Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Universal Asynchronous Receiver Transmitter, kurz UART (Aussprache: ʊəˡat oder ˡju art), ist ein elektronisches Bauelement, das zur Realisierung von digitalen seriellen Schnittstellen dient.

UART 8250 auf einer Leiterplatte. Im oberen Bildbereich sind die EIA-232-Schnittstellentreiber 1489/88 erkennbar.

Eine UART-Schnittstelle dient zum Senden und Empfangen von Daten über eine Datenleitung und bildet den Standard der seriellen Schnittstellen an PCs und Mikrocontrollern. Auch im industriellen Bereich ist die Schnittstelle mit verschiedenen Interfaces (z. B. EIA-232 – von früher als RS-232 bekannt – oder EIA-485) sehr verbreitet.

Die Daten werden als serieller digitaler Datenstrom mit einem fixen Rahmen übertragen, der aus einem Start-Bit, fünf bis maximal neun Datenbits, einem optionalen Parity-Bit zur Erkennung von Übertragungsfehlern und einem Stopp-Bit besteht. Um dem Empfänger eine Synchronisationszeit auf den Takt der empfangenen Daten einzuräumen, kann das Stopp-Bit auf das 1,5 oder 2-fache der normalen Übertragungszeit eines Bits verlängert werden. Das wird als 1,5 bzw. 2 Stopp-Bits bezeichnet.

Arten

Neben dem UART existieren weitere, auf dem UART basierende Schnittstellenbausteine. Übliche Bezeichnungen sind DUART, die Abkürzung steht für Dual Universal Asynchronous Receiver Transmitter, der zwei UARTs in einem einzelnen Mikrochip kombiniert. USART (Aussprache: ʊəˡsat oder 'ju sart) steht für Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter und bietet die Möglichkeit einer zusätzlichen synchronen Datenübertragung. Zwischen 8-Bit-Controllern werden Daten häufig über UART-Interfaces ausgetauscht, die ohne Handshake, nur über Rx und Tx, nichtinvertiert mit TTL-Pegeln arbeiten. Praktisch alle neuen Mikrocontroller unterstützen diese nicht genormte, oft als CMOS-UART bezeichnete Schnittstelle.

Funktion

Der asynchrone serielle Datenstrom, wie ihn eine sog. CMOS-UART erzeugt (logisch 0 und 1). Das untere Diagramm zeigt die dazu invertierten Spannungspegel auf der EIA-232-Schnittstelle.

Die Besonderheit besteht darin, dass bei der asynchronen Betriebsweise kein eigenes Taktsignal auf einer Übertragungsleitung verwendet wird. Stattdessen synchronisiert sich der Empfänger über die Länge des Rahmens, vermittelt durch die Schaltflanke von Start- und Stopp-Bit, sowie die eingestellte Baudrate (welche in diesem Fall der Bitrate entspricht). Da der Beginn einer Übertragung mit dem Start-Bit zu beliebigen Zeitpunkten erfolgen kann, wird diese serielle Schnittstelle als asynchron bezeichnet. Um eine Synchronisation gewährleisten zu können, ist die Anzahl der übertragbaren Bits eingeschränkt. Bei einem längeren Datenstrom könnte die Synchronisation verloren gehen, was zu Fehlinterpretationen des Datenstromes und somit zu einer fehlerhaften Übertragung führen kann. Serielle Schnittstellen in synchroner Betriebsweise benötigen keinen Rahmen aus Start-/Stopp-Bits, sie stellen die Synchronität der Teilnehmer auf andere Weise sicher. Zum Beispiel, indem eine zusätzliche Taktleitung verwendet wird oder der Takt sich aus dem Leitungscode zurückgewinnen lässt.

Die asynchrone Übertragung findet in der Datenkommunikation bei der EIA-232-Schnittstelle Verwendung. Diese Schnittstelle weist eine vergleichsweise große Verbreitung auf. Ein UART erzeugt die auf der EIA-232-Schnittstelle zu übertragenden Datenbits und den dazu notwendigen Datenrahmen. Die eigentliche EIA-232-Schnittstelle besteht zusätzlich noch aus Pegelwandlern und weiteren Bauelementen wie Steckern, welche nicht mehr Teil eines UART sind.

Realisiert wird ein UART meist als Kommunikationsbaustein in Mikrocontrollern oder Computern, als eigenständige integrierte Schaltung, als Teilfunktion in Chipsätzen, in Form von Hardwarebeschreibungssprachen für die Integration in Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), oder als sogenanntes „Software-UART“, das nur durch eine Programmabfolge vorliegt und bestimmte Ein-/Ausgabepins direkt ansteuert. Die zu übertragenden bzw. die empfangenen Daten werden an den UART meist in paralleler Form, beispielsweise über einen parallelen Datenbus, geliefert.

