Uart programmierung

Arten der UART-Programmierung

Die Programmierung von Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) ist entscheidend für die Kommunikation zwischen Geräten. Bei der Betrachtung der Arten der UART-Programmierung ist zunächst wichtig zu beachten, dass alle Systeme, die UART verwenden, sich zunächst synchronisieren müssen, bevor sie kommunizieren können. Jede Art der Programmierung spielt eine wichtige Rolle bei der Datenübertragung und bei den Anwendungen, für die sie geeignet sind.

• Standard-UART:

  Ein Standard-UART sendet Datenbits ohne das Taktsignal. Es kann verschiedene Längen für Stoppbits und Daten verwenden. Der Standard-UART ist flexibel und kann viele Signalspannungen verwenden. Beispiele für diese Art von UART sind der ST16C550 und der 16550.

• Low-DMA-UART:

  Diese Art von UART kann viele Geräte über Direct Memory Access (DMA) steuern. Der Vorteil des Low-DMA-UART ist, dass weniger Software und Interrupt-Handling erforderlich sind. Ein Beispiel für einen Low-DMA-UART ist der 16954.

• Mehrkanal / Full-DMA

  Mehrkanal / Full-DMA unterstützt viele Kanäle und vollen Direct Memory Access. Dies ermöglicht eine nahtlose und gleichzeitige Datenübertragung ohne Verzögerungen. Ein Beispiel ist der 16762, der häufig in Anwendungen eingesetzt wird, die eine hohe Datendurchsatzrate erfordern und mehrere Geräte gleichzeitig mit einem Hostsystem verbinden müssen.

• Hochgeschwindigkeits-UART:

  Der Hochgeschwindigkeits-UART kann Daten mit überdurchschnittlicher Geschwindigkeit übertragen. Seine schnelle Datenübertragung ist nützlich für Systeme, die hohe Datenübertragungsraten benötigen. Ein Beispiel ist der XCOR-16750, der in Luft- und Raumfahrt-Anwendungen eingesetzt werden kann.

• Niedrigstrom-UART:

  Ein Niedrigstrom-UART verbraucht sehr wenig Leistung. Es ist perfekt für batteriebetriebene Geräte, bei denen ein geringer Stromverbrauch entscheidend ist, um die Akkulaufzeit zu verlängern. Ein Beispiel ist der ST16C550, der sich gut für eingebettete Anwendungen eignet.

• Mehrprotokoll / IrDA / Modem UART:

  Mehrprotokoll / IrDA / Modem kann viele Kommunikationsprotokolle verarbeiten, darunter Infrared Data Association (IrDA). Diese ermöglichen es Geräten, über Infrarot Daten auszutauschen und funktionieren gut mit anderen Kommunikationsmethoden wie Bluetooth und WLAN. Ein Beispiel ist der ST16850, der häufig in Mobilgeräten, medizinischen Geräten und Point-of-Sale-Terminals eingesetzt wird.

• RS-232 / RS-485 / RS-422 UART:

  RS-232 / RS-485 / RS-422 UARTs werden in den Standards RS-232, RS-485 oder RS-422 verwendet. Jeder Standard hat seine eigene Verkabelung und Signalspannung. Der RS-232 ist der beliebteste und wird verwendet, um Modems und serielle Schnittstellen zu verbinden. Der RS-485 wird häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, da er über große Entfernungen hinweg funktionieren kann. Ein Beispiel für einen UART, der mit diesen Standards arbeitet, ist der ST16C550, der in Kommunikationsports und in eingebetteten Anwendungen verwendet werden kann.

• Gemischtes Signal / Sicherheit:

  Diese Arten von UARTs verfügen über spezielle Funktionen zum Schutz der Datensicherheit bei der Übertragung. Die Verhinderung des Abfangens oder Hackens von Daten ist in medizinischen, militärischen und finanziellen Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

Funktion und Eigenschaften der UART-Programmierung

Neben den verschiedenen Modellen lassen sich in allen UARTs einige typische Elemente finden. Diese Komponenten verbessern die Fähigkeit der UART, serielle Informationen mit hoher Zuverlässigkeit zu senden und zu empfangen.

