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Ein UART-Chip (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) ist eine integrierte Schaltung zum asynchronen Senden und Empfangen von Informationen über eine serielle Schnittstelle. Sie möchten wissen, wie es funktioniert und wo es eingesetzt wird? In diesem Artikel finden Sie Antworten auf diese Fragen. Wir laden Sie zum Lesen ein!
Integrierte UART-Schaltung - Aufbau
Der integrierte Schaltkreis UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) ist eine äußerst wichtige Komponente in der Computerkommunikation, die Daten zwischen parallelen und seriellen Schnittstellen umwandelt. Das Aufbauschema des UART ist recht einfach.
Die wichtigsten Komponenten des UART-Chips sind der Sender (Transmitter) und der Empfänger (Receiver). Der Sender ist für die Umwandlung paralleler Daten in serielle Daten zuständig, während der Empfänger den umgekehrten Prozess durchführt. Der Empfänger empfängt die Datenbits von der seriellen Leitung und akkumuliert sie in seinem internen Register, bevor er sie an die parallele Schnittstelle weitergibt.
Wie genau funktioniert der UART-Chip?
Um zu verstehen, wie der UART funktioniert, muss man einige wichtige Schritte des Prozesses verstehen. Im Folgenden beschreiben wir diesen Prozess Schritt für Schritt:
- Daten speichern – im ersten Schritt werden die zu übertragenden Daten in das UART-Senderregister eingetragen. Diese Daten werden in der Regel über eine parallele Schnittstelle übertragen, z. B. über den Datenbus des Prozessors.
- Datenkonvertierung in das serielle Format – wenn sich Daten im Senderegister befinden, konvertiert der UART diese Daten vom parallelen in das serielle Format. Das bedeutet, dass die Daten Bit für Bit für die Übertragung vorbereitet werden.
- Datenübertragung – Sobald die Daten für die Übertragung vorbereitet sind, sendet der UART diese Daten auf der seriellen Leitung, Bit für Bit, in einem bestimmten Format, das Startbits, Datenbits, Paritätsbits und Stoppbits enthalten kann.
- Datenempfang – am anderen Ende der Kommunikation empfängt der UART-Empfänger Datenbits von der seriellen Leitung. Der Empfänger sammelt diese Bits in seinem internen Register.
- Umwandlung der Daten in das parallele Format: Nach dem Empfang aller Datenbits wandelt der Empfänger diese Daten vom seriellen Format zurück in das parallele Format. Dies ist der umgekehrte Vorgang zu dem des Senders.
- Lesen der Daten – nach der Konvertierung der Daten in das parallele Format werden die Daten an die parallele Schnittstelle des Empfängers übertragen, von wo aus sie gelesen und verwendet werden können.
Die oben genannten Schritte sind die grundlegenden Schritte des UART-Prozesses. Denken Sie jedoch daran, dass es je nach Layout und Konfiguration zusätzliche Schritte oder Funktionen geben kann, z. B. Flusskontrolle oder Fehlerbehandlung.
Erfahren Sie mehr über die Schnittstellenstandards, mit denen der UART arbeiten kann
Der UART-Chip ist äußerst vielseitig und kann mit einer Vielzahl von seriellen Schnittstellenstandards arbeiten. Nachfolgend finden Sie eine Liste der beliebtesten:
- RS-232 – dies ist der älteste und bekannteste serielle Schnittstellenstandard. Er wird üblicherweise für die Kommunikation zwischen dem Computer und Peripheriegeräten wie Modems, Mäusen und Druckern verwendet.
- RS-422 – dieser Standard ist dafür bekannt, dass er größere Entfernungen und höhere Datenraten als RS-232 ermöglicht. RS-422 wird häufig in industriellen Systemen verwendet, wo die Kabellänge mehrere hundert Meter betragen kann.
- RS-485 – wie RS-422 ermöglicht RS-485 größere Entfernungen und höhere Datenraten. Darüber hinaus ermöglicht der RS-485-Standard eine Mehrpunktkommunikation, d. h. mehrere Geräte können über dieselbe serielle Leitung kommunizieren.
- USB (Universal Serial Bus) – obwohl USB nicht direkt mit UART kompatibel ist, gibt es USB-UART-“Brücken”-Schaltungen, die Daten zwischen der USB- und der UART-Schnittstelle umwandeln. Dadurch können UART-Geräte problemlos an Computer und andere Geräte mit USB-Anschlüssen angeschlossen werden.
- TTL (Transistor-Transistor-Logik) – UARTs arbeiten häufig mit TTL-Schnittstellen, insbesondere in eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern. In solchen Fällen werden die UART-Daten in TTL-Spannungspegel umgewandelt, die direkt mit der digitalen Logik des Geräts kompatibel sind.
Beispiele für den Einsatz des UART-Chips in der Praxis
Der UART-Chip hat in vielen Bereichen der Technik, sowohl in kommerziellen Produkten als auch in der Industrie, breite Anwendung gefunden. Was ist der Nutzen?
Kommunikation zwischen dem Computer und Peripheriegeräten
Der UART wird häufig für die Kommunikation zwischen dem Computer und verschiedenen Peripheriegeräten wie Mäusen, Tastaturen, Druckern oder Modems verwendet. Er macht viele der Aktivitäten möglich, die wir täglich ausüben.
Eingebettete Systeme und Mikrocontroller
In Drohnen, Robotern oder Überwachungssystemen wird UART häufig für die Kommunikation zwischen verschiedenen Modulen verwendet. Mikrocontroller, wie die der Arduino-Familie oder des Raspberry Pi, verwenden häufig UART, um mit anderen Geräten oder Modulen zu kommunizieren.
Kommunikation in industriellen Systemen
In der Industrie wird der UART häufig für die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen eines Systems verwendet, z. B. zwischen Steuerungen, Sensoren und anderen Komponenten. Dies kann sowohl lokale als auch Fernkommunikation umfassen.
Telekommunikation, Netzwerke und GPS-Geräte
Der UART kann auch in der Telekommunikation eingesetzt werden, z. B. für die Kommunikation zwischen einer Telefonanlage und einem Modem, oder in Netzwerken für die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten. Viele Hersteller von GPS-Modulen verwenden den UART, um Standortdaten an Computer, Smartphones oder andere Geräte zu übertragen.
Zweifellos ist der UART-Chip sehr vielseitig und in vielen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens vertreten. War Ihnen das klar, bevor Sie diesen Beitrag gelesen haben?
