إذا تذكرنا أجزاء الكمبيوتر القديمة مثل الطابعة والماوس ، فإن لوحة المفاتيح مرتبطة بمساعدة الموصلات. يمكن إجراء عملية الاتصال بين الكمبيوتر وهذه الأجزاء باستخدام UART. لقد غير Universal Serial Bus (USB) جميع أنواع مبادئ الاتصال على أجهزة الكمبيوتر. ولكن ، لا يزال UART مستخدمًا في التطبيقات المذكورة أعلاه. تقريبا كل شيء أنواع الميكروكونترولر تحتوي البنى المعمارية على أجهزة UART مدمجة بسبب الاتصال التسلسلي وتستخدم كبلين فقط للاتصال. تتناول هذه المقالة ما UART ، كيف يعمل UART ، الفرق بين الاتصال التسلسلي والمتوازي ، مخطط كتلة UART ، اتصالات UART ، واجهة UART ، التطبيقات ، المزايا والعيوب.
ما هو UART؟
ال شكل UART الكامل هو 'جهاز استقبال / مرسل غير متزامن عالمي' ، وهو عبارة عن دائرة متكاملة داخل وحدة تحكم دقيقة ولكنها ليست مثل بروتوكول الاتصال (I2C & SPI). تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ UART في توصيل البيانات التسلسلي. في UART ، يمكن إجراء الاتصال بين جهازين بطريقتين هما اتصال البيانات التسلسلي واتصال البيانات المتوازي.
UART
الاتصال التسلسلي والمتوازي
في اتصالات البيانات التسلسلية ، يمكن نقل البيانات من خلال كابل أو خط واحد في شكل بت ببتة وتتطلب فقط كبلين. اتصالات البيانات التسلسلية ليست باهظة الثمن عند مقارنتها بالاتصال الموازي. إنها تتطلب دوائر كهربائية وأسلاك أقل. وبالتالي ، فإن هذا الاتصال مفيد جدًا في الدوائر المركبة مقارنةً بالاتصال المتوازي.
في اتصال البيانات المتوازي ، يمكن نقل البيانات عبر كبلات متعددة في وقت واحد. يعد اتصال البيانات الموازي مكلفًا وسريعًا جدًا ، حيث يتطلب أجهزة وكابلات إضافية. أفضل الأمثلة على هذا الاتصال هي الطابعات القديمة و PCI و RAM وما إلى ذلك.
التواصل الموازي
مخطط كتلة UART
يتكون مخطط كتلة UART من مكونين هما المرسل والمستقبل الموضح أدناه. يشتمل قسم المرسل على ثلاث فدرات هي سجل حجز الإرسال وسجل الإزاحة ومنطق التحكم أيضًا. وبالمثل ، يتضمن قسم المستلم سجل حجز الاستلام وسجل التحول ومنطق التحكم. يتم توفير هذين القسمين بشكل عام بواسطة مولد معدل البث بالباود. يستخدم هذا المولد لتوليد السرعة عندما يتعين على قسم المرسل وقسم جهاز الاستقبال إرسال البيانات أو استقبالها.
يشتمل سجل الحجز في جهاز الإرسال على بايت البيانات المراد إرسالها. تقوم سجلات الإزاحة في المرسل والمستقبل بنقل البتات إلى اليمين أو اليسار حتى يتم إرسال أو استقبال بايت من البيانات. يتم استخدام منطق التحكم في القراءة (أو) الكتابة لمعرفة متى تقرأ أو تكتب.
مولد معدل البث بالباود بين المرسل والمستقبل يولد السرعة التي تتراوح من 110 بت في الثانية إلى 230400 بت في الثانية. عادةً ما تكون معدلات الباود لوحدات التحكم الدقيقة من 9600 إلى 115200.
مخطط كتلة UART
اتصالات UART
في هذا الاتصال ، يتوفر نوعان من UARTs وهما إرسال UART واستقبال UART ، ويمكن إجراء الاتصال بين هذين النوعين مباشرة من قبل بعضهما البعض. لهذا ، يلزم وجود كبلين للتواصل بين جهازي UART. سيكون تدفق البيانات من دبابيس الإرسال (Tx) والاستقبال (Rx) من UARTs. في UART ، يمكن نقل البيانات من Tx UART إلى Rx UART بشكل غير متزامن (لا توجد إشارة CLK لمزامنة بتات o / p).
يمكن نقل بيانات UART باستخدام ناقل بيانات في شكل متوازي بواسطة أجهزة أخرى مثل وحدة التحكم الدقيقة والذاكرة ووحدة المعالجة المركزية وما إلى ذلك. بعد تلقي البيانات المتوازية من الناقل ، فإنها تشكل حزمة بيانات عن طريق إضافة ثلاث بتات مثل البداية والتوقف والتكافؤ. يقرأ حزمة البيانات شيئًا فشيئًا ويحول البيانات المستلمة إلى النموذج المتوازي لإزالة البتات الثلاث من حزمة البيانات. في الختام ، يتم نقل حزمة البيانات التي يتلقاها UART بالتوازي نحو ناقل البيانات عند الطرف المستقبل.
