Микропроцессорные устройства

 
3.1 Универсальный последовательный приемопередатчик 
(UART или USART) 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Универсальный асинхронный или универсальный синхрон-
но/асинхронный приемопередатчик (Universal Synchronous/Asyn-
chronous Receiver and Transmitter – UART или USART) – простой 
последовательный интерфейс для организации информационного 
канала обмена микроконтроллера с внешними устройствами (ком-
пьютер, GPS-приемники, Bluetooth-устройства и другие микро-

---

29 
контроллеры). Способен работать в дуплексном режиме (одновре-
менная передача и прием данных). 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Для соединения с персональным компьютером потребуется дополнитель-
ная специальная микросхема (например, MAX232 или ADM232) согласования 
уровней по интерфейсу стандарта RS-232 («COM-Port»). Для передачи данных 
на расстояния более одного километра потребуется микросхема интерфейса RS-
485. Программный код получения/отправки данных в микроконтроллере оста-
нется прежним как для RS-232, так и для RS-485. 
Выводы UART выведены на конкретные отдельные ножки микро-
контроллера, которые переназначить на другие порты («пины») в программе 
нельзя. 
Протокол обмена представлен на рисунке 3.1. 
Рис. 3.1 – Протокол обмена UART 
Старт-бит – служит для определения начала посылки. 
Биты данных – может быть от 5 до 9 бит, но наиболее часто используется 
8 бит – один байт. 
Бит контроля четности – позволяет проверить не произошел ли при пере-
даче сбой. 
Стоп-биты – 1 или 2 бита, служат для определения окончания посылки. 
В начале отправки передатчик выставляет линию TX в низкий уровень – 
это старт-бит. Приемник интерпретирует изменение уровня как старт бит и 
начинает считывать последующее заранее настроенное число бит. Последний 
бит (изменение с низкого уровня на высокий) – это стоп-бит, он сигнализирует 
о том, что передача этого байта завершена. В конце байта, перед стоп-битом, 

---

30 
может быть и бит четности, который получается если просчитать все единицы в 
данных. Используется для контроля качества передачи. 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Самым широко используемым режимом является 8 бит, один 
старт, один стоп, без четности. 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
За порядок выставления старт, стоп и требуемых бит данных на линии 
отвечает встроенный модуль UART в микроконтроллере. Программисту доста-
точно настроить модуль на нужный режим работы как приемника, так и пере-
датчика. Уровень напряжений обычно соответствует напряжению питания 
микроконтроллера. 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Пример
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Слово «асинхронный» (приемо/передатчик) означает, что отсутствуют 
импульсы синхронизации между устройствами. Однако устройства имеют соб-
ственные (обычно разные) задающие генераторы частоты (кварцевые резонато-
ры) и могут работать на разных частотах. Например, у передатчика частота 
процессора 25 МГц, а у приемника – 8 МГц. При задании скорости (например, 
115 200 бит/с) нужно внутренними делителями попытаться добиться требуемой 
частоты передачи. Проблема заключается в том, что делители обычно кратны 2 
и появляется ошибка округления – рассогласования частот. 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
В протоколе применяется автоподстройка частоты для решения данного 
вопроса. На рисунке 3.2, а показано, если частота процессоров приемника и пе-
редатчика совпадает и имеются одинаковые настройки скорости (делителей ча-
стот), то считывание бита происходит аппаратно в середине интервала для ис-
ключения влияния фронтов нарастания и спада. Интервал считывания бита 
прогнозируется приемником исходя из заданной скорости. На рисунке 3.2, б 
показано, если скорость передатчика немного больше, чем у приемника, то 
приемник корректно считывает все биты из посылки, но имеется накапливаемая 
задержка при считывании. Если не сбрасывать накапливаемую временную 
ошибку рассинхронизации, то спустя несколько байт возможно считывание со-
седнего неверного бита. 
Стоп-бит растягивается по времени, а по спадающему фронту старт-бита 
происходит синхронизация устройств. 

---

31 
На рисунке 3.2, в показана возможная обратная ситуация, при которой 
длительность стоп-бита уменьшится, а синхронизация произойдет по старт-
биту. Допустимое расхождение скоростей определено протоколом UART. 
Рис. 3.2 – Синхронизация в протоколе обмена UART 

---

32 
Интерфейс RS-232 (COM port) и RS-485 отличаются уровнями напряже-
ний, что позволяет добиться большей дальности работы (рис. 3.3), и могут быть 
получены из UART с помощью микросхем шинных преобразователей. Размах 
напряжений у RS232 составляет +/– 12 15

В при двуполярном питании. Зона 
нечувствительности находится между 3

… 3

В и защищает от помех. 
Рис. 3.3 – Уровни напряжений в RS-232 и RS-485 
Размах напряжений у RS485 составляет +/– 5 5

В при двуполярном пи-
тании. Зона нечувствительности находится между 0,2

… 0,2

В и защищает от 
помех. 
Для интерфейса RS-232 имеется стандарт расположения выводов на разъ-
еме (рис. 3.4). 
Рис. 3.4 – Стандарт RS-232. Расположение выводов 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Соединение устройств происходит крест-накрест (рис. 3.5). 
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

---

33 
Рис. 3.5 – Стандарт RS-232. Соединение приемника и передатчика