• Bit-Schieberegister:

  Dieser listet Informationsbits aus dem Informationsrekord zur Übertragung oder vom Sammler für die empfangenen Bündel auf. Das Schieberegister hält die Bits kurzzeitig, während die Zuordnung abgeschlossen ist. Die Anzahl der Bits, die das Schieberegister enthält, schwankt je nach UART.

• Abtastung:

  Der Zustand des Informationsbündels sollte während der Informationsübertragung aufrechterhalten werden. Die UART-Maschine kann jedoch aufgrund von Übertragungsproblemen, wie z. B. Rauschen oder widersprüchlichen Zeitpunkten, unterschiedliche Zustände erfahren. UART verfügt über verschiedene Abtaster, die das Informationssignal in regelmäßigen Abständen testen, um diese Probleme zu beheben.

• Rahmung:

  Ein Rahmungsfehler tritt auf, wenn ein Stoppbit nach den Informationsbits nicht den normalen Pegel hat. Dieser Fehler kann aus einem Stoppbit resultieren, das zu hoch oder zu niedrig ist. Der Bit-Rahmungsfehler tritt auf, wenn zu viele oder zu wenige Bits in einem Rahmen vorhanden sind. Die UART-Bit-Rahmung und Fehlerkorrektur arbeiten zusammen, um sicherzustellen, dass die Bits korrekt gelesen werden.

• FIFO:

  First-in, first-out, oder FIFO, ist eine Art von Speicherpuffer, der Bits und Bytes speichert. FIFO bereitet UART darauf vor, Informationen mit geringem Ärger zu speichern und zu transportieren. Es hält eine bestimmte Anzahl von Bits oder Bytes, abhängig vom UART-Modell. Unter Verwendung von FIFO kann der UART eine bestimmte Anzahl von Bits anhäufen, bevor er sie verschiebt.

• Modem-Steuerung:

  Mit der Modem-Steuerung kann die UART die Transportleitung steuern. Sie kann automatisch den Pegel der Signalbewertung in Bezug auf die gesendeten oder empfangenen Informationen ändern. Die UART kann Daten vom Modem anfordern, wodurch sie mit anderen Geräten kommunizieren kann.

• Programmierbarer Baudraten-Generator:

  UARTs verfügen über einen programmierbaren Baudraten-Generator, der die Geschwindigkeit gemäß der Anforderung ermittelt. Er erzeugt die Taktsignale, um die Informationsbits abzutasten, und seine Aktivitäten sind mit dem Referenztakt verbunden. Der Baudraten-Generator erzeugt die Schieberegister, die die Bits mit der angegebenen Geschwindigkeit verschieben.

Szenarien der UART-Programmierung

• Verbinden eines PCs mit einem eingebetteten System

  UART kann helfen, einen PC mit einem eingebetteten System zu verbinden, um die Datenübertragung für die Systemkonfiguration zu ermöglichen. So kann ein Benutzer beispielsweise einen PC und einen Mikrocontroller über ein serielles Kabel verbinden, um ein Programm für ein Produkt hochzuladen, das der Ingenieur entwirft. Ein Terminalemulator kann auf dem PC installiert werden, um die vom Mikrocontroller gesendeten Daten anzuzeigen, wie z. B. Sensormesswerte. Der Mikrocontroller kann auch Befehle senden, um Einstellungen anzupassen oder Daten anzufordern.

• Debugging-Daten

  Während der Datenübertragung können eingebettete Systeme Fehler oder unerwartetes Verhalten aufweisen. Ein Entwickler kann einen PC mit einem USB-zu-UART-Adapterkabel verbinden und die Daten mithilfe eines Terminalemulators anzeigen. Dies kann ihm helfen, das System zu überwachen, Fehler zu erkennen und das Debugging zu vereinfachen.

