UART Y USART

U5 INTERFACES UART Y USART

INSTITUTO TECNOLOGICO DE PACHUCA CARRERA: INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES MATERIA: SISTEMAS PROGRAMABLES DOCENTE: GONZALES CERÓN ARTURO ALUMNO: EDUARDO SALAZAR BAUTISTA No. Control: 19200880 Fecha: 11 de JuLio del 2023

El problema más grande en la comunicación es la ilusión de que ha tenido lugar

George Bernard Shaw

UART

El protocolo de comunicación juega un papel importante en la organización de la comunicación entre dispositivos. Está diseñado de diferentes maneras según los requisitos del sistema, y estos protocolos tienen una regla específica acordada entre los dispositivos para lograr una comunicación exitosa. A pesar de ser un método ampliamente utilizado de protocolo de comunicación de hardware, no está completamente optimizado todo el tiempo. La implementación adecuada del protocolo de marco comúnmente se ignora cuando se usa el módulo UART dentro del microcontrolador.

UART

UART significa receptor/transmisor asíncrono universaly define un protocolo, o conjunto de reglas para intercambiar datos en serie entre dos dispositivos.

HISTORIA

Tienen una historia que se remonta a la década de 1960. El UART fue uno de los primeros protocolos en serie. Los puertos en serie que alguna vez tuvieron un uso muy extendido siempre se basan en el UART. Los dispositivos que utilizan interfaces RS-232, módems externos, etc. son ejemplos comunes de donde se utiliza el UART. En los últimos años, la popularidad del UART ha disminuido: protocolos con SPI e I2C han estado reemplazando el UART entre chips y componentes. En lugar de comunicarse por medio de un puerto en serie, la mayoría de computadoras y periféricos modernos usan ahora tecnologías como Ethernet y USB. Sin embargo, el UART aún se utiliza para aplicaciones de menor velocidad y de menor rendimiento, porque es muy simple, de bajo costo y de fácil implementación.

INTERFAZ

Las dos señales de cada dispositivo UART se nombran:

• Transmisor (Tx)
• Receptor (Rx)

El objetivo principal de una línea de transmisor y receptor para cada dispositivo es transmitir y recibir datos en serie destinados a la comunicación en serie.

INTERFAZ

El UART facilita la comunicación serie entre dispositivos, convirtiendo los datos de paralelos a serie para la transmisión y viceversa, permitiendo la comunicación entre dispositivos. Las líneas UART actúan como un medio de comunicación bidireccional y la velocidad en baudios se configura de manera similar en ambos extremos para asegurar una transmisión de datos adecuada.

FUNCIONAMIENTO

El UART es muy simple y solo utiliza dos cables entre el transmisor y receptor para transmitir y recibir en ambas direcciones. Ambos terminales también tienen una conexión a tierra. La comunicación en UART puede ser simplex(los datos se envían en una sola dirección), semidúplex(cada lado transmite, pero solo uno a la vez), o dúplex completo(ambos lados pueden transmitir en simultáneo). Los datos en el UART se transmiten en la forma de tramas.

FORMATO DE TRAMA UART

• El bit de inicio es una transición del estado alto de reposo a un estado bajo, y seguido inmediatamente por bits de datos de usuario.

• Después de que se terminan los bits de datos, el bit de parada indica el fin de datos de usuario.

• Los bits de datos son los datos de usuario o bits «útiles» y vienen inmediatamente después del bit de inicio. Puede haber de 5 a 9 bits de datos de usuario, aunque de 7 o 8 bits es lo más común

• Una trama UART puede también contener un bit de paridad opcional que puede usarse para la detección de errores. Este bit se inserta entre el final de los bits de datos y el bit de parada.

USART

Un USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter) es un hardware que permite que un dispositivo se comunique mediante protocolos en serie. Puede funcionar en un modo asíncrono más lento , como un receptor/transmisor asíncrono universal ( UART ), o en un modo síncrono más rápido con una señal de reloj. Los USART ya no son comunes en las PC de consumo, pero todavía se usan en equipos industriales y sistemas integrados .

PRINCIPALES CARACTERISITICAS

•  Operación Full Dulpex
•  Registros de transmisión y recepción independientes
•  Operación síncrona o asíncrona
•  Generador de Baud Rate de alta resolución
•  Detección de error
•  Filtro de ruido
•  Altamente Flexible
•  Modo de comunicación multiproceso
•  Doble velocidad en modo de comunicación asíncrono

HISTORIA

Los USART surgieron en la década de 1970 para facilitar la comunicación en serie en dispositivos como módems y terminales. Inicialmente utilizados en computadoras y sistemas electrónicos, permitieron la transmisión y recepción de datos de forma asíncrona a través de conexiones serie, como puertos RS-232. A medida que avanzó la tecnología y surgieron estándares más rápidos como USB, su presencia en computadoras de escritorio disminuyó, pero siguieron siendo esenciales en dispositivos industriales y sistemas integrados. En estos entornos, los USART se convirtieron en componentes clave para la comunicación y el control en aplicaciones industriales, controladores lógicos programables, robótica y dispositivos de Internet de las cosas, desempeñando un papel esencial en la transferencia eficiente de datos.

