Настройка uart соединения в ардуино

Короткая запись параметров

Был выработан и прижился короткий способ записи параметров UART, таких, как

количество бит данных — наличие и тип бита четности — количество стоп-бит
.

Выглядит как запись вида цифра-буква-цифра
, где:

Первая
цифра обозначает количество бит данных, например, 8.

Буква обозначает наличие и тип бита четности.

N
(No parity) — без бита четности;

E
(Even parity) — с битом проверки на четность,

O
(Odd parity) — с битом проверки на нечетность;

Последняя
цифра обозначает длительность стоп-бита.

Встречаются значения 1, 1.5 и 2 для длительности стоп-бита в 1, 1.5 и 2 битовых интервала соответственно.

Например, запись 8-N-1 обозначает, что UART настроен на 8 бит данных без бита четности и один стоповый бит. Для полноты параметров эту запись снабжают указанием.

СхемаSchematic

На следующей схеме показаны основные компоненты, необходимые для поддержки микросхемы FT4232HQ:The following schematic shows the main components required to support the FT4232HQ chip:

Дополнительные сведения о файлах и схемах проектирования см. в статье Конструкция эталонной платы MT3620.See MT3620 reference board design for more information about the design files and schematics.

Примечания.Notes:

• Резисторы 4.7 K в ряде с линией сброса включают в себя, чтобы избежать короткого замыкания в событии, которое пользователь нажимает кнопку Reset (если включается в проект) в то же время, когда строка сброса контролируется программным способом во время восстановления.The 4.7K resistors in series with the reset line are included to avoid a short-circuit in the event a user presses the reset button (if included in the design) at the same time that the reset line is being controlled programmatically during recovery.

• При установке печатной платы убедитесь, что дифференциальная пара, USB_P и USB_N, направлены параллельно друг другу, чтобы получить характерный дифференциальный импеданс 90 Ом.When laying out the PCB, ensure that the differential pair, USB_P and USB_N, are routed parallel to each other to give a characteristic differential impedance of 90Ω.

• Резисторы с сопротивлением 33 Ом, последовательно подключенные (необязательно) к линиям SWD, предназначены для уменьшения помех и должны располагаться рядом с FT4232HQ.The 33Ω resistors in series with the (optional) SWD lines are intended to reduce transients and should be placed close to the FT4232HQ.

UART

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter или просто UART используется с ранних 1960-х и с тех пор претерпевал постоянные изменения. Несмотря на то, что постоянно производятся попытки уничтожить UART, последовательные протоколы этого типа всё ещё представляют важный способ общения между устройствами встраиваемых систем.

UART представляет собой периферийное устройство в процессоре, с помощью которого осуществляется общение между устройствами по последовательному протоколу на небольшие расстояния. Кстати, UART является основой стандарта RS-232 (тот самый D-образный разъем с 9-ю пинами). В языке «С» вывод printf часто может передаваться напрямую через UART. Вообще порты работающие по UART чаще всего называются просто последовательными портами. В самой простой форме UART представляет собой три провода: земля, передача, приём. 

Первая проблема UART в том, что нет возможности определить какое устройство ведущее, а какое ведомое (master/slave), так что непонятно к чему цеплять transmit? Обычно, это определяют за нас. Например, кто-то, кто проектирует печатную плату может назвать этот провод как TX и определить, что устройство должно соединяться так, тогда система будет выглядеть следующим образом:

В итоге получается вариант, когда процессор и принимает, и передаёт данные. Другой способ конфигурации выглядит вот так:

Тогда получается вариант, где процессор всегда передаёт (TX) получателю (RX) и наоборот. Какой вариант правильный? Оказывается это решение принимает за нас производитель чипа и готовой платы/устройства. Я видел множество примеров использования обоих вариантов настолько часто, что без прочтения даташита невозможно было определить как именно следует производить конфигурацию устройств. Если бы я имел контроль над наименованием, то закрепил второй вариант, когда TX соединено с RX. На практике чаще всего TX, подсоединённый к TX, приводит к сгоранию чипов (тоже верно и для RX-RX), так что это хороший пример того, что надо читать документацию перед тем как соединять чипы по UART, так как существует несколько способов соединения.

