Что такое rx и tx при передаче данных

UART ПРОТОКОЛ: ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

UART (Universal Asynchronous Transmitter Receiver) это наиболее распространенный протокол, используемый для полнодуплексной последовательной связи. Устройство отправляет и получает данные из одной системы в другую. В этом мануале мы подробно изучим основы связи и работу протокола UART, подробное описание интерфейса и распиновку разъёмов..

Что такое UART

UART означает универсальный асинхронный приемник-передатчик. Это периферийное оборудование, которое находится внутри микроконтроллера. Функция UART заключается в преобразовании входящих и исходящих данных в последовательный двоичный поток. Восьмибитные последовательные данные, полученные от периферийного устройства, преобразуются в параллельную форму с использованием последовательного преобразования в параллельное, а параллельные данные, полученные от ЦП, преобразуются с помощью преобразования из последовательного в параллельный. Эти данные представлены в модулирующей форме и передаются с определенной скоростью передачи.

Почему используют UART

Для быстрой связи используются такие протоколы, как SPI (последовательный периферийный интерфейс) и USB (универсальная последовательная шина). Но когда высокоскоростная передача данных не требуется, применяют протокол UART. Это дешевое устройство связи с одним передатчиком и приемником. Тут требуется лишь один провод для передачи данных и один для приема. О конвертере USB-ART прочитайте по ссылке.

Его можно подключить к персональному компьютеру с помощью преобразователя RS232-TTL или USB-TTL. Сходство между RS232 и UART заключается в том, что им обоим не нужен таймер для передачи и приема данных. Кадр UART состоит из 1 стартового бита, 1 или 2 стоповых битов и бита четности для последовательной передачи данных.

Блок-схема UART

UART состоит из следующих основных компонентов: передатчик и приемник. Передатчик состоит из регистра удержания передачи, регистра сдвига передачи и логики управления. Точно так же приемник состоит из регистра удержания приема, регистра сдвига приемника и логики управления. Обычно и передатчик, и приемник снабжены генератором скорости передачи данных.

Генератор скорости передачи данных формирует скорость, с которой передатчик и приемник должны отправлять и получать данные. Регистр удержания передачи содержит передаваемый байт данных. Регистр сдвига передачи и регистр сдвига приемника сдвигают биты влево или вправо, пока байт данных не будет отправлен или получен.

В дополнение к этому, предусмотрена логика управления чтением или записью, указывающая когда читать и записывать. Генератор скорости передачи данных формирует скорости в диапазоне от 110 бит / с до 230400. В большинстве случаев микроконтроллеры предлагают более высокие скорости передачи, такие как 115200 и 57600 бит / с, но такие устройства как GPS и GSM, используют более низкую скорость в 4800 и 9600 бод.

Как работает UART

Передатчик и приемник используют стартовый бит, стоповый бит и параметры синхронизации для взаимодействия друг с другом. Исходные данные находятся в параллельной форме. Например есть 4-х битные данные, и чтобы преобразовать их в последовательную форму нужен преобразователь из параллельного в последовательный. Обычно для проектирования преобразователей используются D-триггеры.

D-триггер, также известный как триггер данных, сдвигает один бит со стороны входа на сторону выхода только тогда, когда таймер изменяет переход из высокого состояния в низкое или из низкого состояния в высокое. Точно так же, если надо передать 4 бита данных, понадобится 4 триггера.

Теперь спроектируем преобразователь из параллельного в последовательный и из последовательного в параллельный.

Параллельное преобразование в последовательное

Последовательное преобразование в параллельное

Шаг 1: Возьмем 4 триггера. Количество триггеров совпадает с количеством передаваемых битов.

Шаг 2: Сначала отключим параллельную шину. Не включаем пока не будут загружены все биты. Сохраним данные на входе первого триггера. Теперь установим высокий уровень тактовой частоты, это сдвинет младший бит на вход второго триггера и выход первого. Точно так же сдвинем все биты один за другим, сделав тактовый импульс высоким. Преобразователь находится в состоянии удержания до тех пор, пока все биты не будут переданы на выход.

