Здесь стречается несколько обозначений, это интерфейс/микросхема/протокол, но в любом случае его основная задача — связать между собой 2 или более устройства, он может быть представлен в виде отдельной микросхемы, быть частью более сложного цифрового устройства (микроконтроллер), либо реализован программно.
Подавать данные в UART можно в различном виде (параллельно, последовательно, различной разрядности), но выдаёт он их в виде в котором их поймёт UART приёмопередатчик на другом конце.
UART передаёт данные последовательно бит за битом, которые посылаются через равные промежутки времени.
Есть сихронный вариант : USART, в нём скорость передачи зависит от синхроимпульсов.
Скорость передачи данных по UART измеряется в бодах (в данном случае биты в секунду) другое название битрейт. Есть общепринятый стандарт скоростей, чаще всего используют 9600 бод. Длительность 1 бита : 1/9600 = 104 мкс.
При отсутствии передачи данных, линия передачи выставляется в лог.1, это пассивное состояние (IDLE). Если начинается передача данных сперва поссылается СТАРТ бит (St), на котором лог.0. После него следует от 5 до 9 битов данных.
Читаем «журнал» LOG процессора при ремонте телевизоров по RS232
При желании можно добавить бит паритета (контроля чётности) [P], он может проверять на чётное или не чётное количество единичек в послании (в зависимости от реализации). К примеру если мы проверяем на НЕ чётное число единиц, то в [P] будет передана лог.1 если в нашем сообщении есть 1, 3, 5, 7 или 9 единиц.
В конце идут 1 или 2 СТОП бита (Sp1) [Sp2], (в зависимости от реализации) которые выдают на выход высокий уровень.
После них можно сразу начать передачу другого сообщения.
| Рис.1 Передача данных UART |
Передача данных может быть только в 1 сторону, это обозначается сленговым словом симплекс (simplex), в 2 стороны поочерёдно — полудуплекс (half duplex) и в обе стороны одновременно — дуплекс (full duplex).
Сам UART обычно не передаёт и не принимает внешние сигналы на линии передачи, для этого используются промежуточные интерфейсы реализующие физический уровень передачи соответствующий различным стандартам, иногда их могут называть последовательные линии связи.
На физическом уровне определяется диапазон напряжений логических уровней для передачи, передающая частота, максимальная длина кабеля, тип используемого провода и т.д.
RS-232
Самый популярный стандарт это RS-232 (Recommended Standard 232).
Логический 0 от +3 В до +15 В.
Логическая 1 от -3 В до -15 В.
К сожалению нет точной характеристики на определение расстояния на который можно передавать данные по данному типу кабеля при заданной скорости.
На «средних скоростях» и с «обычным куском проводов» данные можно передать на ≈ 15 м.
При скорости 115200 бод на 1,5 м.
Терминальный лог с телевизора (подробно)
Изначально для этого стандарта использовались коннекторы с 25 выводами типа D-sub, половину контактов не использовали и перешли на 9 выводов, которые использовали на персональных компьютерах в вместе с интерфейсом под названием COM-порт или Последовательный порт.
Затем опустились до 5 и наконец 3 выводов:
приём (RxD — Received Data),
передача (TxD — Transmitted Data),
земля.
Довольно популярны микросхемы преобразователи USB — RS232, к примеру FT232R.
Они превращают USB порт в «виртуальный» COM-порт. с COM портом проще работать чем с USB, для него легче написать программу и на большинстве цифровых устройств на борту есть UART интерфейс работающий по RS-232 стандарту.
RS-485
Есть несколько других стандартов, но на втором месте по популярности стоит RS-485, который используется в промышленности.
Здесь возможна передача данных на 1 км с хорошей помехозащищённостью. В качестве провода применяется витая пара, кабель для интернета распространённый представитель витой пары.
 |
| Рис.2 Витая пара |
Напряжения передающиеся по проводам от -7 до +12 В. Передача осуществляется по 2 проводам, логический уровень определяется разницей напряжений на этих проводах.
Есть 2 провода A и Б.
Логический 0 — отрицательное напряжение (А-Б < −200 мВ)
Логическая 1 — Положительное напряжение (А-Б > +200 мВ)
На этом всё, следует добавить что в микроконтроллере используются стандартные уровни напряжений для лог.0 и лог.1.
Источник: 4a4ik.blogspot.com
UART-интерфейс: описание, использование
Помните, когда у принтеров, мышей и модемов были толстые кабели с этими огромными неуклюжими разъемами? Те, которые буквально должны были ввинчиваться в компьютер? Мало кто знает, что эти UART-компоненты использовались для связи с вашим компьютером. Почти полностью заменила эти старые кабели и разъемы технология USB.
UART-интерфейсы, описание которых найдете в этой статье, не ушли в прошлое. Их используют во многих проектах электроники DIY для подключения GPS, Bluetooth и модулей считывания карт RFID к Pi, Arduino или другим микроконтроллерам.
