Als UART wird der Teil eines µC oder Computers bezeichnet, der eine asynchrone serielle Datenübertragung erlaubt.
UART heißt "Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter"
Die wichtigste Anwendung sind Schnittstellen wie RS232 oder RS485. Die Signale direkt am µC sind dabei (fast immer) noch CMOS- (bzw. TTL) Pegel. Direkt angeschlossen werden darf also eine RS232 oder ähnliches in der Regel nicht. Für die verschiedenen Schnittstellen gibt es passende Treiber/Reciever ICs wie MAX232 für RS232, MAX485 für RS485, und viele andere. Für kurze Strecken, z.B. auf einer Platine können die UART Signale direkt mit Logikpegel benutzt werden. Man hat dann aber halt keine RS232 Schnittstelle, sondern eine serielle Verbindung mit CMOS Pegeln. Die bidirektionale UART benötigt 2 Daten-Leitungen und natürlich GND:
- "TxD" (Tranceive Data = Daten Senden)
- "RxD" (Receive Data = Daten Empfangen)
Die Übertragungsgeschwindigkeit wird in Baud angeben. Obwohl über die Register zahlreiche Baudraten einstellbar sind, so haben sich gewisse Baudraten als Standard etabliert. Bei RS232 für Controlleranwendungen ist das sehr oft 9600 Baud.
Baudrate Bitlänge 300 Baud 3,33 ms 2400 Baud 417 µs 9600 Baud 104 µs 38400 Baud 26,04 µs
Für ein Datenbyte werden 1 Startbit, die 8 Datenbits und 1-2 Stopbits übertragen. Das 2. Stopbit ist je nach Ausführung der UART nötig, wenn der Sender etwas schneller ist als der Empfänger. Mit einem Stopbit entsprechen 9600 Baud gerade 960 Bytes pro Sekunde, weil 10 Bits für 1 Byte an Daten übertragen werden.
Damit eine asynchrone Übertragung funktioniert, müssen Sender und Empfänger die gleiche (oder wenigstens fast) Geschwindigkeit benutzen. Für die üblichen Datenpakete von 10 (Roh-)Bits kann eine Abweichung bis etwa 4% gerade noch gehen. Für eine sichere Übertragung sollte die Geschwindigkeit aber besser (2%) stimmen, damit etwas Reserve für Laufzeitfehler und ähnliches da ist. Die Anforderungen sind so, dass es mit dem internen Takt der meisten µCs oft geht, aber nicht immer zuverlässig. Um die RS232-Standart Baudraten (besonders die höheren) genau zu erreichen, gibt es spezielle Quarze mit krummen Frequenzen wie: 3.6864 MHz, 7.3728 MHz, 11.0592 MHz.
Einsatzzwecke:
- Kommunikation mit dem PC
- Kommunikation unter Roboter-On-Board-(Sub)Systemen
- Datenübertragung per IR
- Bootloader
Der UART wird gerne zur Daten-Ausgabe auf dem PC eingesetzt. Hierzu benötigt man am PC ein Terminalprogramm. Man kann so auch leicht im eigenen Code Fehler suchen, indem man sich an den Problemstellen Variablen über den UART ausgeben lässt (Debuggen).
Besonders für niedrige Baudraten kann die UART beim µC auch in Software realisiert werden.
Bei vielen der AVR Controllern gibt es die Erweiterung, USART = "Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter". Bei den PIC Controllern wird die ähnliche Erweiterung EUSART genannt.
Die UART ist hier ergänzt um die Fähigkeit einer synchronen Datenübertragung. Vor allem als SPI-Master ist die USART gut geeignet. Bei synchroner Übertragung kommt eine Taktleitung (XCK) dazu und man ist entsprechend nicht mehr auf einen genauen Takt beim Sender und Empfänger angewiesen.
Artikel von tobimc
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