اتصالات UART
ابدأ بت
يُعرف بت بدء التشغيل أيضًا بتزامن يتم وضعه قبل البيانات الفعلية. بشكل عام ، يتم التحكم في خط نقل البيانات غير النشط عند مستوى الجهد العالي. من أجل بدء نقل البيانات ، يقوم الإرسال UART بسحب خط البيانات من مستوى الجهد العالي (1) إلى مستوى الجهد المنخفض (0). يلاحظ الحصول على UART هذا التحول من المستوى العالي إلى المستوى المنخفض عبر خط البيانات وكذلك يبدأ في فهم البيانات الحقيقية. بشكل عام ، هناك مجرد بداية واحدة.
توقف بت
يتم وضع Stop Bit في نهاية حزمة البيانات. عادةً ما يكون هذا البت طويلًا بمقدار 2 بت ولكن كثيرًا ما يتم استخدامه فقط على البت. من أجل إيقاف البث ، يجب أن يكون ملف UART يحافظ على خط البيانات على الجهد العالي.
بت التكافؤ
يتيح بت التكافؤ للمستقبل التأكد مما إذا كانت البيانات المجمعة صحيحة أم لا. إنه نظام فحص الأخطاء منخفض المستوى ويتوفر بت التكافؤ في نطاقين مثل التكافؤ الزوجي وكذلك التكافؤ الفردي. في الواقع ، لا يتم استخدام هذا الجزء على نطاق واسع ، لذا فهو ليس إلزاميًا.
بتات البيانات أو إطار البيانات
تتضمن بتات البيانات البيانات الحقيقية التي يتم نقلها من المرسل إلى المستقبل. يمكن أن يكون طول إطار البيانات بين 5 و 8. إذا لم يتم استخدام بت التكافؤ عندما يكون طول إطار البيانات 9 بتات. بشكل عام ، LSB للبيانات التي سيتم إرسالها أولاً ، فهي مفيدة جدًا للإرسال.
واجهة UART
يوضح الشكل التالي تفاعل UART مع متحكم . يمكن إجراء اتصال UART باستخدام ثلاث إشارات مثل TXD و RXD و GND.
باستخدام هذا ، يمكننا عرض نص في الكمبيوتر الشخصي من لوحة متحكم 8051 بالإضافة إلى وحدة UART. في لوحة 8051 ، هناك نوعان من الواجهات التسلسلية مثل UART0 و UART1. هنا ، يتم استخدام واجهة UART0. ينقل Tx pin المعلومات إلى PC & Rx pin يتلقى المعلومات من جهاز الكمبيوتر. يمكن استخدام معدل الباود للإشارة إلى سرعات كل من وحدة التحكم الدقيقة والكمبيوتر الشخصي. يمكن إجراء نقل البيانات واستقبالها بشكل صحيح عندما تتشابه معدلات البث بالباود لكل من وحدة التحكم الدقيقة والكمبيوتر الشخصي.
واجهة UART
تطبيقات UART
تُستخدم UART عادةً في المتحكمات الدقيقة للمتطلبات الدقيقة ، وهي متوفرة أيضًا في أجهزة اتصال مختلفة مثل اتصالات لاسلكية ، وحدات GPS ، وحدة بلوتوث والعديد من التطبيقات الأخرى.
تُستخدم معايير الاتصال مثل RS422 و TIA في UART باستثناء RS232. عادةً ما يكون UART عبارة عن IC منفصل يستخدم في الاتصالات التسلسلية UART.
مزايا وعيوب UART
تشمل إيجابيات وسلبيات UART ما يلي
- يتطلب فقط سلكين لاتصالات البيانات
- إشارة CLK غير مطلوبة.
- يتضمن بت تماثل للسماح بفحص الأخطاء
- يمكن تعديل ترتيب حزم البيانات لأن كلا السطحين مرتبان لذلك
- حجم إطار البيانات بحد أقصى 9 بت
- لا يحتوي على العديد من أنظمة الرقيق (أو) الرئيسية
- يجب أن يكون كل معدل باود UART في 10٪ من بعضها البعض
وبالتالي ، هذا كله يتعلق بنظرة عامة عن جهاز استقبال عالمي غير متزامن (UART) هي إحدى الواجهات الأساسية التي توفر اتصالًا بسيطًا وفعالًا من حيث التكلفة ومتسقًا بين وحدة التحكم الدقيقة وكذلك الكمبيوتر. هنا سؤال لك ما هي دبابيس UART ؟