Когда отправитель и получатель располагаются на одной плате, тогда уровень напряжения сигнала при передаче соответствует уровню напряжения питания процессора. К примеру, «1» будет передаваться с напряжением 3.3В, а «0», грубо говоря, с 0В. Это неочень полезно тогда, когда требуется передать сигнал более, чем на несколько дюймов (1 дюйм = 2.54 см), так как начинают появляться искажения сигнала и увеличивается падение напряжения. В итоге, чем дальше расстояние, тем количество ошибок передачи растет и в итоге становится невозможно передать сообщение, так как оно поступает до невозможности искаженным.

Для того, чтобы избежать подобной ситуации добавляют дополнительные чипы-буферы, усиливающие сигналы. После этого сигналы могут передаваться уже на метры без существенной потери информации. Однако, напряжения при передаче битов довольно странные: для передачи 1 используются -3В..-15В, а для передачи 0 — от +3В до +15В. Это те самые напряжения, которые используются в RS-232. Кстати, буферы в RS-232 также являются ограничителями тока, так что контакты разъёма можно замыкать между собой и он не выгорит. 

Передача и прием последовательных данных

УАПП принимает байт данных и передает отдельные биты в виде определенной последовательности. Каждый УАПП содержит регистр сдвига, который является основным методом преобразования между последовательными и параллельными формами. Последовательная передача цифровой информации (битов) через один провод или другой носитель является менее дорогостоящим, чем параллельная передача по нескольким проводам.

УАПП обычно не генерирует или принимает напрямую внешние сигналы, используемые между различными элементами оборудования. Отдельные интерфейсные устройства используются для логического преобразования уровней сигналов УАПП. Внешние сигналы могут иметь множество различных форм. Примеры стандартов для передачи сигналов напряжения являются RS-232, RS-422 и RS-485 от EIA . Исторически сложилось так, что ток (в токовой петле) был использован в телеграфных цепях. Некоторые схемы сигнализации не используют электрические провода. Примерами таких являются оптоволоконные, IrDA ( инфракрасный), и Bluetooth (беспроводной) в Serial Port Profile (SPP). Некоторые схемы сигнализации используют несущие модуляции сигнала (с или без проводов). Примерами могут послужить модуляция звуковых сигналов с телефонной линии модемов, ВЧ модуляции с радиостанциями данных, и DC-LIN для связи по линии электропередачи.

Связь может быть симплексной (только в одном направлении, без предоставления прав для принимающего устройства, чтобы отправить информацию обратно на передающее устройство), полный дуплекс (используются оба устройства передачи и приема одновременно) или полудуплекс (устройства передачи и приема используются по-очереди ).

Каждый символ передается как низкий логический стартовый бит. В зависимости от конфигурации числа битов данных (обычно 8, но пользователи могут выбрать от 5 до 8 или 9 бит в зависимости от которых УАПП будет использоваться), дополнительный бит берется под четность. В большинстве случаев передается сначала наименее значимый бит данных, но есть и исключения (например, IBM 2741 печатающего терминала).

Стартовый бит сигнализирует приемнику, что новый сигнал поступил. Следующие пять-девять битов, в зависимости от набора кода, задают основную информацию. Если бит четности используется, то он будет помещен после того, как пройдут все биты данных. Следующие один или два бита всегда отводятся для метки (высокий логический уровень, то есть, ‘1’) состояние называется стоп — битом(ами). Такие метки создают сигнал, который завершается поток информации. Поскольку стартовый бит имеет низкий логический уровень (0) и бит остановки обладает высоким логическим уровнем (1) всегда есть по крайней мере два гарантированных изменения сигнала между символами.

Если линия проходит в низком логическом состоянии дольше времени передачи информации, это создаст условие прерывания, которое может быть обнаружено с помощью УАПП.

