Raspberry Pi Pico: Grundlagen zum UART
Universal Asynchronous Receiver Transmitter, kurz UART (Aussprache: ju art), ist eine elektronische Schaltung, mit der eine serielle Schnittstelle realisiert wird. Diese Schaltung kann sich in einem eigenständigen IC oder in einem Mikrocontroller als Funktionseinheit befinden. Diese serielle Schnittstelle kann für den Datenaustausch zwischen zwei Geräten verwendet werden.
Die UART-Schaltung konvertiert Datenworte, zum Beispiel mit einer Länge bzw. Breite von 5 bis 9 Bit (beim Standard-Controller 16550), in eine serielle Form. Typischerweise 8 oder 9 Bit. Dann werden die konvertierten Datenworte übertragen. Dabei sieht die UART-Schnittstelle jeweils eine Leitung zum Empfangen (Receive, RX) und eine Leitung zum Senden (Transmit, TX) vor.
Die Übertragung ist asynchron, was bedeutet, dass kein gemeinsames Taktsignal zwischen dem Sender und Empfänger erforderlich ist. Damit sich Sender und Empfänger trotzdem synchronisieren können, wird mit Start- und Stop-Bits gearbeitet. Wenn der Empfänger das Start-Bit erhält, dann liest er die Daten solange, bis er das Stop-Bit empfängt.
Die Geschwindigkeit, in der die Daten gesendet werden, wird mit der Baud-Rate festgelegt. Standardmäßig verwendet man 9.600 Bit pro Sekunde. Auf kurzen Strecken und je nach Unterstützung können auch 115.200 Bit pro Sekunde möglich sein.
Verzichtet man auf eine hohe Geschwindigkeit, dann kann man auf diese Weise zwei Systeme auch über eine längere Kabelstrecke miteinander verbinden.
UART ist eine Standard-Schnittstelle, die eine Vielzahl von Geräten haben, um Daten mit einem anderen Geräte austauschen zu können. Im industriellen Bereich ist diese Schnittstelle als RS-232 oder EIA-485 verbreitet.
Obwohl im PC-Bereich fast alle externen Verbindungen mit USB realisiert werden, wird die serielle Schnittstelle oft zur Übertragung von Daten über USB emuliert. Im Geräte-Manager von Windows kann man solche Geräte als virtuelle serielle Schnittstelle identifizieren.
Konfiguration / Parameter der UART-Schnittstelle
Damit Sender und Empfänger miteinander kommunizieren können müssen ein paar Übertragungsparameter auf beiden Seiten der Kommunikation identisch eingestellt sein.
- Baudrate: Die Übertragungsgeschwindigkeit in Bit/s. (Typisch: 9600)
- Datenbits: Die Anzahl der Datenbits, die in einem Übertragungsframe enthalten sind. (Typische: 8)
- Stopbits: Die Anzahl der Stopbits, die am Ende eines Übertragungsframes gesendet werden. (Typisch: 1)
- Parität: Ein Bit, das verwendet wird, um Übertragungsfehler zu erkennen. (Typische: 0)
UART ansteuern und programmieren
Der Raspberry Pi Pico hat insgesamt 2 UART-Schnittstellen. Das heißt, man kann zwei Geräte per UART mit dem Raspberry Pi Pico verbinden. Die Verbindung erfolgt jeweils über eine TX- und RX-Leitung, die auf unterschiedlichen GPIO-Pins zu finden sind. Außerdem muss die Kommunikation mit dem jeweiligen Gerät, also Senden und Empfangen programmiert werden.
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