أساسيات الاتصال UART: 16 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هل تتذكر عندما كانت الطابعات والفئران وأجهزة المودم بها كبلات سميكة مع تلك الموصلات الضخمة عالية الأداء؟ تلك التي يجب حرفيًا تثبيتها في جهاز الكمبيوتر الخاص بك؟ ربما كانت هذه الأجهزة تستخدم UARTs للتواصل مع جهاز الكمبيوتر الخاص بك. في حين أن USB قد استبدل تلك الكابلات والموصلات القديمة بالكامل تقريبًا ، فإن UARTs بالتأكيد ليست شيئًا من الماضي. ستجد UARTs تُستخدم في العديد من مشاريع الإلكترونيات DIY لتوصيل وحدات GPS ووحدات Bluetooth ووحدات قارئ بطاقة RFID بـ Raspberry Pi أو Arduino أو المتحكمات الدقيقة الأخرى.

UART تعني جهاز استقبال / جهاز إرسال غير متزامن عالمي. إنه ليس بروتوكول اتصال مثل SPI و I2C ، ولكنه دائرة مادية في متحكم دقيق ، أو دائرة متكاملة قائمة بذاتها. الغرض الرئيسي من UART هو إرسال واستقبال البيانات التسلسلية.

أحد أفضل الأشياء في UART هو أنه يستخدم سلكين فقط لنقل البيانات بين الأجهزة. من السهل فهم المبادئ الكامنة وراء UART ، ولكن إذا لم تقرأ الجزء الأول من هذه السلسلة ، أساسيات بروتوكول الاتصال SPI ، فقد يكون هذا مكانًا جيدًا للبدء.

الخطوة 1: مقدمة للاتصال UART

في اتصال UART ، يتواصل اثنان من UARTs مباشرة مع بعضهما البعض. يحول UART المرسل البيانات المتوازية من جهاز تحكم مثل وحدة المعالجة المركزية إلى شكل تسلسلي ، وينقلها بشكل تسلسلي إلى UART المستقبِل ، والذي يحول البيانات التسلسلية مرة أخرى إلى بيانات متوازية لجهاز الاستقبال. هناك حاجة إلى سلكين فقط لنقل البيانات بين جهازي UART. تتدفق البيانات من دبوس Tx الخاص بجهاز UART المرسل إلى دبوس Rx الخاص بجهاز UART المستقبِل:

الخطوة 2: تدفقات البيانات من Tx Pin الخاص بجهاز UART المرسل إلى Rx Pin الخاص بجهاز UART المستلم:

الخطوه 3:

تنقل UART البيانات بشكل غير متزامن ، مما يعني عدم وجود إشارة على مدار الساعة لمزامنة إخراج البتات من UART المرسل إلى أخذ عينات البتات بواسطة UART المستقبِل. بدلاً من إشارة الساعة ، يضيف UART المرسل بتات البدء والإيقاف إلى حزمة البيانات التي يتم نقلها. تحدد هذه البتات بداية ونهاية حزمة البيانات حتى يعرف UART المتلقي متى يبدأ في قراءة البتات.

عندما يكتشف UART المستقبِل بتة البداية ، فإنه يبدأ في قراءة البتات الواردة بتردد معين يُعرف باسم معدل البث بالباود. معدل الباود هو مقياس لسرعة نقل البيانات ، معبراً عنه بالبت في الثانية (بت في الثانية). يجب أن يعمل كل من UARTs بنفس معدل الباود تقريبًا. يمكن أن يختلف معدل البث بالباود بين UARTs للإرسال والاستقبال بنسبة 10٪ فقط قبل أن يصبح توقيت البتات بعيدًا جدًا.

الخطوة الرابعة:

يجب أيضًا تكوين كلا من UARTs لإرسال واستقبال نفس بنية حزمة البيانات.

الخطوة 5: كيف يعمل UART

يتلقى UART الذي سينقل البيانات البيانات من ناقل البيانات. يتم استخدام ناقل البيانات لإرسال البيانات إلى UART بواسطة جهاز آخر مثل وحدة المعالجة المركزية أو الذاكرة أو وحدة التحكم الدقيقة. يتم نقل البيانات من ناقل البيانات إلى UART المرسل بشكل متوازي. بعد أن يحصل UART المرسل على البيانات المتوازية من ناقل البيانات ، فإنه يضيف بت البداية ، وبت التكافؤ ، وبت التوقف ، مما يؤدي إلى إنشاء حزمة البيانات. بعد ذلك ، يتم إخراج حزمة البيانات بشكل متسلسل ، شيئًا فشيئًا عند دبوس Tx. يقرأ UART المستقبِل حزمة البيانات شيئًا فشيئًا عند دبوس Rx الخاص به. ثم يقوم UART المستلم بتحويل البيانات مرة أخرى إلى شكل متوازي ويزيل بت البداية وبت التكافؤ وبتات التوقف. أخيرًا ، ينقل UART المستلم حزمة البيانات بالتوازي مع ناقل البيانات على الطرف المستلم:

الخطوة 6: صورة كيف يعمل UART

الخطوة السابعة:

يتم تنظيم البيانات المرسلة UART في حزم. تحتوي كل حزمة على 1 بت بدء ، و 5 إلى 9 بتات بيانات (اعتمادًا على UART) ، وبت تماثل اختياري ، و 1 أو 2 بت توقف:

الخطوة 8: يتم تنظيم البيانات المنقولة من UART في صورة حزم

الخطوة 9:

ابدأ بت

عادةً ما يتم الاحتفاظ بخط نقل البيانات UART عند مستوى جهد عالٍ عندما لا يقوم بنقل البيانات. لبدء نقل البيانات ، يسحب UART المرسل خط النقل من أعلى إلى منخفض لدورة ساعة واحدة. عندما يكتشف UART المستقبِل انتقال الجهد العالي إلى المنخفض ، يبدأ في قراءة البتات في إطار البيانات بتردد معدل البث بالباود.

