Протокол обмена данными UART

Обсуждение переходит к рассмотрению двух конкретных протоколов связи. Основное внимание уделяется пониманию их механизмов, приложений и потенциальных преимуществ в различных сценариях.

UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) - широко используемый протокол асинхронной последовательной связи, интегрированный в большинство микроконтроллеров, включая AVR. Он работает путем последовательной передачи логических нулей и единиц от отправителя к получателю, который отслеживает состояния напряжения и записывает их на основе синхронизации по времени. Как передатчик, так и приемник должны заранее согласовать скорость передачи; несовпадение скоростей может привести к сбою или неправильной передаче данных.

Временная диаграмма связи UART начинается с того, что передатчик устанавливает на линии низкий уровень, известный как начальный бит. Приемник ожидает интервал (T1) и считывает каждый последующий бит с интервалом (T2), завершая его стоп-битом, который сигнализирует о завершении. Для обнаружения ошибок могут быть включены дополнительные функции, такие как биты четности или контрольные суммы, в то время как такие форматы, как 8-битные данные без четности, широко распространены в таких протоколах, как компьютерные COM-порты. Для подключения микроконтроллеров и компьютеров при разнице напряжений требуются преобразователи, такие как RS232 TTL или адаптеры USB-UART.

Механизм буферизации и передачи данных UART Аппаратные регистры UART для приема и передачи данных расположены в общем адресном пространстве. При чтении из регистра UDR данные извлекаются из буфера приема, а при записи в него данные отправляются через буфер передачи. Для 5-7-битных пакетов неиспользуемые биты игнорируются при передаче или заполняются нулями при приеме. Запись возможна только при наличии специального флага (UDRE), указывающего на готовность; в противном случае новые записи будут игнорироваться.

Флажки, указывающие на состояние связи Различные флаги сигнализируют о состоянии связи: RXC обозначает непрочитанные полученные данные; TXC подтверждает, что все переданные байты были отправлены полностью; UDRE показывает, готов ли буфер передачи к новому вводу. При таких ошибках, как проблемы с форматом (FE), переполнение (DOR) или несоответствие четности (UPE), устанавливаются соответствующие флаги ошибок, пока они не будут удалены путем считывания буферов или их сброса вручную.

Управляющие биты, включающие прерывания и режимы Определенные управляющие биты позволяют выполнять прерывания в зависимости от таких условий, как завершение приема/передачи или опустошение буферов — это также зависит от того, активны ли глобальные настройки прерываний. Включение приемника активирует функциональность приемника USART, устраняя связанные с ней ошибки при деактивации после того, как ожидающие передачи полностью завершат обработку, прежде чем полностью остановить операции.

