UART – Universal Asynchronous Receiver Transmitter
UART, czyli Universal Asynchronous Receiver Transmitter, to jeden z najważniejszych i najczęściej stosowanych protokołów komunikacyjnych w elektronice i automatyce. Pozwala na asynchroniczną, dwukierunkową transmisję danych pomiędzy dwoma urządzeniami cyfrowymi. Dziś dokładnie wyjaśnię, jak działa UART, jakie ma parametry i gdzie go stosujemy, abyś mógł łatwo zrozumieć jego rolę w systemach embedded i elektronice cyfrowej.
Podstawy działania UART
UART to interfejs szeregowy, który przesyła dane bit po bicie przez pojedynczy kanał. Jego cechą charakterystyczną jest brak sygnału zegarowego (asynchroniczność), co oznacza, że urządzenia komunikujące się przez UART muszą ustalić wspólne parametry transmisji, takie jak prędkość transmisji (baud rate), liczba bitów danych, bity stopu i parzystość. Dzięki temu odbiornik wie, kiedy zacząć i zakończyć odczyt poszczególnych bitów.
Struktura ramki danych UART
| Element ramki | Opis |
|---|---|
| Bit startu | Sygnalizuje początek ramki, zawsze jest to logiczne 0 |
| Bity danych | Zazwyczaj 5-8 bitów, przesyłają właściwą informację |
| Bit parzystości (opcjonalny) | Bit kontrolny do wykrywania błędów w transmisji |
| Bity stopu | 1 lub 2 bity oznaczające koniec ramki |
Konfiguracja i synchronizacja
Jednym z kluczowych elementów działania UART jest dopasowanie parametrów transmisji między nadajnikiem a odbiornikiem. Prędkość transmisji musi być identyczna po obu stronach, ponieważ brak sygnału zegarowego wymaga samodzielnego wyznaczania momentu odczytu kolejnych bitów na podstawie czasów trwania bitów startu i danych. Z tego powodu pojawiają się ograniczenia co do maksymalnej prędkości i długości linii transmisyjnej.
Zastosowania UART w elektronice
- Komunikacja pomiędzy mikrokontrolerami i komputerami
- Połączenia z modułami GPS, Bluetooth, Wi-Fi
- Debugowanie i programowanie urządzeń embedded
- Transmisja danych w systemach automatyki przemysłowej
Ze względu na prostotę i niezawodność, UART jest stosowany niemal w każdym projekcie elektronicznym, od prostych urządzeń sterujących po złożone systemy automatyki. Warto wiedzieć, że chociaż UART sam w sobie nie definiuje warstwy fizycznej, najczęściej realizuje się go na poziomie napięć TTL lub standardów RS-232/RS-485, które umożliwiają komunikację na większe odległości i w trudniejszych warunkach elektromagnetycznych.
Porównanie UART z innymi protokołami szeregowymi
W świecie mikrokontrolerów często porównujemy UART do protokołów SPI i I2C. Podczas gdy SPI i I2C są synchroniczne i wymagają sygnału zegarowego, UART działa asynchronicznie, co oznacza mniej linii połączeniowych, ale konieczność dokładnej konfiguracji parametrów transmisji. Dlatego UART świetnie sprawdza się tam, gdzie liczy się prostota i niezależność czasowa, a SPI czy I2C – gdy potrzebna jest wyższa szybkość i synchronizacja między urządzeniami.
Jutro możemy przyjrzeć się dokładniej, jak działają inne standardy komunikacji szeregowej, a dziś zrozumienie UART pozwoli Ci łatwiej poruszać się po tematach takich jak protokoły SPI, I2C czy nawet USB, które również bazują na podobnych zasadach przesyłu danych.
