UART - ユニバーサル非同期レシーバー-トランスミッター

UARTは全二重シリアルインターフェースです。2つのデバイスがわずか3本のワイヤで通信することができ、可変速にも対応しています。

UARTの特性

UARTはその名の通り、非同期式のインターフェースです。SPIやI2Cとは異なり、専用のクロックは必要ありません。2つのデバイスは、同じ伝送速度を使用する必要があるだけです。伝送速度は可変で、バスが1秒間に送信できるビット数(ビット/秒)を決定します。

データ形式も設定可能です。したがって、伝送速度を測るもう一つの方法はボーレート（baud/s）です。1ボーは1シンボルまたは1文字です。1ボーが8ビットの場合、115200ビット/秒のビットレートは14400ボー/秒に相当するわけです。

UARTは2本のデータ線を使用するため、ほとんどの場合、通信は全二重（両方向を同時に）です。さらに、両方のUARTデバイスは、GROUND基準電圧を共有するためのワイヤーを必要とします。まとめると、必要な配線は3本だけということになります。

配線

UARTデバイスが通信するためには、3本のピンが必要です。 RX をお読みください。 TX 送信用と GND GROUND参照用。

両デバイスのRXピンをもう一方のデバイスのTXピンに接続します。両方のGNDピンを接続して、ハードウェアの設定は完了です。

理論的には、複数のデバイスのRXピンを1つのデバイスのTXピンに接続することも可能です。そうすれば、1つのデバイスから複数のデバイスにデータをブロードキャストさせることができます。しかし、どのデバイスのRXも、一度に1つのTXピンにしか接続することができません。

UART通信

両方のデバイスを同じボーレートに設定する必要があります。3%以上異なるとデータが壊れます。一般的なボーレートは4800、9600、19200、115200などです。さらに、両機器は同じデータ形式とパリティビットに合意する必要があります。パリティビットは、送信データに誤りがないかを確認するためのものです。

デバイスがデータを送信しようとするときは、常にスタートビットを送信することから始まります。

データ線のアイドル状態はHIGHであるため、送信機は1クロックサイクルの間、データ線をLOWにする。その後、ボーレートと同じ周波数で、0をLOWに、1をHIGHにします。各データフレームの後、エラーチェックが必要な場合は、パリティビットを送信します。その後、ストップビットを知らせるためにワイヤーをHIGHに設定します。

メリット・デメリットとアプリケーション

メリット

最も顕著な利点は、UARTのシンプルさです。ソフトウェア、ハードウェアともに非常に簡単にセットアップができます。速度が可変なので、消費電力を非常に低く抑えることができます。また、もちろんインターフェースは全二重通信が可能です。

さらに、最大1000mの長距離移動が可能です。

デメリット

インターフェースは基本的に2つのデバイスに限定されます。また、伝送中に伝送速度を制御したり変更したりするためのクロックがありません。ほとんどの場合、SPIやI2Cなどよりも遅いです。

UARTアプリケーション

UARTは、少量のデータを送信する能力が非常に高いです。多くのGPSレシーバー、Bluetoothモジュール、無線通信システムで使用されています。 またはRFIDを使用したアプリケーションに適しています。

また、このビデオで紹介するように、Raspberry PiとRaspberry Pi Picoを接続するためのインターフェイスを使用することができます。

また、SPIやI2Cが使えないような長距離のアプリケーションでも性能を発揮しています。