Шаг 3: Теперь каждый триггер содержит один бит последовательных данных. Пока все биты передаются на выход триггера, активируем шину. Это заставит конвертер отправлять все биты за раз.

Формат протокола UART

Начинается связь со стартовым битом «0». Стартовый бит инициирует передачу последовательных данных, а стоповый бит завершает транзакцию данных.

Он также имеет бит четности (четный или нечетный). Бит четности представлен как «0» (четное количество единиц), а бит нечетной четности представлен как «1» (нечетное количество).

Передача данных

Передатчик отправляет по одному биту за раз. После отправки одного бита отправляется следующий. Таким образом, все биты данных отправляются на приемник с заранее определенной скоростью передачи. При передаче каждого бита будет определенная задержка. Например, чтобы отправить один байт данных со скоростью 9600 бод, каждый бит отправляется с задержкой 108 мкс. Данные добавляются с битом четности. Таким образом для отправки 7 бит требуется 10 бит данных.

Прием данных

Для приема данных используется приёмная линия RxD.

Пример интерфейса UART

Этот пример демонстрирует взаимодействие ESP8266 UART с MAX232. Микросхема MAX232 питается от источника 5 В, и включает в себя генератор емкостного напряжения для управления напряжением 232 уровня. Она поставляется с двумя передатчиками, также называемыми драйвером (Tin, Tout) и приемниками (Rin и Rout).

Здесь использовался ESP8266 (32-битный микроконтроллер) со встроенным UART. Связь может осуществляться с ESP8266 с использованием AT-команд через преобразователь уровня RS232 в TTL (MAX232). На схеме показано подключение ESP8266 к компьютеру.

Запрашивая действительные AT-команды через ПК, микросхема Wi-Fi ответит подтверждением. Вот шаги для реализации последовательной связи с ПК.

Команды ESP8266

Далее показан ответ модуля ESP8266.

UART и USART

Основное различие между UART и USART заключается в том, что UART поддерживает только асинхронную связь, тогда как USART поддерживает как синхронную, так и асинхронную. Вот сравнение между USART и UART:

RS232 и UART

Логические уровни представляют собой уровни рабочего напряжения, которые устройство может выдержать для работы в безопасной зоне. Вот уровни напряжения для RS232 и TTL:

Логика TTL / CMOS

UART работает по TTL логике.

Преимущества и недостатки UART

Области применения протокола

Последовательный порт отладки использует драйвер UART для печати данных, поступающих извне. Можем использовать этот протокол для отправки и получения команд на встроенные устройства и от них. Также выполняется связь в GPS, модеме GSM / GPRS, чипах Wi-Fi и других модулях работающих с UART. Используется в доступе к мэйнфрейму для подключения разных компьютеров.

Форум по обсуждению материала UART ПРОТОКОЛ: ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

Обзор готового модуля усилитель звуковой частоты на TDA7377 с модулем Bluetooth для беспроводной передачи аудиосигнала.

Несколько методов точного измерения емкости конденсаторов. Теория и практика.

Источник

Что такое rx и tx при передаче данных

UART и USART: введение

Интерфейсы UART/USART, несмотря на их солидный возраст, до сих пор находят широкое применение, очень распространены и весьма востребованы. Имеют аппаратную реализацию во многих микроконтроллерах. Например, микроконтроллеры STM32 из семейства STM32F100xx, в зависимости от варианта исполнения, содержат 2 или 3 USART. Синхронная передача используется гораздо реже асинхронной и обычно USART используется в режиме UART.

UART может применяться как для осуществления взаимодействия компонентов внутри одного устройства, так и для подключения устройств между собой. Для внешних подключений сигналы с уровнями логики ТТЛ или КМОП подходят мало из-за низкой помехоустойчивости. Распространённым стандартом физического уровня для UART, который подходит для подключения внешних устройств является RS-232. Этому стандарту, в частности, соответствует последовательный порт (COM-порт) компьютера. Так что, микроконтроллер с помощью схемы преобразования уровней может обмениваться информацией с COM-портом компьютера, но об этом чуть позже.