UART-интерфейс: описание
UART означает универсальный асинхронный приемник/передатчик. Это не коммуникационный протокол, такой как SPI и I2C, а физическая схема в микроконтроллере. Основной целью является передача и получение информации. Одно из лучших достижений технологии заключается в том, что он использует только два провода.
UART-интерфейс — это два устройства, которые обмениваются данными друг с другом. Передающий источник преобразует информацию с управляющего устройства, такого как центральный процессор, в последовательную форму, передает его в последовательном порядке на принимающий UART, который преобразует значения для принимающего устройства. Для передачи информации между двумя устройствами требуется только два провода.
Введение в коммуникацию UART
UART RS485 передае т данные асинхронно, что означает отсутствие сигнала для синхронизации выхода битов от передающего устройства к принимающему. Вместо тактового сигнала передающий UART добавляет биты начала и окончания передаваемого пакета. Эти параметры определяют начало и конец документа.
Когда принимающий UART обнаруживает стартовый бит, он начинает считывать входящие биты с определенной частотой, известной как скорость передачи. Скорость передачи данных является мерой скорости, выраженной в единице измерения, — бит/с. Оба устройства должны работать примерно с одинаковой скоростью передачи. Скорость передачи между передающим и принимающим устройствами может отличаться на 10%.
Оба прибора также должны быть сконфигурированы для передачи и получения той же структуры пакета.
UART — что это и как это работает?
UART, который собирается передавать информацию, получает ее из шины данных. Она используется для отправки информации другим устройством, таким как процессор, память или микроконтроллер. После того как передающий UART получает параллельные данные из шины данных, он добавляет бит начала, четности и стоп-бит, создавая пакет данных. Затем пакет выводится последовательно, по частям.
Принимающий UART считывает бит данных на свой вывод. Получающий UART преобразует информацию обратно в параллельную форму, удаляет бит начала и стоповые биты. Наконец, принимающий UART передает пакет данных параллельно шине данных на принимающей стороне.
Линия передачи обычно удерживается на высоком уровне напряжения, когда она не передает информацию. Для запуска передачи данных передающий UART тянет линию передачи от высокого к низкому за один такт. Когда принимающий UART обнаруживает переход от высокого к низкому напряжению, он начинает считывать биты в кадре данных с частотой передачи в бодах.
Технические особенности
Базовая система UART обеспечивает надежную, умеренную скорость, полнодуплексную связь с тремя сигналами: Tx (переданные последовательные данные), Rx (полученные последовательные данные) и земля. В отличие от других протоколов, таких как SPI и I2C, никакого тактового сигнала не требуется, поскольку пользователь предоставляет аппаратному обеспечению UART необходимую информацию о времени.
Типичный сигнал данных в описании UART-интерфейса — это просто напряжение, которое переходит между логическим низким и логическим высоким значением. Приемник может корректно преобразовывать эти логические состояния в цифровые данные только в том случае, если он знает, когда пробовать сигнал. Это можно легко выполнить с использованием отдельного тактового сигнала. Например, передатчик обновляет сигнал данных на каждом фронте фронта, а затем приемник производит выборку данных на каждом заднем фронте.
Ключевые термины
Начальный бит — первый бит однобайтовой передачи. Это указывает на то, что линия данных выходит из состояния бездействия. Состояние бездействия обычно имеет логическую высоту, поэтому стартовый бит является логически низким.
Начальный бит — бит служебной информации. Это означает, что он облегчает связь между приемником и передатчиком, но не передает значимые данные.
Стоповый бит — последний бит однобайтовой передачи. Его логический уровень такой же, как состояние простоя сигнала, то есть логический максимум.
Пошаговая процедура
Чтобы сигнализировать о завершении пакета данных, отправляющий UART подключает линию передачи данных от низкого напряжения к высокому напряжению в течение двух бит продолжительности.
Описание интерфейса UART:
- Передающий UART принимает данные параллельно от шины данных и добавляет начальный бит, бит четности и стоп-бит(-ы) в кадр данных.
- Весь пакет отправляется последовательно от передающего к принимающему UART, который производит выборку линии данных с заранее сконфигурированной скоростью передачи данных.
- Принимающий UART отбрасывает начальный бит, бит четности и стоповый бит из кадра данных, преобразует последовательные данные обратно в параллель, передает их на шину данных на принимающей стороне.
- Преобразует полученные байты с компьютера по параллельным схемам в один последовательный бит-поток для исходящей передачи.
- При входящей передаче преобразует поток последовательного бита в байты, которые обрабатывает компьютер.
- Добавляет бит четности (если он был выбран) исходящих передач, проверяет четность входящих байтов (если выбрано), отбрасывает бит четности.
- Добавляет разделители начала и окончания исходящих, удаляет их из входящих передач.
Преимущества и недостатки
Протокол связи не является совершенным, но UART довольно хороши в том, что они делают. Вот некоторые плюсы и минусы, которые помогут решить, соответствуют ли они потребностям вашего проекта:
- Используется только два провода.
- Нет сигнала синхронизации.
- Имеет бит четности для проверки ошибок.
- Структура пакета данных может быть изменена, если для нее настроены обе стороны.
- Хорошо документированный и широко используемый метод.