Что это за протокол и зачем нужна его настройка

С английского языка UART, или universal asynchronous receiver-transmitter, можно перевести как универсальное асинхронное средство приёма-передачи. В настоящий момент это не только наиболее известный, но и достаточно старый протокол передачи информации.
Самым распространённым протоколом UART является RS-232, то есть com-порт, установленный на настольном компьютере. Его особенность заключается в том, что и сегодня он не теряет своей актуальности и активно используется.Широко известен и такой промышленный стандарт, как RS-485.
Добавим, что UART1 и UART2 применяется для подключения прошивочного кабеля, а также для соединения с компьютером. На системный разъём нашего сотового устройства выведены такие порты, как UART1, UART2 и USB.
Добавим, что инфракрасный порт, по сути, также является UART.Отличие заключается лишь в способе передачи данных (не проводной, а ИК-излучение). В SIM-картах также используется этот протокол – правда, там предусмотрен полудуплексный способ передачи информации.
Отдельного внимания заслуживает запрос сопряжения интерфейсов. На сегодняшний день для этого существует особые микросхемы. Хорошим примером является микросхема ft232rl, разработанная для сопряжения UART с USB.Тем не менее, на ней не стоит зацикливаться, поскольку существуют и более дешёвые, однако весьма интересные аналоговые средства сопряжения.
Зачем нужен интерфейс UART? Как правило, именно по нему можно проверять и налаживать работоспособность нашего устройства

Зачастую производители мобильной техники не акцентируют внимание на поддержке этого протокола. Чтобы это проверить наверняка, рекомендуется скачать мануал на тот процессор, где есть UART.
Мы сможем не только получить физический доступ к устройству по нашему протоколу, но и настроить его работу на собственное усмотрение – нередко совсем не так, как это задумал производитель.

Dialog Semiconductor

самые маленькие BLE чипыDA14583Cortex-M00 dBmBluetooth 4.1.

Кратко о BLE

здесьController«Vol.6 Core System Package »Host«vol.3 Core System Package »(Кликнуть для увеличения)AdvertisingManufacturer Specific DataScanRequestScanResponceBLEWi-Fi

Стек протоколов BLE

BLEHostControllerHostControllerHCIHost Controller InterfaceHostControllerBluetoothHCIUSBHCIHostGATTGAP, L2CA, SMP, HCIGAP APICentral, Peripheral, Observer, BroadcasterGATT API(Кликнуть для увеличения)(Кликнуть для увеличения)(Кликнуть для увеличения)(Кликнуть для увеличения)

Инструменты разработки

Средства разработки с предлагаемые сайтом Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) — https://www.bluetooth.com/develop-with-bluetooth/developer-resources-toolsBluetooth SIG

Разработка проекта для ПЛИС

Общая информация

проект для ПЛИС должен поддерживать представленное ниже преобразование данных:Диаграмма преобразования данныхНа вход DE10-Nano поступают сигналы с линии Tx интерфейса UART (верхний сигнал). Далее ПЛИС необходимо правильно определить принятые данные из трех посылок по 8 бит каждая и преобразовать их в соответствующий документации формат посылки SPI (представлен в 4 линиях).примера

Контроллер UART

• генератор импульсов;
• модуль записи;
• модуль чтения.

эту статью

• модуль последовательной записи;
• модуль битового счетчика;
• модуль анализатора ошибок.

• Данные команды (DATA_0–DATA_7);
• Данные адреса регистра (ADR_0–ADR_12);
• Бит режима записи/чтения W/R.

Возможности и характеристики

Как вы, наверное, знаете, базовая система UART обеспечивает надежную, среднескоростную, полнодуплексную связь только с тремя сигналами: Tx (последовательно передаваемые данные), Rx (последовательно принимаемые данные) и земля. В отличие от других протоколов, таких как SPI и I2C, в нем не требуется никаких сигналов синхронизации, так как пользователь дает аппаратному обеспечению UART необходимую для синхронизации информацию.