إطار البيانات

يحتوي إطار البيانات على البيانات الفعلية التي يتم نقلها. يمكن أن يصل طولها إلى 5 بتات حتى 8 بتات إذا تم استخدام بت تماثل. في حالة عدم استخدام بتة تعادلية ، يمكن أن يبلغ طول إطار البيانات 9 بتات. في معظم الحالات ، يتم إرسال البيانات مع البت الأقل أهمية أولاً.

الأبوة

يصف التكافؤ العدد المتساوي أو الغريب. بت التكافؤ هي طريقة يستخدمها UART المتلقي لمعرفة ما إذا كانت أي بيانات قد تغيرت أثناء الإرسال. يمكن تغيير البتات عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي أو معدلات البث بالباود غير المتطابقة أو عمليات نقل البيانات لمسافات طويلة. بعد أن يقرأ UART المستلم إطار البيانات ، فإنه يحسب عدد البتات بقيمة 1 ويتحقق مما إذا كان الإجمالي عددًا زوجيًا أم فرديًا. إذا كانت بتة التكافؤ تساوي 0 (تعادل زوجي) ، يجب أن يصل مجموع البتات 1 في إطار البيانات إلى عدد زوجي. إذا كانت بتة التكافؤ 1 (تكافؤ فردي) ، يجب أن يصل مجموع البتات 1 في إطار البيانات إلى رقم فردي. عندما تطابق بت التكافؤ البيانات ، يعرف UART أن الإرسال كان خاليًا من الأخطاء. ولكن إذا كانت بت التكافؤ تساوي 0 ، وكان الإجمالي فرديًا ؛ أو أن بت التكافؤ هو 1 ، والإجمالي متساو ، يعرف UART أن البتات في إطار البيانات قد تغيرت.

نقطة التوقف

o إشارة إلى نهاية حزمة البيانات ، يقوم UART المرسل بتوجيه خط نقل البيانات من جهد منخفض إلى جهد عالٍ لفترتي بت على الأقل.

الخطوة 10: خطوات الإرسال السريع

1. يستقبل UART المرسل البيانات بالتوازي من ناقل البيانات:

الخطوة 11: صورة نقل UART يستقبل البيانات بالتوازي من ناقل البيانات

الخطوة 12: 2. يضيف UART المرسل بت البداية وبت التماثل وبت (بت) الإيقاف إلى إطار البيانات:

الخطوة 13: 3. يتم إرسال الحزمة بأكملها بشكل تسلسلي من UART المرسل إلى UART المستلم. يقوم جهاز الاستقبال UART بأخذ عينات من خط البيانات بمعدل Baud المُعد مسبقًا:

الخطوة 14: 4. يتجاهل جهاز الاستقبال UART بت البداية وبت التماثل وبت الإيقاف من إطار البيانات:

الخطوة 15: 5. UART المتلقي يحول البيانات التسلسلية مرة أخرى إلى التوازي وينقلها إلى ناقل البيانات في نهاية الاستلام:

الخطوة 16: مزايا وعيوب الأورام

لا يوجد بروتوكول اتصال مثالي ، لكن UARTs جيدة جدًا في ما تفعله. إليك بعض الإيجابيات والسلبيات لمساعدتك في تحديد ما إذا كانت تناسب احتياجات مشروعك أم لا:

مزايا

يستخدم فقط سلكين لا توجد حاجة لإشارة الساعة بها بت تكافؤ للسماح بفحص الأخطاء يمكن تغيير بنية حزمة البيانات طالما تم إعداد كلا الجانبين لها طريقة موثقة جيدًا ومستخدمة على نطاق واسع العيوب

يقتصر حجم إطار البيانات على 9 بتات بحد أقصى لا يدعم أنظمة فرعية متعددة أو أنظمة رئيسية متعددة يجب أن تكون معدلات البث بالباود لكل UART في حدود 10٪ من بعضها البعض تابع إلى الجزء الثالث من هذه السلسلة ، أساسيات بروتوكول الاتصالات I2C للتعرف على طريقة أخرى لتواصل الأجهزة الإلكترونية. أو إذا لم تكن قد قمت بذلك بالفعل ، فراجع الجزء الأول ، أساسيات بروتوكول اتصال SPI.

وكالعادة ، أخبرني في التعليقات إذا كانت لديك أسئلة أو أي شيء آخر تضيفه! إذا أعجبك هذا المقال وترغب في رؤية المزيد مثله ، فتأكد من المتابعة

يعتبر

م. جنيد