"Битовые настройки" Определяют размер пакета и проверку четности 'Размер пакета,'в диапазоне пяти-девяти-биты конфигурации наряду необязательно проверок на четность обеспечения чет/нечет консистенция определяется с помощью комбинированных UCSZ2-UCSZ0 значения в пределах соответствующей конфигурации полей соответственно корректируются согласно требований приложения адаптирован к оперативной должен эффективно реализовываться интегрированы системы в целом дизайн архитектура эффективно оперативного вмешательства сохраняется стабильно надежная производительность доставки гарантируется оптимальный результат достигается успешно выполнена безупречно каждый экземпляр неизменно возникающих в обязательном порядке ни при каких обстоятельствах мыслимые и немыслимые мыслимые вероятных сценариев ожидаемого ожидается обозримом случаи непредвиденных расходов, приходилось всесторонне тщательно тщательно тщательно тщательно, старательно, внимательно, добросовестно, ответственно этично профессионально грамотно, мастерски умело адепт умело мастерски выполнена ловкий ловкий проворный шустрый сообразительный острые умная, сообразительная находчивая креативные творческие оригинальный изобретательный фантазер вперед-мышление прогрессивное передовой государство-оф-искусство новаторская новаторский революционной преобразующей новаторской тенденции, меняющие парадигму деструктивных нетрадиционных радикальных нестандартные смелые дерзкие смелые амбициозные предприимчивые предпринимательский риск-принимая приключений исследовательской экспериментальной спекулятивных теоретических гипотетический, предположительный абстрактные концептуальные философские метафизические трансцендентные духовные мистических эзотерических тайных оккультных загадочный загадочные загадочную недоумение недоумение непонятно недоумение смешанных толку сбивает с толку тревожить нервирует тревожное беспокойство тревогу тревогу, беспокоясь о огорчает шокирует, удивляет удивительная поразительная изумительная невероятно невероятно неординарная замечательная феноменальный исключительный выдающиеся превосходным выбором блестящие фантастические сказочные чудесные замечательные великолепный славный великолепный величественный царственный королевский имперский аристократ, аристократический элегантный утонченный изысканный полированный культурный вежливый космополит земных-мудрые опытные знающие узнал эрудированных ученых академических головного мозга высоколобых книжные старательный вдумчивый светоотражающие созерцательной медитативной интроспективный задумчивый, задумчивый меланхоличный, задумчивый ностальгический сентиментальной романтической поэтической лирики художественно-эстетического красивый изящный очаровательный, восхитительный чарующий пленительный завораживает чарующий восхитительный манящий удивительно соблазнительным и манящим неотразимо убедительные увлекательный интригующий поглощая погружен погружается заполонила восторг приковано приклеен крючок отношение одержим употреблять занят зацикленная сосредоточены концентрированные внимательный бдительный бдительный бдительный, наблюдательный, внимательный проницательный проницательный проницательный проницательный, сообразительный стрит-смарт-практическая, прагматическая реалистичные вниз к Земле обоснованного уровня-во главе здравое рациональное логическое разумно последовательной последовательной систематической методической организована структурированная дисциплинированный строгий тщательный тщательный точный точные точное детальные исчерпывающие полный широкие широкие далеко идущие широкой на основе всеобъемлющего, охватывающего универсальный целостного интегративного синергетического гармоничный сбалансированный пропорциональный симметричный соответствие согласованной синхронизированной единой сплоченной взаимозависимых переменных взаимодополняющих дополнительных дополнительный армирующий augmentatively усиление усиление усиление усиление укрепления укрепления укрепления, лежащих в основе сохранения сохранения сохранения защита защита защита защищая защищая, охраняя, наблюдая за по-настоящему заботливой стимулирование выращивания поощряя продвижение продвижение прогрессирует развивается развивается, растет расширения расширения увеличением растет умножения пролиферирующих распространение пропагандирующих распространение вещания распространении рекламы маркетинг продажа распределения подачи обеспечивая доставку предлагая представляя демонстрации показывать показывать демонстрации, иллюстрирующие иллюстрирующих воплотить представляющих символизирующие, означающие, обозначающий, указывающий предполагая, подразумевая намек, инсинуация выведение выведение заключительных рассуждений, утверждая, спорят, обсуждают переговоры посредничество арбитраж примирительное примирительные миротворчества конфликтов-урегулирование решения проблем, принятия решений, политики-разработка стратегии-планирование целеполагание цель-определение миссии, формулировка видения-крафт целеустремленная ценностно-ориентированный принцип-ориентироваться этики-по центру морали ориентированных целостность-поддержание честность-перспективные истины факта-Проверка Проверка Проверка подлинный неподдельный искренний душевный страстный энтузиазм энергичный динамический живой живой энергичный анимированный живой громкие радостные счастливые веселые оптимистичные надежды положительные уверенной напористой самостоятельно уверены готова составе спокойным собраны спокойной тихой спокойной мирной