Связь двух микроконтроллеров через UART

На самом деле, сигнал синхронизации существует, но он не передается от одного устройства связи к другому; и приемник, и передатчик имеют внутренние тактовые сигналы, которые управляют тем, как изменение логических уровней генерируется (на стороне Tx) и интерпретируется (на стороне Rx). Неудивительно, что связь через UART не работает, если передатчик и приемник настроены на разные частоты передачи данных. Кроме того, внутренние тактовые сигналы должны быть:

1. достаточно точны и близки к ожидаемой частоте;
2. достаточно стабильны в течение долгого времени и изменений температуры.

Ключевые термины

Давайте рассмотрим некоторые термины и попутно характеристики UART:

Стартовый бит

Первый бит в передаче одного байта через UART. Он указывает на то, что линия данных покидает состояние ожидания. В состоянии ожидания, как правило, на линии установлен высокий логический уровень, поэтому стартовый бит равен низкому логическому уровню. Стартовый бит является вспомогательным, это означает, что он обеспечивает связь между приемником и передатчиком, но не передает значимых данных.

Стоповый бит

Последний бит в передаче одного байта через UART. Его логический уровень равен логическому уровню в состоянии ожидания, то есть, логической единице. Это еще один вспомогательный бит.
Стартовый и стоповый биты в передаче байта через UART

Битовая скорость

Приблизительная скорость (в битах в секунду, или бит/с, bps), с которой данные могут быть переданы. Более точное определение частоты (в бит/с) соответствует времени (в секундах), необходимому для передачи одного бита цифровых данных. Например, для системы 9600 бит/с, для передачи одного бита требуется 1/(9600 бит/с) ≈ 104,2 мкс. Эта система не может на самом деле передавать 9600 бит значимых данных в секунду, так как требуется дополнительное время для передачи служебных битов и, возможно, для задержек между передачами отдельных байтов.
Битовая скорость и время передачи одного бита через UART

Бит четности

Бит обнаружения ошибок, добавленный к концу байта. Возможны два типа: «нечетность» означает, что бит четности будет равен логической 1, если байт данных содержит четное количество битов, равных логической 1, и «четность» означает, что бит четности будет равен логической 1, если байт данных содержит нечетное количество битов, равных логической 1. Это может показаться нелогичным, но идея состоит в том, что бит четности гарантирует, что количество битов, равных логической 1, всегда будет нечетным (для нечетности) или четным (для четности). Поэтому, если вы используете четность, и байт имеет три бита, равных логической 1, то общее количество битов, равных логической 1 в переданных данных, (то есть, сам байт плюс бит четности) будет четным.
Принудительно приводя количество битов, равных логической единице, к четному (при четности) или нечетному (при нечетности) количеству, бит четности обеспечивает грубый механизм обнаружения ошибок – если где-то в процессе передачи какой-либо бит будет перевернут, то количество битов, равных логической 1, не совпадет с выбранным режимом четности. Конечно, этот метод не поможет, если будут перевернуты значения сразу двух битов, поэтому бит четности не так уж и надежен. Если вам действительно нужна устойчивая к ошибкам связь, я бы рекомендовал использовать CRC.

Examples for UART + DMA RX

Polling for changes

• DMA hardware takes care to transfer received data to memory
• Application must constantly poll for new changes in DMA registers and read received data quick enough to make sure DMA will not overwrite data in buffer
• Processing of received data is in thread mode (not in interrupt)
• P: Easy to implement
• P: No interrupts, no consideration of priority and race conditions
• P: Fits for devices without USART IDLE line detection
• C: Application takes care of data periodically
• C: Not possible to put application to low-power mode (sleep mode)

Polling for changes with operating system

• Same as polling for changes but with dedicated thread in operating system to process data
• P: Easy to implement to RTOS systems, uses single thread without additional RTOS features (no mutexes, semaphores, memory queues)
• P: No interrupts, no consideration of priority and race conditions
• P: Data processing always on-time

  Unless system has higher priority threads

  with maximum delay given by thread delay, thus with known maximum latency between received character and processed time