Die Geschichte der UARTs ist eng verbunden mit der Standardisierung der Datenkommunikation der EIA-232. Waren die ersten UARTs für Datenübertragungsraten von wenigen hundert Bit/s und den Anschluss an Modems vorgesehen, so erreichten sie in späteren Jahren als eigenständige Chips mehrere Megabit pro Sekunde.

Ein UART-Baustein, der über viele Jahre in handelsüblichen PCs als eigenständiger Baustein verwendet wurde, ist der von National Semiconductor entwickelte UART 8250 und seine kompatiblen Nachfolger 16450 und 16550. Der 16550 umfasst neben dem Empfangs-/Sendeteil als Erweiterung auch einen FIFO-Pufferspeicher, der das Überlaufen des Empfangspuffers bei hohen Bitraten minimiert. Zudem wird damit der steuernde Prozessor weniger oft von Interrupts unterbrochen, was die Effizienz des Programmablaufes erhöht. Seit Mitte der 1990er Jahre werden UART-Controller in PCs kaum noch als eigenständige integrierte Schaltungen eingesetzt, da die seriellen Schnittstellen im Chipsatz (Southbridge) des Mainboards untergebracht sind.

Im Bereich des 'Embedded Processing', d. h. bei kleinen 8-Bit-Mikrocontrollern, die als Cent-Artikel aus Fernbedienungen, Fernsehern, Kühlschränken, Waschmaschinen, Steuerungen, Sensoren, Flugzeugen, Eisenbahnen, PKW oder Nachtlichtern nicht mehr wegzudenken sind, hat sich eine stark vereinfachte UART-Variante verbreitet. Die als sog. CMOS-UART bezeichnete Variante besitzt nur Tx- und Rx-Leitung und arbeitet auf TTL-Pegeln mit 5 Volt Betriebsspannung und nichtinvertierten Pegeln. Logisch 1 entspricht bei der CMOS-UART dem hohen Spannungspegel (high), logisch 0 dem niederen (low). Als virtueller COM-Port (VCP) durchtunnelt dieses Übertragungsprotokoll den USB-Bus oder auch das Ethernet.

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Поможем сделать НИР

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Universal Asynchronous Receiver-Transmitter — Universal Asynchronous Receiver Transmitter,   UART …   Universal-Lexikon

  • Universal asynchronous receiver/transmitter — A universal asynchronous receiver/transmitter (usually abbreviated UART and pronEng|ˈjuːɑrt) is a type of asynchronous receiver/transmitter , a piece of computer hardware that translates data between parallel and serial forms. UARTs are commonly… …   Wikipedia

  • Universal Asynchronous Receiver Transmitter — UART UART est un terme qui vient de l anglais, ce sont les initiales de : Universal Asynchronous Receiver Transmitter. L UART est donc un émetteur récepteur asynchrone universel. En langage courant, c est le composant utilisé pour faire la… …   Wikipédia en Français

  • Universal Asynchronous Receiver-Transmitter — UART son las siglas de Universal Asynchronous Receiver Transmitter ( en español, Transmisor Receptor Asíncrono Universal ). Éste controla los puertos y dispositivos serie. Se encuentra integrado en la placa base o en la tarjeta adaptadora del… …   Wikipedia Español

  • universal asynchronous receiver/transmitter — universalusis asinchroninis imtuvas siųstuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. universal asynchronous receiver/transmitter vok. universeller asynchroner Empfänger/Sender, m rus. универсальный асинхронный приёмопередатчик, m… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • universal asynchronous receiver/transmitter —    Abbreviated UART; pronounced [you art]. An electronic module that combines the transmitting and receiving circuitry needed for asynchronous communications over a serial line.    See also asynchronous transmission …   Dictionary of networking

  • Universal Synchronous & Asynchronous Receiver Transmitter — UART UART est un terme qui vient de l anglais, ce sont les initiales de : Universal Asynchronous Receiver Transmitter. L UART est donc un émetteur récepteur asynchrone universel. En langage courant, c est le composant utilisé pour faire la… …   Wikipédia en Français

  • Universal Asynchronous Receiver Transmitter — circuit which converts information into a serial current and is used in serial ports, UART …   English contemporary dictionary

  • universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter — universalusis sinchroninis asinchroninis imtuvas siųstuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter vok. universeller synchroner/asynchroner Empfänger/Sender, m rus.… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Asynchronous serial communication — describes an asynchronous, serial transmission protocol in which a start signal is sent prior to each byte, character or code word and a stop signal is sent after each code word. The start signal serves to prepare the receiving mechanism for the… …   Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”