UART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (universell asynkron mottagare-sändare)

UART är ett seriellt gränssnitt med full duplex. Det gör det möjligt för två enheter att kommunicera via bara tre trådar och stöder variabla hastigheter.

UART-egenskaper

Som namnet antyder är UART ett asynkront gränssnitt. Till skillnad från SPI eller I2C behövs ingen särskild klocka. De två enheterna behöver bara använda samma överföringshastighet. Överföringshastigheten är variabel och dikterar hur många bitar bussen kan skicka varje sekund (bits/s).

Dataformatet är också konfigurerbart. Ett annat sätt att mäta överföringshastigheten är därför baudrate (bauds/s), där en baud motsvarar en symbol eller ett tecken. Om en baud består av 8 bitar innebär det att en bithastighet på 115200 bitar/s motsvarar 14400 bauds/s.

UART använder två datakablar så i de flesta fall är kommunikationen full duplex (båda riktningarna samtidigt). Dessutom behöver båda UART-enheterna en tråd för att dela referensspänningen GROUND. Sammanfattningsvis innebär det att du bara behöver tre ledningar.

Ledningar

En UART-enhet behöver tre stift för att kommunicera. RX för läsning, TX för överföring och GND för jordreferens.

Anslut RX-stiften på båda enheterna till TX-stiften på den andra enheten. Anslut båda GND-stiften och du är klar med hårdvaruinstallationen.

I teorin kan du till och med ansluta RX-stiften från flera enheter till TX-stiftet på en enhet. På så sätt kan du, om du vet vad du gör, låta en enhet sända data till flera enheter. Men RX-pinnen på en enhet kan bara anslutas till en TX-pinne åt gången.

UART-kommunikation

Du måste ställa in båda enheterna på samma baudrate. Om den skiljer sig med mer än 3% kommer data att skadas. Vanliga baudrates är bland annat 4800, 9600, 19200 och 115200. Dessutom måste båda enheterna komma överens om samma dataformat och paritetsbit. Paritetsbiten är ett sätt att kontrollera att de överförda uppgifterna inte innehåller några fel.

När en enhet vill överföra data börjar den med att skicka startbiten.

Datakabelns tomgångstillstånd är HIGH så sändaren drar den LOW i en klockcykel. Därefter drar den ledningen LOW för en 0 och HIGH för en 1 i den exakta frekvensen för baudrate. Efter varje dataruta skickas en paritetsbit om felkontroll önskas. Sedan ställer den tråden HÖGT för att signalera stoppbiten.

Fördelar, nackdelar och tillämpningar

Fördelar

Den mest slående fördelen är enkelheten hos UART. Både programvara och hårdvara är extremt enkla att installera. Den variabla hastigheten innebär att du kan hålla strömförbrukningen mycket låg. Och naturligtvis möjliggör gränssnittet full duplexkommunikation.

Dessutom kan data skickas över långa avstånd på upp till 1000 meter.

Nackdelar

Gränssnittet är i princip begränsat till två enheter. Det finns inte heller någon klocka för att kontrollera och ändra överföringshastigheten under överföringen. I de flesta fall är det långsammare än till exempel SPI eller I2C.

UART-tillämpningar

UART kan skicka mindre mängder data. Den används av många GPS-mottagare, Bluetooth-moduler och trådlösa kommunikationssystem. eller RFID-baserade tillämpningar.

Du kan också använda gränssnittet för att ansluta din Raspberry Pi till din Raspberry Pi Pico som vi visar i den här videon.

Den fungerar också bra i tillämpningar med lång räckvidd där SPI och I2C inte är ett alternativ.