HISTORIA

Los USART solían ser comunes en las PC de escritorio, encargándose de controlar el puerto serie utilizado para conectar módems y periféricos como ratones. Sin embargo, con la llegada del estándar USB más rápido y de fácil configuración, el puerto serie dejó de utilizarse en las computadoras de escritorio más modernas, que ya no lo incluyen. A pesar de su disminución en las computadoras de escritorio, los USART siguen siendo ampliamente utilizados en dispositivos industriales y sistemas integrados. En áreas como sistemas de control, controladores lógicos programables, robótica y sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, las comunicaciones en serie a través de USART aún juegan un papel crucial. Asimismo, la mayoría de los microcontroladores incorporan un USART para la comunicación con sistemas periféricos, y los dispositivos de Internet de las cosas pueden utilizar USART para comunicarse con otros dispositivos.

FUNCIONAMIENTO

En la comunicación en serie, cada bit de datos se envía de uno en uno por un cable de transmisión. Esta es una interfaz de comunicaciones en serie . Si el remitente y el receptor no se ponen de acuerdo sobre cómo se envían los datos, como el orden y la duración de cada bit, los datos se distorsionan y no se entenderán entre sí. Asíncrono y síncrono son dos formas diferentes de estandarizar cómo se envían los datos en serie.

Datos seriales asíncronos

En modo asíncrono, solo se utiliza una línea de datos para enviar datos desde el transmisor al receptor. No hay señal de sincronización compartida del emisor al receptor. Por lo tanto, el receptor no tiene forma de saber qué tan rápido o lento están llegando los datos. Para evitar esto, tanto el remitente como el receptor deben configurarse manualmente de antemano para usar la misma velocidad de datos. Una tasa de baudios compartida común es de 9.600 bits por segundo . Incluso compartiendo una tasa de bits común, es posible que los dispositivos se desincronicen un poco. Por lo tanto, se agregan bits adicionales a cada paquete de datos para garantizar una transmisión confiable. Casi siempre se agregan un bit de inicio y parada para indicar cada paquete. A menudo, también se agrega un bit de paridad para indicar pequeños errores. Agregar estos bits adicionales hace que la comunicación asíncrona sea menos eficiente. Los siguientes son algunos ejemplos de protocolos seriales asíncronos:

• Estándar recomendado (RS) 232
• RS-485

Datos seriales síncronos

En modo síncrono, se utilizan una línea de datos y una de reloj para enviar los datos. El controlador envía una señal de reloj, que sincroniza el controlador y el periférico a la misma velocidad de datos. Debido a que la señal del reloj mantiene los dispositivos sincronizados, no es necesario configurar los dos dispositivos con anticipación para usar la misma tasa de bits. El uso de una señal de reloj también elimina la necesidad de tener bits adicionales de inicio y parada. Todos los datos se pueden enviar de forma continua sin pausa. También permite velocidades de bits mucho más rápidas, ya que el remitente no necesita preocuparse de que el receptor pueda mantenerse al día o perder la sincronización. Los siguientes son algunos ejemplos de protocolos síncronos: • Interfaz Periférica Serial • Circuito Interintegrado • Controlador de Red de Zona

CONCLUSION

Las interfaces UART y USART han sido fundamentales en el desarrollo de la comunicación en serie en dispositivos electrónicos y sistemas informáticos. Estas interfaces permiten la transmisión y recepción de datos de forma asíncrona o síncrona, facilitando la transferencia eficiente de información entre dispositivos. La aparición de las interfaces USART fue una evolución de las UART, diseñadas para admitir tanto la transmisión como la recepción de datos en forma asíncrona y síncrona. Esto proporcionó una mayor flexibilidad y eficiencia en la transferencia de datos, especialmente en aplicaciones industriales y sistemas integrados, donde la comunicación en serie seguía siendo esencial. Aunque las UART ya no son comunes en las computadoras de escritorio modernas debido a la adopción de estándares más rápidos como USB, las interfaces USART siguen siendo ampliamente utilizadas en aplicaciones industriales, controladores lógicos programables, robótica, sistemas de calefacción y ventilación, y dispositivos de Internet de las cosas. Su capacidad para permitir la comunicación confiable y eficiente en serie sigue siendo valiosa en el mundo actual de la tecnología y la informática. En conclusión, tanto las interfaces UART como USART han dejado una huella significativa en la historia de las comunicaciones electrónicas, siendo componentes esenciales para facilitar la transferencia de datos y la interconexión de dispositivos de manera eficiente y confiable.

REFERENCIAS

• Wright, G. (2022). USART (universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter). WhatIs.com. https://www.techtarget.com/whatis/definition/USART-Universal-Synchronous-Asynchronous-Receiver-Transmitter

• Peña, E., & Grace, M. (2020). UART: A Hardware Communication Protocol Understanding Universal Asynchronous Receiver/Transmitter | Analog Devices. www.analog.com, 54. https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/uart-a-hardware-communication-protocol.html

• Rohde & Schwarz. (n.d.). Entendiendo el UART. https://www.rohde-schwarz.com/lat/productos/prueba-y-medicion/essentials-test-equipment/digital-oscilloscopes/entendiendo-el-uart_254524.html

• https://www.st.com/content/ccc/resource/training/technical/product_training/group0/b1/26/c3/87/d8/7a/42/27/STM32H7-Peripheral-USART_interface_USART/files/STM32H7-Peripheral-USART_interface_USART.pdf/_jcr_content/translations/en.STM32H7-Peripheral-USART_interface_USART.pdf