ارتباط USART

ارتباط USART به عنوان قدیمی ترین و ساده ترین روش ارتباط سریال شناخته میشود که تاریخچه استفاده از آن به سوئیچ های مکانیکی گردان برمیگردد.این رابط امکان تبدیل دیتای موازی به سریال و ارسال آن از طریق یک سیم را به ساده ترین شکل ممکن فراهم میکند. این رابط را میتوان به سادگی با قطعات دیجیتالی پایه مثل مالتی پلکسر و شمارنده پیاده سازی کرد. اولین چیپ مجزا برای رابط UART با نام WD1402A توسط وسترن دیجیتال و در سال 1971 ساخته شد.

اصول کار این رابط بر اساس دریافت یک بایت دیتا به صورت موازی و تبدیل آن به بیت های جداگانه و ارسال یکی یکی این بیتها به سمت گیرنده میباشد که گیرنده نیز پس از گرفتن بیتها بایت اصلی دیتا را بازسازی میکند. تاخیر بین ارسال بیت ها سرعت تبادل دیتا را تعیین میکند. در رابط UART مقدار تاخیر به صورت استاندارد مشخص شده اند و فرستنده و گیرنده باید هر دو با سرعت یکسان بیت ها را ارسال و دریافت نمایند. واژه غیر همزمان نیز از همین نکته گرفته شده است که فرستنده و گیرنده نیازی به کلاک برای همزمانی ندارند. بلعکس در رابط USART فرستنده وظیفه دارد در کنار بیت های ارسال کلاک همزمانی را نیز ارسال کند تا گیرنده با استفاده از آن بتواند تاخیر بین بیت ها را تشخیص دهد.

به دلیل تفاوت ناچیز مابین سطوح ولتاژ منطق های 0 و 1 دررابط UART این رابط فاقد قابلیت اطمینان برای استفاده در کاربردهای عادی و صنعتی میباشد و به همین دلیل معمولا در کنار استانداردهای RS232 ، RS422 و RS485 استفاده میشود که این کار باعث بالارفتن قابلیت اطمینان و کاهش خطا میشود.

در استاندارد RS232 از سطوح ولتاژ +3 تا +15 برای منطق 0 و -3 تا -15 برای منطق 1 استفاده میشود که این تغییر سطح ولتاژ مشکل نویز پذیری را تا حدودی برطرف میکند . این استاندارد در کامپیوترها استفاده گسترده ای داشت و تقریبا اکثر کامپیوترهای رومیزی یک کانکتور سریال با استاندارد را در خود جای داده بودند که البته با فراگیر شدن پورت USB این کانکتور در حال حذف شدن میباشد.

در استاندارد RS422 از تبادل اطلاعات به صورت نفاضلی استفاده میشود که این کار سبب کاهش فوق العاده نویز پذیری و امکان استفاده در فواصل دور (حداکثر 1500 متر) میشود. به دلیل استفاده از حالت نفاضلی هر یک از خطوط ارسال و دریافت نیاز به دو سیم دارند.

استاندارد RS485 مشابه RS422 میباشد و تفاوت اصلی آن در حذف یکی از مسیرهای ارتباطی و استفاده از مسیر مشترک برای ارسال و دریافت دیتا میباشد. بنابرین در این استاندارد امکان ارتباط دو طرفه همزمان وجود ندارد ولی به دلیل پینهای کمتر نسبت به RS422 و قابلیت ایجاد شبکه ارتباطی بهتر استفاده وسیعی در کاربردهای صنعتی دارد.

تقریبا تمام میکروکنترلرها حداقل یک رابط UART را در داخل خود دارند و همین امر سبب به صرفه بودن استفاده از این رابط در پروژه ها میشود . همچنین امکان ارتباط این رابط به پورت USB از طریق مبدلهای آماده نیز وجود دارد .

مزایای UART :

1. ارزان بودن
2. سادگی برنامه نویسی و توسعه
3. امکان ارتباط آسان با کامپیوتر
4. امکان استفاده در کنار استانداردهای مختلف نظیر RS485
5. امکان ایجاد شبکه های ارتباطی ساده

معایب:

1. سرعت ارتباطی محدود
2. قابلیت های نرم افزاری ضعیف