• GPS-Modulkommunikation

  Ein GPS-Modul kann einem Mikrocontroller Positionsinformationen liefern. Das GPS-Modul verfügt über einen UART, der die Protokollsignale in ein serielles Format umwandelt, das der Mikrocontroller verstehen kann. Der Mikrocontroller kann über den UART Befehle senden, um Baudratenparameter zu konfigurieren oder Positionsdaten anzufordern. Der GPS verwendet den UART auch, um Daten an den MCU zu senden, wie z. B. die aktuelle Position oder Geschwindigkeit.

• Drahtlose Technologien

  Drahtlose Technologien wie Wi-Fi oder Bluetooth verwenden serielle Datenkommunikation. Wi-Fi verwendet UART-Kommunikation, um eine Verbindung zum Internet herzustellen und Daten an einen Mikrocontroller zu übertragen. Es konvertiert auch Wi-Fi-Protokolle in ein serielles Format, das der MCU verstehen kann. Der Mikrocontroller kann Daten über den UART senden, um Wi-Fi-Einstellungen zu konfigurieren oder eine Antwort auf eine Datenanforderung zu erhalten. Wi-Fi verwendet dann seinen UART, um Daten wie eine Internet-URL zu senden, die der MCU zum Navigieren verwendet.

  Bluetooth kommuniziert drahtlos mit anderen Geräten. Es verfügt über einen UART, der ihm hilft, mit einem eingebetteten System zu arbeiten. Bluetooth wandelt sein Kommunikationsprotokoll mithilfe seines UART in ein Format um, das der Mikrocontroller verstehen kann. Es verwendet auch seinen UART, um Daten mit dem MCU auszutauschen, wie z. B. das Gerät, mit dem es verbunden ist.

• Geräte wie Sensoren können miteinander kommunizieren, indem sie ihre UARTs miteinander verbinden. Ein Mikrocontroller kann sich mit dem UART eines Sensors verbinden, wodurch der Datenaustausch ermöglicht wird, z. B. Temperatur- oder Druckmessungen. Der Mikrocontroller kann Daten von einem Sensor über seinen UART anfordern, indem er Signale an den UART des Sensors sendet.

• Firmware-Updates

  Die UART-Firmware-Update-Programmierung ist unerlässlich, um ein eingebettetes System zu aktualisieren. Das Update kann Optimierungen, neue Funktionen oder Fehlerbehebungen bereitstellen. Während des Update-Prozesses empfängt ein Bootloader die Daten und speichert sie im Speicher. Bootloader sind oft auf eingebetteten Systemen vorinstalliert und laufen auf UART. Sie ermöglichen Firmware-Updates über verschiedene Verbindungen, wie z. B. USB, RS-232 oder die Verbindung mit einem anderen Gerät.

Wie Sie UART-Programmierung auswählen

• Gerätekompatibilität:

  Wenn Sie einen UART-Programmierer auswählen, stellen Sie sicher, dass er mit den Geräten oder Komponenten kompatibel ist, die programmiert werden sollen. Berücksichtigen Sie Faktoren wie Spannungspegel, Anschlüsse und Kommunikationsprotokolle. Stellen Sie sicher, dass der Programmierer über UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) eine Schnittstelle zu den Zielgeräten für die Programmierung herstellen kann.

• Benutzerfreundliche Software:

  Gute Programmiersoftware ist entscheidend für ein einfaches Erlebnis. Sehen Sie sich Optionen mit intuitiven Programmierschnittstellen und benutzerfreundlicher Software an, mit denen Benutzer Firmware programmieren und ändern können, ohne viel technisches Fachwissen zu benötigen.

• Unterstützung für Firmware-Updates:

  UART-Programmierer müssen möglicherweise im Laufe der Zeit aktualisiert werden, um neue Funktionen, Protokolle oder Fehlerbehebungen zu unterstützen. Wählen Sie Marken, die kontinuierliche Firmware-Update-Unterstützung anbieten, damit Benutzer auf dem neuesten Stand bleiben und zukünftige Geräte programmieren können.