Варианты подключения UART

В UART передача данных происходит в последовательной форме, т.е. по одному биту. Поэтому для передачи в одном направлении требуется один проводник; для полнодуплексной двунаправленной связи потребуется два проводника.

Рис. %img:uc1

К однопроводной линии можно подключить несколько устройств, которые будут образовывать сеть для передачи данных. Арбитраж в этой сети должен быть реализован программно.

Рис. %img:un

Формат передачи данных UART

В отсутствии передачи на выходе UART присутствует уровень лог. 1.

Данные передаются в виде посылок (фреймов), каждая из которых состоит из стартового бита, битов данных и одного или нескольких стоп-битов. Длительность всех битов одинакова, связана со скоростью передачи соотношением T=1/S. Существует ряд стандартных скоростей передачи: 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600 бод. Если внутри одного устройства связь можно осуществлять на произвольной скорости, то для связи с внешними устройствами следует придерживаться стандартных величин.

Рис. %img:uf

Так как во время передачи стоп-бита и пока линя свободна, на выходе присутствует единичное значение, а старт-бит имеет значение лог. 0, старт-бит позволяет выявить момент начала передачи данных, разделить две последовательные посылки и осуществить синхронизацию передатчика и приёмника.

Рис. %img:ug

Управление потоком данных

Для управления потоком данных UART используется программный или аппаратный метод. В случае программного метода, информация о готовности устройства принимать данные или о необходимости остановить передачу передаётся по тем же каналам, что и данные. Принимающая сторона программно разделяет данные и управляющие сигналы в соответствии с принятым протоколом.

Интерфейс UART предусматривает возможность использования дополнительных сигналов (CTS, RTS) для аппаратного управления потоком данных. Аппаратное управление может использоваться некоторыми медленными устройствами или устройствами с простой схемной реализацией. Однако оно потребует двух дополнительных линий для подключения устройства.

Рис. %img:ufc

Приёмник, в свою очередь, устанавливает на выходе RTS значение лог. 0, если он готов принимать данные и устанавливает лог. 1, требуя от передатчика остановить передачу.

COM-порт (интерфейс стандарта RS-232)

Хотя он и считается устаревшим для использования в компьютерах, тем не менее, интерфейс стандарта RS-232 ещё не утратил полностью своего значения и существует оборудование, где он используется. Интерфейс не обеспечивает высокой скорости передачи данных (максимум 115200 бод), но зато прост и дёшев в реализации, надёжен.

Для сигналов используются следующие уровни.

Требуется, чтобы любой вывод интерфейса выдерживал замыкание на любой другой вывод и на источник напряжения 5 В.

В таблице указаны обозначения для сигналов принятые для COM-порта, обозначения в соответствии с RS-232, номера выводов в разъёмах и краткое описание назначения сигналов.

Для подключения к интерфейсу используются 25-контактные или 9-контактные разъёмы (DB25, DB9). Первоначально применялись 25-контактные разъёмы, но многие сигналы не использовались устройствами. В связи с этим произошёл переход к 9-контактным разъёмам. В оконечном оборудовании используются разъёмы типа вилка (Pin): DB-9P. В аппаратуре передачи данных (модемы, например) используются разъёмы типа розетка (Socket): DB-9S.

Гальваническая развязка для COM-порта

Рис. %img:rss

Для преобразования сигналов между уровнями ТТЛ/КМОП логики и уровнями RS-232 существуют специализированные микросхемы.

Работает предложенная схема гальванической развязки для COM-порта следующим образом. Когда на TD выходе UART установлен уровень лог. 0 (обычные КМОП-уровни для микроконтроллеров), ток через светодиод оптрона U1 отсутствует, транзистор оптрона заперт, за счёт резистора R1 от выхода DTR(+) COM-порта на входе RD устанавливается положительный относительно общего провода потенциал, что соответствует уровню лог. 0 для RS-232. Если на выходе TD устройства UART установлена лог. 1, транзистор оптрона U1 открывается и RD вход COM-порта подключается к выходу RTS (-), за счёт чего на входе RD формируется отрицательный потенциал (лог. 1 для RS-232).

