que os bits no quadro de dados mudaram.

STOP BITS

Para sinalizar o fim do pacote de dados, o UART de envio conduz a linha de transmissão de dados de uma tensão baixa para uma tensão alta por pelo menos duas durações de bit.

Etapa 10: ETAPAS DE TRANSMISSÃO UART

1. O UART de transmissão recebe dados em paralelo do barramento de dados:

Etapa 11: a transmissão de imagens UART recebe dados em paralelo do barramento de dados

Etapa 12: 2. O UART de transmissão adiciona o bit de início, o bit de paridade e o (s) bit (s) de parada ao quadro de dados:

Etapa 13: 3. Todo o pacote é enviado serialmente do UART de transmissão para o UART de recebimento. o UART de recebimento faz uma amostragem da linha de dados na taxa de transmissão pré-configurada:

Etapa 14: 4. O UART de recepção descarta o bit de início, o bit de paridade e o bit de parada do quadro de dados:

Etapa 15: 5. o UART receptor converte os dados seriais de volta em paralelo e os transfere para o barramento de dados na extremidade receptora:

Etapa 16: VANTAGENS E DESVANTAGENS DE UARTS

Nenhum protocolo de comunicação é perfeito, mas os UARTs são muito bons no que fazem. Aqui estão alguns prós e contras para ajudá-lo a decidir se eles atendem ou não às necessidades do seu projeto:

VANTAGENS

Só usa dois fios. Nenhum sinal de relógio é necessário. Tem um bit de paridade para permitir a verificação de erros. A estrutura do pacote de dados pode ser alterada, desde que ambos os lados estejam configurados para ele. Método bem documentado e amplamente utilizado. DESVANTAGENS

O tamanho do quadro de dados é limitado a um máximo de 9 bits Não suporta múltiplos sistemas escravos ou múltiplos mestres As taxas de baud de cada UART devem estar dentro de 10% uma da outra Continue na parte três desta série, Noções básicas do Protocolo de Comunicação I2C para aprender sobre outra forma de comunicação de dispositivos eletrônicos. Ou, se ainda não o fez, verifique a primeira parte, Noções básicas do protocolo de comunicação SPI.

E como sempre, deixe-me saber nos comentários se você tiver alguma dúvida ou algo a acrescentar! Se você gostou deste artigo e deseja ver outros semelhantes, não deixe de seguir

Cumprimentos

M. Junaid