- Размер кадра данных ограничен максимумом в 9 бит.
- Не поддерживает нескольких подчиненных или нескольких мастер-систем.
Кроме того, скорость передачи данных каждого UART-интерфейса Arduino должна находиться в пределах 10% друг от друга.
Источник: fb.ru
Урок 10. Работа с UART интерфейсом
В этом уроке я расскажу про UART интерфейс в микроконтроллерах AVR и про работу с ним в BASCOM-AVR. UART это универсальный асинхронный приёмопередатчик. Сам интерфейс достаточно распространён и имеется практически во всех AVR микроконтроллерах, исключения лишь составляет микроконтроллер Attiny13 и еще некоторые.
Передача данных осуществляется по биту в равные промежутки времени, этот промежуток времени задаётся скоростью в бодах, вот например стандартные скорости: 4800 бод, 9600 бод, 19200 бод, 38400 бод и т.д. Следует также учесть, что скорость должна быть одинаковой с обеих сторон подключения. Кстати приёмник и передатчик работают независимо.
Подключение UART осуществляется по трём линиям: RXD – приём, TXD – передача и GND – общий (минус). Подключать UART надо, так сказать «наоборот» RXD к TXD, а TXD к RXD как на картинке ниже: 
Работа с UART в BASCOM-AVR
Прежде всего, перед началом работы с UART нужно указать скорость в бодах, делается это командой: $baud = (скорость). Например: $baud = 9600 .Также не забываем указывать реальную частоту тактового генератора командой $crystal = (скорость Hz), в ином случае скорость работы программы будет не совпадать со скоростью работы микроконтроллера и в итоге приём или передача данных будет неверная.
Пример написания команды $crystal на частоту 8МГц: $crystal = 8000000. Кстати, имеет смысл открыть окно настроек в BASCOM-AVR (Options>Compiler>Communications): В этом окне настроек вы можете указать скорость работы UART, тактовую частоту тактового генератора и посмотреть процент ошибок при выбранной тактовой частоте.
Но лучше указывать скорость и тактовую частоту непосредственно в самой программе. Кстати процент ошибок при тактовой частоте в 4МГц очень мал (0.16%), но все, же есть. Если вы хотите чтобы процент ошибок был нулевой надо подобрать такую тактовую частоту, которая будет кратна скорости работы UART.
Например, при тактовой частоте 3.6864 МГц и скорости работы UART в 115 200 бод процент ошибок будет нулевым. И так, после указания тактовой частоты и скорости работы UART можно приступить к работе с самим интерфейсом. Чтобы послать, что-либо в UART есть команда Print (переменная или текст в кавычках), вот пример её использования: Print «Hello, world!». Кроме текста в кавычках можно выводить и переменные, причём сразу несколько разделяя точкой с запитой, например: Print «Weight:» ; a ; «kg» или так Print «Hello,» ; «world!» . Также с UART можно и принять, делается это командой Input (текст или переменная в кавычках для посылки), (переменная, куда записывать полученные данные). Как видим всё очень просто: сначала пишем в кавычках текст, который передастся в UART, а потом указываем переменную, в которую запишутся данные полученные данные из UART. Вот пример: Input «Weight:», a
Работа с UART на практике
Ну а теперь попробуем «порулить» UART на практике, сначала соберём простую схему: Потом наберём простую программку, (используя полученные знания) и откомпилируем её. Вот и она:
$crystal = 8000000 $baud = 9600 Dim A As Byte Print «Hello, world!» Print «Hello http://cxem.net» Input «Size:» , A Print «Size=» ; A ; «bytes» End
А работать эта программка будет так: сначала будет посылать в UART текст, а потом будет ждать приёма данных (в данном случае числа) которые запишутся в переменную a и позже пошлёт текст вместе с переменой. Для тех, кому лень компилировать, в файлах к уроку есть готовая прошивка.
Прошиваем микроконтроллер, подключаем выводы микроконтроллера RXD, TXD (подключаем, как я писал выше) и GND к COM порту компьютера (через конвертер уровней) или к USB (USB – UART переходник), открываем на компьютере программу для работы с COM портами, например: Terminal by Bray, Hyper Terminal или Terminal emulator в BASCOM-AVR, указываем COM порт к которому подключились, указываем скорость в бодах, смотрим в окно программы, подаём питание на микроконтроллер и радуемся. Необходимо также учесть, что после прошивки микроконтроллера необходимо установить фьюз биты на нужную нам тактовую частоту генератора в данном случае (для программки выше) на 8МГц. На 8МГц можно использовать внутренний тактовый генератор микроконтроллера и установить фьюз биты вот так (для PonyProg2000): 
В железе: 
На фотографии у меня плата для программирования Attiny2313, USB-UART переходник и программатор USBtiny. Ниже вы можете посмотреть видео, как это работает Файлы для урока (проект в Proteus, исходник, прошивка) прилагаются Урок 11. Работаем с DS1307 микросхемой часов реального времени
Прикрепленные файлы:
- mc129.rar (12 Кб)
Источник: cxem.net