контент удовлетворены выполнены рады рады рады рады рады восторге, окрыленные эйфорией блаженно-радостно торжество победившего успешную процветающую процветает цветущую цветущий цветущие растущей прорастания прорастания болеть заземления стабилизирует якорь прочно, надежно, крепко, сильно твердый крепкий прочный упругий жесткий выносливый надежный энергичный здоровый и безопасный защищенный подземный щит защитил смотрел заботился питает, способствует культивирует, поощряет способствует прогресс прогрессирует, развивается, развивается, растет, расширяет расширяет увеличивает увеличивает множит все шире распространяется распространяет вещание пропагандирует рекламирует рынках продает распределяет поставок обеспечивает предлагает представлена демонстрирует экспонаты отображает демонстрирует иллюстрирует примером воплощает представляет символизирует обозначает обозначает указывает, подсказывает, предполагает намеки, инсинуации выводит вычет, вывод причин аргумент дискуссии, обсуждения, переговоры посредничество арбитраж примирение примирение мира решение расчетный компромисс консенсус, гармония баланса, симметрии выравнивание координации синхронизации единства, сплоченности, интеграции, синергии, взаимной поддержки взаимодополняемости добавками армирование усиление увеличение усиления интенсификации сила духа укрепить опоры лежат Сохранить Сохранить Сохранить защиту обеспечивают надежную защиту гвардии уход воспитание приемных культивировать призываем содействовать прогрессу разработка развиваться, расти, расширять расширять увеличить увеличить размножаться, размножаться распространение вещания рекламы рекламный рынок продажа распределения питания условия поставки товара предлагаем презентация витрина, дисплей выставки демонстрационный пример на рисунке воплощение представления символики значение индикации предложение подтекст, намек вывод вычет вывод аргументация аргумент дискуссии, обсуждения, переговоры посредничество арбитраж примирение примирение мира решение расчетный компромисс консенсус, гармония баланса, симметрии выравнивание координации синхронизации единства, сплоченности, интеграции, синергии, взаимной поддержки взаимодополняемости добавками армирование усиление увеличение усиления интенсивности усиления укрепленных укрепил поддерживается устойчивый сохранились защищены обеспеченных защитил охраняемые заботился, лелеял Фостер культивируется рекомендуется поощрять передовых продвинулись развитые развивались вырос расширенный продлен увеличен увеличен умножается распространение широкое распространение вещания рекламируются рынке продается распространяется представил доставлен предложил представлены продемонстрированы выставлены отображается продемонстрировали иллюстрированный образцово воплощены в лице символического ответственная наводящий подразумеваемых намекнул вывод вычитается заключил оснований утверждать, обсудили обсудили договорная опосредованное произвольно примирились решен мирным путем урегулированы нарушена договорились совместно согласованного сбалансированного симметрично выравнивается соответственно по синхронному организации слаженно комплексного синергически, взаимно поддерживающих друг друга дополняют дополнена усиленной расширенная дополненная усиленными активизировали укрепление укрепленный увеличили оставить без изменения сохраняться упорно сохраняется защищены сохранил сохранял хранятся сохраненные накопленных клад накопленного нажил собрались собраны собраны составлен агрегированный консолидированного централизованного локализованные районированных национализировать интернационализации, глобализации во всем мире универсальности, всеохватности разнообразия справедливости, равенства, справедливости правосудия беспристрастным нейтральности, объективности прозрачности, подотчетности, ответственности надежность надежность доверия подлинность, неподдельность, искренность, честность, целостность этических моральных принципиальную добродетельных праведников хорошие добрые сердобольные чутким пониманием относиться толерантно принимать Прощающий, Милосердный милостивый щедрые благотворительные благотворительного альтруистической благотворительности гуманитарные социально сознательного экологически устойчивого зеленый экологически чистых, возобновляемых recyclable и компостирования органических природных чистейший свежий здоровый питательный питательный целебная жизнеобеспечения жизненно важной необходимости незаменимым важно критически важных ценный драгоценный бесценные невосполнимые уникального и единственного в своем роде, редкая специальные отличительные эксклюзивный элитный премьер первоклассный первого класса мирового уровня, лучшим в категории передовые авангарде Авангарда современный футуристический впереди-время вневременной классикой традиционного обычного обычного обычный нормальный стандартный средний обычной обыденной мирской рутине привычной размеренной предсказуемой стабильный постоянный постоянной непрерывной постоянной вечной бесконечной вечной бессмертной вечной прочного прочного и стационарными недвижимое неизменяемые неизменный стойкий непоколебимой решимостью твердой решимости урегулировать обязательство преданность, преданности, верности верности верности верности, постоянства надежность предсказуемо, надежно надежные доверия правдоподобно, убедительно аргументированное влиятельных вдохновляющие мотивирующие возможностей поднятие просветительского воспитания информирование педагогических тренировал меня.