Оптрон U2 отвечает за передачу данных в обратном направлении. Когда на TD выходе COM-порта установлен уровень лог. 0 (положительный потенциал), транзистор оптрона U2 открывается, формируя лог. 0 на входе UART. Если на выходе TD COM-порта устанавливается лог. 1 (отрицательный потенциал), транзистор оптрона U2 закрывается и за счёт подтягивающего к высокому уровню резистора на входе RD устройства UART формируется логическая 1.

Если разъём P1 отключён от COM-порта, или компьютер выключен, то это будет восприниматься как «линия свободна» (отсутствие передачи данных), на вход USART микроконтроллера при этом будет подаваться лог. 1. Допускается подключение разъёма P1 к COM-порту работающего компьютера, это не приведёт к повреждению оборудования, но в некоторых случаях, в момент подключения, компьютер может получить какое-то количество случайных байтов.

Для однонаправленной связи можно оставить только соответствующую часть схемы. Если используется только передача данных от COM-порта к UART микроконтроллера, то отпадает необходимость в описанном выше программном конфигурировании COM-порта.

USART в STM32 (STM32F100xx)

Функциональная схема USART в микроконтроллерах STM32.

Рис. %img:ust

В обычном двунаправленном полнодуплексном режиме требуется как минимум два вывода для подключения USART: RX (Receive Data In) и TX (Transmit Data Out).

RX: вход для последовательных данных. Для извлечения данных используется техника оверсэмплинга (супердискретизации), когда чтение входа осуществляется с частотой, в несколько раз превышающей скорость передачи данных (в данном случае в 8 или 16 раз). Сопоставление считанной последовательности с предопределёнными шаблонами позволяет выделить фронт сигнала, определить значение принимаемого бита и обнаружить шум при его наличии в принимаемом сигнале.

TX: выход для передачи данных в последовательной форме. Когда передатчик отключён, вывод возвращается в состояние, заданное конфигурацией порта ввода-вывода. Когда передатчик включён, но никаких данных не передаётся, на выходе TX устанавливается высокий уровень (паузе в передаче данных, или свободной линии соответствует наличие лог. 1 в линии). В однопроводном режиме или режиме смарт-карты этот вывод используется как для передачи, так и для приёма данных (поэтому на схеме он обозначен как TX/SW).

SCLK: выход для тактового сигнала при синхронной передаче данных, соответствует мастер-режиму SPI. Тактовые импульсы не формируются во время старт и стоп-битов. Наличие импульса во время передачи последнего бита данных определяется программно. Параллельно может происходить синхронный приём данных на входе RX. Фаза и полярность импульсов задаются программно. В режиме смарт-карты вывод SCLK может формировать тактовый сигнал для смарт-карты.

Программно приём и передача данных через интерфейс USART осуществляется путём чтения и записи регистра данных DR. Записываемые в регистр данные помещаются в регистр передаваемых данных TDR, а затем, когда завершится текущая передача, копируются в передающий сдвигающий * регистр. Если в данный момент ничего не передаётся, данные сразу помещаются в сдвигающий регистр. Сдвигающий регистр преобразует данные из параллельной формы представления в последовательную: схема управления с заданной тактовой частотой сдвигает содержимое регистра на 1 бит вправо. Сдвигаемые биты, начиная с младшего, подаются на выход USART. Кроме того, схема управления формирует стартовый бит, бит чётности (если используется) и стоп-биты.
* Сдвигающий регистр также называют регистром сдвига или сдвиговым регистром.

После того, как содержимое TDR копируется в сдвигающий регистр, в DR можно записывать очередной байт, без риска повредить предыдущее содержимое.