• P: Fits for devices without UART IDLE line detection
• C: Application takes care of data periodically
• C: Uses memory resources dedicated for separate thread for data processing
• C: Not possible to put application to low-power mode (sleep mode)

UART IDLE line detection + DMA HT&TC interrupts

• Application gets notification by IDLE line detection or DMA TC/HT events
• Application has to process data only when it receives any of the interrupts
• P: Application does not need to poll for new changes
• P: Application receives interrupts on events
• P: Application may enter low-power modes to increase battery life (if operated on battery)
• C: Data are read (processed) in the interrupt. We strive to execute interrupt routine as fast as possible
• C: Long interrupt execution may break other compatibility in the application

Processing of incoming data is from 2 interrupt vectors, hence it is important that they do not preempt each-other. Set both to the same preemption priority!

USART Idle line detection + DMA HT&TC interrupts with RTOS

• Application gets notification by IDLE line detection or DMA TC/HT events
• Application uses separate thread to process the data only when notified in one of interrupts
• P: Processing is not in the interrupt but in separate thread
• P: Interrupt only informs processing thread to process (or to wakeup)
• P: Operating system may put processing thread to blocked state while waiting for event
• C: Memory usage for separate thread + message queue (or semaphore)

Драйвер CP2102

Драйвер CP210x может потребоваться вам при подключении к компьютеру устройств с чипом от Silicon Labs CP2102. Такой преобразователь устанавливается на множество устройств. Например на платы NodeMCU, программаторы и некоторые платы Arduino. Без данного драйвера эти устройства при подключении к вашему компьютеру будут определяться как неопознанное устройство.

Скачать драйвера CP210x

Windows 10 Universal (v10.1.8) VCP (2.3 MB)Windows 7/8/8.1 (v6.7.6) VCP (5.3 MB) (Default)Windows 7/8/8.1 (v6.7.6) VCP with Serial Enumeration (5.3 MB)Windows XP/Server 2003/Vista/7/8/8.1 (v6.7) VCP (3.66 MB)Windows 2K (v6.3a) VCP (4.79 MB)WinCE 6.0 (2.1) VCP (276 KB)WinCE 5.0 (2.1) VCP (271 KB)Macintosh OSX (v5.2.1) VCP (832 KB)Linux 3.x.x and 4.x.x VCP (10.0 KB)Linux 2.6.x VCP (10.2 KB)Android 4.2 AN809: Integrating the CP210x Virtual COM Port Driver into the Android Platform

Установка драйвера CP210x на Windows

1. Скачайте драйвер для вашей операционной системы по ссылкам выше;
2. Распакуйте архив;
3. Запустите исполнительный файл CP210xVCPInstaller_x64.exe или CP210xVCPInstaller_x86.exe;
4. В открывшемся окне нажмите кнопку Next, а после — Finish;
5. На этом установка завершена.

Список литературы

1. Adam Osborne, An Introduction to Microcomputers Volume 1: Basic Concepts, Osborne-McGraw Hill Berkeley California USA, 1980 ISBN 0-931988-34-9 pp. 116-126
2. C. Gordon Bell, J. Craig Mudge, John E. McNamara, Computer Engineering: A DEC View of Hardware Systems Design, Digital Press, 12 May 2014, ISBN 1483221105, p.73
3. Allison, David. «Curator, Division of Information Technology and Society, National Museum of American History, Smithsonian Institution». Smithsonian Institution Oral and Video Histories. Retrieved 14 June 2015.
4. Oral History of Gordon Bell, 2005, accessed 2015-08-19
5. Products; FTDI.
6. Interfacing with a PDP-11/05: the UART, blinkenbone.com, accessed 2015-08-19
7. «Zilog Product specification Z8440/1/2/4, Z84C40/1/2/3/4. Serial input/output controller» (PDF). 090529 zilog.com
8. «FAQ: The 16550A UART & TurboCom drivers 1994». Retrieved January 16, 2016.
9. T’so, Theodore Y. (January 23, 1999). «Re: Serial communication with the 16650». The Mail Archive. Retrieved June 2, 2013.
10. bill.herrin.us — Hayes ESP 8-port Enhanced Serial Port Manual, 2004-03-02

1.5 RS422/485 интерфейс

Установленные на плате микросхемы приемопередатчики ADM2682E отвечают за преобразование уровней встроенного в микроконтроллер приемопередатчика USART в уровни сигналов интерфейса RS422/485.