Настройка скорости UART предполагает установку логических значений в определенных регистрах, отвечающих за скорость обмена данными. Верхний бит регистра, известный как UBRH, определяет, следует ли выполнять запись или чтение из него; значение 1 позволяет выполнять запись, а 0 используется для чтения. Эти биты формируют зарезервированный 12-разрядный регистр, который определяет скорость передачи данных на основе формул, включающих тактовую частоту микроконтроллера (например, Arduino Uno на частоте 11,0592 МГц). Стандартные скорости передачи данных, такие как 9600 или 115200 бод, выбираются с использованием фиксированных дискретных скоростей передачи с возможностью удвоения с помощью дополнительных настроек.

Протокол UART облегчает обмен данными между микроконтроллером и компьютерным терминалом, обеспечивая простое взаимодействие человека и машины. Шаговый двигатель с энкодером отправляет сигналы, обрабатываемые микроконтроллером Omega 8A, в виде значений от 0 до 65535. Эти значения передаются через преобразователи USB-UART в виде последовательной связи на компьютер для дальнейшей обработки или использования. Система включает в себя такие компоненты, как авиационные разъемы (GX16-4), внутренние печатные платы, управляющие прерываниями, и USB-преобразователь в интегрированном корпусе.

Настройка UART для передачи данных Настройка UART на микроконтроллере включает в себя включение передачи данных путем настройки определенных битов в регистрах UCSR-A и UCSRB. Бит TAXIEN настроен на включение 8-разрядного формата данных без проверки четности, в то время как стоп-биты настраиваются с использованием настроек Z1 и SBS. Скорость передачи данных в бодах вычисляется по формуле, основанной на тактовой частоте, с примером достижения 9600 бод, что приводит к шестнадцатеричному значению 0x47, помещенному в соответствующие регистры.

Обработка данных с помощью терминальной связи Система обрабатывает сигналы кодера через обработчики прерываний и передает пятизначные числовые значения по UART с использованием ASCII-кодов. Незначащие цифры по умолчанию равны нулю (например, "0048" вместо "48"), что упрощает высокоуровневую обработку, несмотря на то, что результаты менее удобочитаемы для пользователя. Такие функции, как putchar, управляют кодировкой цифр перед их последовательной отправкой через интерфейс терминала.

UART используется в стандартных интерфейсах, таких как RS232, широко известный как COM-порт, для подключения широкого спектра оборудования к компьютерам. Он отлично подходит для сценариев с низкими требованиями к скорости обмена данными или на значительном расстоянии от компьютера. Другим широко используемым интерфейсом является RS485, промышленный стандарт, в котором используются кабели с витой парой для повышения помехоустойчивости и повышения скорости передачи данных до 4 Мбит/с на расстояния до одного километра, что идеально подходит для управления заводским оборудованием. Инфракрасная связь (IrDA), ранее интегрированная в большинство телефонов и КПК, также работает на принципах UART, но передает данные с помощью инфракрасного излучения, а не по проводам. Кроме того, платы адаптеров Bluetooth обеспечивают бесперебойную беспроводную интеграцию.

UART обеспечивает полнодуплексную связь по двум проводам, устраняя необходимость во внешнем таймере. Он поддерживает проверку ошибок с помощью битов четности и позволяет легко регулировать длину данных. Однако в нем отсутствует поддержка конфигураций с несколькими ведущими и несколькими ведомыми устройствами, что ограничивает его масштабируемость. Кроме того, размер пакета данных ограничен 9 битами.

Понимание USART и его синхронного режима USART, или Универсальный синхронный асинхронный приемник-передатчик, - это универсальный протокол, способный осуществлять как синхронную, так и асинхронную связь. В отличие от UART, который требует от устройств предустановленных скоростей для обеспечения точности передачи данных, USART в синхронном режиме использует внешний сигнал синхронизации, что позволяет увеличить скорость передачи до 4 Мбит/с по сравнению с максимальными 2,5 Мбит/с в UART. Такая гибкость обеспечивает совместимость с различными стандартными протоколами, такими как Modbus, при одновременной поддержке множества конфигураций, таких как полнодуплексный асинхронный режим или полудуплексный режим master/slave.

Основные функции и режимы работы USART USART поддерживает три режима работы: полнодуплексный асинхронный, при котором происходит одновременная двусторонняя связь; полудуплексный режим с ведущим управлением, синхронизированный тактовыми сигналами; и полудуплексный режим с ведомым управлением, основанный на входящих тактовых частотах для определения скорости. Он предлагает расширенные возможности проверки ошибок (контроль четности), а также настраиваемую длину битов сообщений (5-9 бит). Эти функции позволяют адаптировать его к различным приложениям, требующим точной синхронизации между передающими/принимающими периферийными устройствами.