• Dokumentation und Support:

  Stellen Sie sicher, dass der Programmierer über eine vollständige Benutzerdokumentation, Programmierhandbücher und Fehlerbehebungsressourcen verfügt, die den Benutzern durch den Programmierprozess helfen. Denken Sie auch an Lieferanten, die einen guten technischen Support anbieten, um Benutzern bei allen Fragen oder Herausforderungen zu helfen, denen sie begegnen.

• Anpassung und Entwicklung:

  Für Benutzer mit besonderen Bedürfnissen oder Entwicklungsverantwortlichkeiten sind Flexibilität und Programmierfähigkeit entscheidend. Suchen Sie nach Programmierern, die die Anpassung von Programmierverfahren und die Entwicklung zusätzlicher Programmieranwendungen ermöglichen.

• Community und Ökosystem:

  Berücksichtigen Sie das umgebende Ökosystem des Programmierers, das zusätzliche Tools, Bibliotheken und Benutzergemeinschaften umfasst. Ein gesundes Ökosystem und eine gesunde Community können zusätzliche Ressourcen bieten, die Entwicklung beschleunigen und gemeinsames Wissen bereitstellen, um Benutzern zu helfen, schneller zu lernen und Probleme zu lösen.

• Testen und Verifizieren:

  Test- und Verifizierungsfunktionen sind unerlässlich, um eine erfolgreiche Firmware-Programmierung zu gewährleisten. Diese Funktionen ermöglichen es Benutzern, die programmierte Firmware auf Zielgeräten zu testen und zu bestätigen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb vor der Bereitstellung sicherzustellen.

• Entwicklungstools:

  Wenn Benutzer mehr als nur die Programmierfunktion benötigen, sollten Sie Programmierer in Betracht ziehen, die mit integrierten Entwicklungstools ausgestattet sind. Diese Tools können Debug-Lösungen, Hardware-Debugging-Optionen zur Überwachung des Programmierprozesses und Entwicklungsumgebungen umfassen, um Benutzer beim Erstellen und Optimieren von Firmware zu unterstützen, bevor sie sie auf Zielgeräte programmieren.

• Kosteneffizienz:

  Evaluieren Sie den Wert, der von verschiedenen UART-Programmierern im Verhältnis zum Budget geboten wird. Berücksichtigen Sie bei der Prüfung der Kosteneffizienz nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch alle laufenden Kosten im Zusammenhang mit Firmware-Updates, Wartung oder Entwicklung.

Fragen und Antworten

F1: Was ist UART?

A1: Universal Asynchronous Receiver Transmitter ist eine Hardware, die parallele Daten in serielle Daten umwandelt. Es ist unerlässlich für die serielle Kommunikation. Es kann Daten senden und empfangen und funktioniert mit einem Signal und nicht mit einem Takt.

F2: Was ist der Zweck von UART?

A2: Der Zweck von UART ist es, serielle Daten zwischen zwei Geräten zu senden und zu empfangen. Es wandelt die Daten vom sendenden Gerät um, sodass sie an das empfangende Gerät gesendet werden können.

F3: Was ist der Unterschied zwischen USART und UART?

A3: Der Hauptunterschied zwischen USART und UART besteht darin, dass UART Daten nur seriell überträgt und empfängt, während USART Daten sowohl seriell als auch parallel übertragen und empfangen kann. Darüber hinaus kann USART mit synchronen und asynchronen Taktsignalen arbeiten, während UART nur im asynchronen Modus ohne Takt arbeitet.

F4: Welche Geräte verwenden UART?

A4: Einige der gängigen Geräte, die UART verwenden, sind Modems, GPS-Empfänger, Alarmsysteme, RS-232-Schnittstellen, Computerperipheriegeräte und Bluetooth-Geräte.