Изделия ADM2682E/ADM2687E фирмы Analog Devices представляют собой полностью интегральные приёмопередатчики данных с эффективным 5 кВ сигналом и изолированным питанием, имеющие ±15 кВ ESD защиту и пригодные для сверхскоростной связи на многопунктовых линиях передачи.
Каждое из изделий ADM2682E/ADM2687E содержит интегральный изолированный DC-DC преобразователь. В приборах интегрирована технология iCoupler фирмы Analog Devices, Inc., сочетающая в одном корпусе 3-канальный вентиль, трёхступенчатый дифференциальный драйвер линии, дифференциальный входной приёмник и разработанный фирмой Analog Devices преобразователь постоянного напряжения isoPower. Микросхема питаются от одиночного источника питания 5 В или 3.3 В, производящего полностью интегральный сигнал, представляя собой RS-422/485 решение с развязкой по цепям питания.

Характерные особенности и преимущества

• Изолированный RS-485/RS-422 приёмопередатчик с эффективным 5 кВ сигналом, с конфигурацией в виде полудуплексной или дуплексной связи;
• Интегральный изолированный преобразователь постоянного напряжения isoPower ;
• ±15 кВ ESD защита на выводах RS-485 вход/выход;
• Соответствует требованиям стандартов ANSI/TIA/EIA-485-A-98 и ISO 8482:1987(E);
• Питание от 5 В или 3.3 В;
• Соединяет до 256 узлов на одной шине;
• Входы приёмника предохранены от размыкания и КЗ и отказов;
• Высокая стойкость к переходным процессам в синфазном режиме: >25 кВ/мксек;
• Скорость передачи данных: 500 кБит/сек для ADM2682E до 16 Mбит/сек для ADM2687E.

Назначение контактов разъема ХP8 (XP9)

1 RS422/485_TX1+
2 RS422/485_TX1-
3 RS422/485_GND
4 RS422/485_RX1-
5 RS422/485_RX1+
6 RS422/485_GND
7 RS422/485GND
8 RS422/485+5V
9 RS422/485_GND

Структурная схема подключения 4-проводного RS422 – интерфейса.

Установкой перемычек подключаются согласующие резисторы. Для подключения к цепям RX+ и RX- каналов XP11 и XP12 согласующего резистора установить перемычки на X34 и X32 в соответствии с рисунком ниже.

Для реализации 2-проводного RS485 интерфейса необходимо соединить линии RX- и TX- и линии RX+ и TX+ так, как показано на рисунке ниже. Для этого соединить в кабельном разъеме контакты 1,5 и 2, 4.

Пошаговая процедура

Чтобы сигнализировать о завершении пакета данных, отправляющий UART подключает линию передачи данных от низкого напряжения к высокому напряжению в течение двух бит продолжительности.

Описание интерфейса UART:

Передающий UART принимает данные параллельно от шины данных и добавляет начальный бит, бит четности и стоп-бит(-ы) в кадр данных.

Весь пакет отправляется последовательно от передающего к принимающему UART, который производит выборку линии данных с заранее сконфигурированной скоростью передачи данных.

Принимающий UART отбрасывает начальный бит, бит четности и стоповый бит из кадра данных, преобразует последовательные данные обратно в параллель, передает их на шину данных на принимающей стороне.

Преобразует полученные байты с компьютера по параллельным схемам в один последовательный бит-поток для исходящей передачи.

При входящей передаче преобразует поток последовательного бита в байты, которые обрабатывает компьютер.

Добавляет бит четности (если он был выбран) исходящих передач, проверяет четность входящих байтов (если выбрано), отбрасывает бит четности.

Добавляет разделители начала и окончания исходящих, удаляет их из входящих передач.