UART - Il ricevitore-trasmettitore asincrono universale

L'UART è un'interfaccia seriale full duplex. Consente a due dispositivi di comunicare su soli tre fili e supporta velocità variabili.

Caratteristiche UART

Come suggerisce il nome, UART è un'interfaccia asincrona. A differenza di SPI o I2C, non è necessario un clock dedicato. I due dispositivi devono solo utilizzare la stessa velocità di trasmissione. La velocità di trasmissione è variabile e determina il numero di bit che il bus può inviare ogni secondo (bit/s).

Anche il formato dei dati è configurabile. Un altro modo per misurare la velocità di trasmissione è il baudrate (bauds/s), dove un baud corrisponde a un simbolo o a un carattere. Quindi, se un baud è costituito da 8 bit, significa che una velocità di trasmissione di 115200 bit/s equivale a 14400 baud/s.

L'UART utilizza due fili di dati, quindi nella maggior parte dei casi la comunicazione è full duplex (entrambe le direzioni contemporaneamente). Inoltre, entrambi i dispositivi UART hanno bisogno di un filo per condividere la tensione di riferimento GROUND. In sintesi, ciò significa che sono necessari solo tre fili.

Cablaggio

Un dispositivo UART ha bisogno di tre pin per comunicare. RX per la lettura, TX per trasmettere e GND per il riferimento a terra.

Collegare i pin RX di entrambi i dispositivi ai pin TX dell'altro dispositivo. Collegare entrambi i pin GND e la configurazione hardware è terminata.

In teoria si potrebbero anche collegare i pin RX di più dispositivi al pin TX di un dispositivo. In questo modo, se si sa cosa si sta facendo, si può lasciare che un dispositivo trasmetta i dati a più dispositivi. Ma l'RX di qualsiasi dispositivo può essere collegato a un solo pin TX alla volta.

Comunicazione UART

È necessario impostare entrambi i dispositivi sulla stessa velocità di trasmissione. Se differisce di oltre 3%, i dati saranno corrotti. I baudrate più comuni sono 4800, 9600, 19200 e 115200, tra gli altri. Inoltre, entrambi i dispositivi devono accettare lo stesso formato di dati e lo stesso bit di parità. Il bit di parità è un mezzo per controllare che i dati trasmessi non presentino errori.

Ogni volta che un dispositivo vuole trasmettere dei dati, inizia inviando il bit di avvio.

Lo stato di inattività del filo dati è ALTO, quindi il trasmettitore lo tira in basso per un ciclo di clock. Quindi tira il filo BASSO per uno 0 e ALTO per un 1 alla frequenza esatta della velocità di trasmissione. Dopo ogni frame di dati invia un bit di parità se si desidera un controllo degli errori. Quindi imposta il filo su HIGH per segnalare il bit di stop.

Vantaggi, svantaggi e applicazioni

Vantaggi

Il vantaggio più evidente è la semplicità dell'UART. Sia il software che l'hardware sono estremamente facili da configurare. La velocità variabile consente di mantenere un consumo energetico molto basso. E naturalmente l'interfaccia consente una comunicazione full duplex.

Inoltre, i dati possono viaggiare su lunghe distanze, fino a 1000 metri.

Svantaggi

L'interfaccia è fondamentalmente limitata a due dispositivi. Inoltre, non c'è un clock per controllare e modificare la velocità di trasmissione durante la trasmissione. Nella maggior parte dei casi è più lenta rispetto, ad esempio, a SPI o I2C.

Applicazioni UART

L'UART è in grado di inviare piccole quantità di dati. È utilizzata da molti ricevitori GPS, moduli Bluetooth, sistemi di comunicazione wireless. o applicazioni basate su RFID.

È anche possibile utilizzare l'interfaccia per collegare il Raspberry Pi al Raspberry Pi Pico, come mostrato in questo video.

Si comporta bene anche nelle applicazioni a lungo raggio in cui SPI e I2C non sono un'opzione.