Принимаемые данные попадают в приёмный сдвигающий регистр. Когда приём фрейма завершается, данные из приёмного сдвигающего регистра помещаются в регистр принимаемых данных (RDR), откуда они могут быть прочитаны путём чтения регистра данных DR. Такое устройство регистра данных позволяет одновременно передавать и получать данные.

Далее смотрите подробное описание всех регистров устройства USART в микроконтроллерах STM32: «Регистры USART в микроконтроллерах STM32F100xx».

А также несколько примеров использования USART для передачи данных: «UART и USART. COM-порт. Часть 2».

Источник

Что такое TX и RX относительно?

Я работал с устройством, которое использует связь RS232 с ПК. Был некоторый беспорядок, поскольку они определили свои контакты TX и RX относительно устройства. В своих определениях они используют для обозначения TX, являющегося контактом, который отправляет данные с устройства. На мой взгляд, это должно быть помечено как RX, потому что это пин-код, который получает компьютер.

Как должны быть определены штифты? Они относятся к каждому устройству или к «контроллеру»?

Это может быть легче понять, если мы быстро рассмотрим, как изначально использовался стандарт RS-232.

Примечание. Все номера контактов ниже относятся к оригинальному 25-контактному разъему D; нумерация изменилась на 9-контактном разъеме, используемом на более поздних ПК.

Контакт 2 на исходном 25-контактном разъеме D (описанный в стандарте как «Переданные данные», «Цепь BA», «V24. Номер 103») должен быть данными от DTE к DCE.

Контакт 3 на исходном 25-контактном разъеме D (описываемый в стандарте как «Полученные данные», «Цепь BB», «V24. Номер 104») должен быть данными от DCE к DTE.

Следовательно, вы можете видеть, что маркировка того, что было передано и что было получено, была с точки зрения DTE (то есть терминала). Все это имело смысл, когда типичные связи были между DCE и DTE.

Однако элементы оборудования, которые мы используем в эти дни (даже если они не используют RS-232 и вместо этого используют интерфейс протокола TTL или другого напряжения UART), обычно все являются DTE (за одним исключением, являющимся модемами). Соединение контакта 2 (который является выходом) на одной части DTE, с выводом 2 (другой выход) на другой части оборудования, настроенного как DTE, не имеет смысла (и при использовании сигналов логического уровня может даже привести к повреждению оборудования). Это где использование «скрещенных» или «нуль-модемных» (то есть без модема) кабелей.

Ваш вопрос

Я работал с устройством, которое использует связь RS232 с ПК. Был некоторый беспорядок, поскольку они определили свои контакты TX и RX относительно устройства. В своих определениях они используют для обозначения TX, являющегося контактом, который отправляет данные с устройства. На мой взгляд, это должно быть помечено как RX, потому что это пин-код, который получает компьютер.

Как должны быть определены штифты? Они относятся к каждому устройству или к «контроллеру»?

Из приведенной выше справочной информации вы можете видеть, что их маркировка верна, если их устройство работает как DTE (что большинство, если это не модем или другой интерфейс WAN). На части DTE контакт, помеченный как «Переданные данные» (контакт 2 на 25-контактном разъеме) , отправляет данные. (И, как объяснено выше, на части DCE (например, модем) вывод, известный как «Переданные данные» (вывод 2 на 25-контактном разъеме), фактически является входом, который получает сигнал от ООД.)

Хотя это, кажется, не относится к вам, я просто добавлю: чтобы усложнить жизнь, некоторые производители пытаются «помочь», эффективно маркируя свое оборудование DTE, как если бы оно было частью DCE. Они помечают свой вывод ввода данных как Tx, так что пользователь просто подключает «Tx» от внешнего устройства (которое, если это DTE, будет вывод данных оттуда) к выводу, помеченному «Tx» на их оборудовании (которое, как он знает, вход ). Таким образом, они могут сказать «просто подключите Tx на вашем устройстве к Tx на нашем оборудовании». Они думают, что пытаются помочь, но такая маркировка часто только добавляет путаницы.

Источник