Protocolo de comunicación uart

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UART ( Universal Asincronic Transmitter Receiver ), este es el protocolo más común utilizado para la comunicación serie full-duplex. Es un único chip LSI (integración a gran escala) diseñado para realizar la comunicación asíncrona. Este dispositivo envía y recibe datos de un sistema a otro sistema.

En este tutorial, aprenderás lo básico de la comunicación UART, y el funcionamiento de la UART.

Sumario

  • 1 ¿Qué es UART?
  • 2 ¿Por qué se usa UART?
  • 3 Diagrama de bloques
  • 4 ¿Cómo funciona el UART?
  • 5 Formato de protocolo
  • 6 Ejemplo de interfaz UART
  • 7 Comandos ESP8266
  • 8 UART vs USART
  • 9 RS232 Niveles de tensión
  • 10 Aplicaciones

¿Qué es UART?

“UART” significa Transmisor-receptor Asincrono Universal. Es un periférico de hardware que está presente dentro de un microcontrolador. La función de UART es convertir los datos entrantes y salientes en el flujo binario serie. Un dato serie de 8 bits recibido del dispositivo periférico se convierte en el formulario paralelo usando conversión serie a paralelo y los datos paralelos recibidos de la CPU se convierten mediante conversión serie a paralelo. Estos datos están presentes en forma modular y se transmiten a una velocidad de baud definida.

¿Por qué se usa UART?

Protocolos como SPI (interfaz periférica serial) y USB (Bus Serial Universal) se utilizan para una comunicación rápida. Cuando la transferencia de datos de alta velocidad no es necesaria se utiliza UART. Es un dispositivo de comunicación barato con un solo transmisor/receptor. Requiere un solo cable para transmitir los datos y otro cable para recibir.

Interfaz UART

Puede ser interconectado con un PC (ordenador personal) utilizando un convertidor RS232-TTL o USB-TTL convertidor. Lo común entre RS232 y UART es que ambos no requieren un reloj para transmitir y recibir datos. El marco Uart consta de 1 bit de inicio, 1 o 2 bits de parada y un bit de paridad para la transferencia de datos en serie.

Diagrama de bloques

El UART consiste en los siguientes componentes centrales. Son el transmisor y el receptor. El transmisor consiste en el registro de retención de transmisión, registro de cambio de transmisión, y lógica de control. Del mismo modo, el receptor consiste en un registro de retención de recepción, registro de cambio de receptor, y lógica de control. En común, tanto el transmisor y el receptor se proporcionan con un generador de velocidad de baud.

Diagrama de bloques UART

El generador de velocidad de baud genera la velocidad a la que el transmisor y el receptor tienen que enviar/recibir los datos. El registro de espera de transmisión contiene el byte de datos a transmitir. El registro de cambio de transmisión y el registro de cambio de receptor desplazan los bits a la izquierda o a la derecha hasta que se envía/recibe un byte de datos.

Además de estos, se proporciona una lógica de control de lectura o escritura para saber cuándo leer/escritura. El generador de velocidad de baud genera velocidades que van desde 110 bps (bits por segundo) a 230400. Mayormente, los microcontroladores tienen tasas de baud más altas como 115200 y 57600 para una transferencia de datos más rápida.

¿Cómo funciona UART?

Para conocer el funcionamiento de UART, es necesario entender la funcionalidad básica de la comunicación en serie. En resumen, el transmisor y el receptor utilizan bit de inicio, bit de parada y parámetros de sincronización entre sí. Los datos originales están en forma paralela. Por ejemplo, tenemos datos de 4 bits, para convertirlo en la forma en serie, necesitamos un paralelo al convertidor en serie. Generalmente, se utilizan flip-flops o cerraduras D para diseñar los convertidores.

Trabajo de D – Flip-flop

Basic D Flip-Flop

D flip-flop también conocido como Data flip-flop cambia un bit del lado de entrada al lado de salida si y sólo, cuando el reloj cambia la transición de un estado alto a un estado bajo o bajo a un estado alto. Del mismo modo, si desea transferir cuatro bits de datos que necesita 4 flip-flops.

Nota: Aquí,

« D » representa los datos de entrada.

« CLK » indica las pulsaciones del reloj.

‘ Q ‘ denota datos de salida. Ahora, vamos a diseñar un paralelo a serie y serie a convertidor paralelo.

Conversión paralela a serie

Conversión paralela a serie

Conexión de cascada – Paralelo a serie

Paso no 1:

Tome 4 Flip-flops. El número de flip-flops es equivalente al número de bits a transmitir. Del mismo modo, ponga Multiplexers en frente de cada flip-flop, pero excluyendo el primero. Un multiplexer se coloca para combinar los datos y convertirlos en bits serie. Tiene dos entradas, un bit paralelo datos y otro del flip-flop anterior.

Paso #2:

Ahora, cargue los datos a la vez en las flip-flops D. Tirará de los datos paralelos y moverá el último bit del último flip-flop (cuatro), y luego el tercer bit, segundo bit, y finalmente el primer bit. Ahora, para volver a convertir los datos paralelos en serie serial a convertidor paralelo se utiliza.

Conversión de serie a paralelo

Conversión de serie a paralelo

Conexión de cascada – Conversión serie a paralelo

Paso no 1:

Tome 4 Flip-flops. El número de flip-flops es el mismo que el número de bits a transmitir.

Paso #2:

Inicialmente, deshabilite el bus paralelo. No active hasta que todos los bits estén cargados. Almacene los datos en la entrada del primer flip-flop. Ahora haga que el reloj alto, esto desplazará el bit menos significativo a la entrada del segundo flip-flop y la salida del primero. Del mismo modo, cambie todos los bits uno por uno haciendo que el pulso del reloj alto. El convertidor está en el estado de espera hasta que todos los bits se transfieren a la salida.

Paso #3:

Ahora cada flip-flop contiene un bit de datos seriales. Mientras que todos los bits se transfieren a la salida flip-flop, active el bus. Esto hará que el convertidor envíe todos los bits a la vez.

Formato de protocolo

El UART inicia la comunicación con un bit de inicio ‘0’. El bit de inicio inicia la transferencia de datos en serie y el bit de parada termina la transacción de datos.

Formato del protocolo

También se proporciona con un bit de paridad (equivalente o impar). Incluso el bit de paridad está representado por «0» (número par de 1’s) y el bit de paridad impar está representado por «1’ (número impar de 1’s).

Transmisión

La transmisión de datos se realiza utilizando una sola línea de transmisión (TxD). Aquí «0» se considera espacio y «1» se conoce como estado de marca.

Nota: En la transmisión, siempre LSB (Bit menos significativo) se envía primero.

Recepción

Durante la recepción, la línea RxD (Receptor) se utiliza para recibir los datos.

Recibir marco

Ejemplo de interfaz UART

Aquí, he utilizado ESP8266 (microcontrolador de 32 bits) que ha incorporado UART. La comunicación se puede hacer con ESP8266 utilizando comandos AT vía RS232 a convertidor de nivel TTL (MAX232). La siguiente figura muestra la conexión de ESP8266 con PC (ordenador personal).

Interfaz ESP8266 con UART

Estos son los pasos para implementar la comunicación en serie con el PC.

  1. Conecte receptor (RX) de ESP8266 a TX de PC y RX de convertidor TTL.

Comandos ESP8266

Respuesta ESP8266 (recibida por el PC)
AT<CR><LF> OK<CR><LF>
AT+CIPMUX=1
AT+CIPSERVER=1,23<CR><LF> OK<CR><LF>

La siguiente imagen muestra la respuesta dada por el módulo ESP8266.

UART vs USART

USART es la forma básica de UART. Técnicamente, no son iguales. Pero, la definición es la misma para ambos. Estos son periféricos microcontroladores que convierten datos paralelos en bits serie y viceversa.

UART USART
El dispositivo de envío generará el reloj.
La tasa de datos es lenta. La tasa de datos es más alta debido al reloj externo.
Protocolo autónomo
La velocidad de baud debe conocerse antes de la transmisión. No hay necesidad de saber la tasa de baud antes.
Adecuado para comunicaciones de baja velocidad
Reducción de la huella energética. Maneja la comunicación en serie durante un alto consumo de energía

RS232 y UART

Los niveles lógicos representan los niveles de voltaje de funcionamiento que un dispositivo puede soportar para operar en una zona segura. Estos son los niveles de voltaje para RS232 y TTL.

RS232 Lógica:

Nivel lógico Intervalo de tensión
Salida Logic High o OFF -5V a -15V
Entrada Logic High o OFF -3V a -15V
Entrada baja o ON Lógica +3V a +15V

En la mayoría de los casos, los niveles RS232 van de -12V a +12V. Por ejemplo, un valor ASCII para un carácter ‘ A ‘ en RS232 es 65 y 41 en Hexadecimal. Así que en un formato binario de 8 bits, es 0100 0001. Las señales RS232 se representan como lógica invertida. El nivel lógico ‘0’ se muestra como ‘1’ y el nivel lógico ‘1’ se muestra como ‘0’. La transmisión de datos de RS232 comienza con un bit de inicio (0) seguido de 8 bits de datos (LSB primero) y un bit de parada.

Aquí se muestra la representación de los niveles lógicos RS232 para ASCII ‘ A ‘.

RS232 Señal para la letra A del ASCII

Lógica TTL/CMOS:

El UART funciona con lógica TTL. El nivel de voltaje de TTL varía de 0 a 5V, representado sin inversión.

  • Después de que toda la transmisión ha terminado, se encuentra un bit de parada (lógica 1).

Ventajas

La ventaja de UART es que es compatible con la comunicación full-duplex usando dos cables. Además, no requiere reloj externo para la comunicación de datos. Soporta la comprobación de errores utilizando un bit de paridad y la longitud de los datos se puede cambiar fácilmente.

La principal desventaja de UART es que no admite la configuración multiesclavo o multimaster. Y el tamaño del paquete de datos se limita a 9 bits. UART no es adecuado para la comunicación en serie pesada durante un alto consumo de energía.

  1. Puerto de depuración serie utiliza el controlador UART para imprimir los datos procedentes del mundo externo.
  2. Podemos usarlo para enviar y recibir comandos desde y hacia los dispositivos integrados.
  3. La comunicación en GPS, módem GSM/GPRS, chips Wi-Fi, etc. opera con UART.
  4. Se utiliza en el acceso Mainframe para conectar diferentes ordenadores.

Video: Protocolo de comunicación UART

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