Tìm hiểu về truyền thông UART: khái niệm, nguyên lý và ứng dụng

UART là một trong những giao thức truyền thông giữa thiết bị với thiết bị được sử dụng nhiều nhất. Vậy chúng được định nghĩa thế nào, đặc điểm và ứng dụng ra sao, BKAII cùng các bạn tìm hiểu nhé!

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – Bộ truyền nhận dữ liệu không đồng bộ) là một giao thức truyền thông phần cứng dùng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và có thể cấu hình được tốc độ

Giao thức UART là một giao thức đơn giản và phổ biến, bao gồm hai đường truyền dữ liệu độc lập là TX (truyền) và RX (nhận). Dữ liệu được truyền và nhận qua các đường truyền này dưới dạng các khung dữ liệu (data frame) có cấu trúc chuẩn, với một bit bắt đầu (start bit), một số bit dữ liệu (data bits), một bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) và một hoặc nhiều bit dừng (stop bit).

Thông thường, tốc độ truyền của UART được đặt ở một số chuẩn, chẳng hạn như 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 baud và các tốc độ khác. Tốc độ truyền này định nghĩa số lượng bit được truyền qua mỗi giây. Các tốc độ truyền khác nhau thường được sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng và hệ thống sử dụng.

Nguyên lý hoạt động

Uart truyền dữ liệu nối tiếp, theo 1 trong 3 chế độ:

• Simplex: Chỉ tiến hành giao tiếp một chiều
• Half duplex: Dữ liệu sẽ đi theo một hướng tại 1 thời điểm
• Full duplex: Thực hiện giao tiếp đồng thời đến và đi từ mỗi master và slave

Chân Tx (truyền) của một chip sẽ kết nối trực tiếp với chân Rx (nhận) của chip khác và ngược lại. Quá trình truyền dữ liệu thường sẽ diễn ra ở 3.3V hoặc 5V. Uart là một giao thức giao tiếp giữa một master và một slave. Trong đó 1 thiết bị được thiết lập để tiến hành giao tiếp với chỉ duy nhất 1 thiết bị khác.

Dữ liệu truyền đến và đi từ Uart song song với thiết bị điều khiển. Khi tín hiệu gửi trên chân Tx (truyền), bộ giao tiếp Uart đầu tiên sẽ dịch thông tin song song này thành dạng nối tiếp và sau đó truyền tới thiết bị nhận. Chân Rx (nhận) của Uart thứ 2 sẽ biến đổi nó trở lại thành dạng song song để giao tiếp với các thiết bị điều khiển.

Dữ liệu truyền qua Uart sẽ đóng thành các gói (packet). Mỗi gói dữ liệu chứa 1 bit bắt đầu, 5 – 9 bit dữ liệu (tùy thuộc vào bộ Uart), 1 bit chẵn lẻ tùy chọn và 1 bit hoặc 2 bit dừng.

Quá trình truyền dữ liệu Uart sẽ diễn ra dưới dạng các gói dữ liệu này, bắt đầu bằng 1 bit bắt đầu, đường mức cao được kéo dần xuống thấp. Sau bit bắt đầu là 5 – 9 bit dữ liệu truyền trong khung dữ liệu của gói, theo sau là bit chẵn lẻ tùy chọn để nhằm xác minh việc truyền dữ liệu thích hợp. Sau cùng, 1 hoặc nhiều bit dừng sẽ được truyền ở nơi đường đặt tại mức cao. Vậy là sẽ kết thúc việc truyền đi một gói dữ liệu

Ưu điểm và nhược điểm của giao tiếp Uart

Ưu điểm

• Chỉ cần dùng 2 dây truyền dữ liệu
• Không cần đến tín hiệu clock
• Có 2 bit chẵn lẻ nên có thể kiểm tra lỗi dễ dàng
• Cấu trúc gói dữ liệu có thể thay đổi được miễn là cả 2 bên đều được thiết lập để giao tiếp với nhau
• Phương pháp giao tiếp Uart có nhiều tài liệu hướng dẫn và cũng là bộ truyền dữ liệu đang được sử dụng rộng rãi hiện nay

Nhược điểm

• Kích thước của khung dữ liệu giới hạn tối đa là 9 bit, khá nhỏ so với nhu cầu sử dụng
• Không được hỗ trợ nhiều hệ thống master và slave
• Tốc độ truyền của mỗi giao tiếp Uart phải nằm trong khoảng 10% của nhau

Ứng dụng của giao tiếp UART

Ta có thể kể đến một số ứng dụng cơ bản như:

• Kết nối thiết bị điện tử với máy tính: chẳng hạn như vi điều khiển, cảm biến, màn hình hiển thị, máy in và các thiết bị khác. Khi được kết nối với máy tính, các thiết bị này có thể gửi và nhận dữ liệu thông qua cổng giao tiếp UART.
• Giao tiếp giữa các vi điều khiển: Các vi điều khiển này có thể truyền và nhận dữ liệu để thực hiện các tác vụ như điều khiển động cơ, đo lường và kiểm soát các thông số, và điều khiển các thiết bị khác.
• Giao tiếp không dây: Giao thức UART có thể được sử dụng để giao tiếp không dây giữa các thiết bị, chẳng hạn như các thiết bị Bluetooth hoặc Wi-Fi. Trong trường hợp này, các dữ liệu được truyền qua sóng radio hoặc sóng vô tuyến.
• Điều khiển robot: Các thiết bị như bộ điều khiển và các mô-đun điều khiển robot có thể sử dụng giao thức UART để gửi và nhận dữ liệu từ nhau.
• Hệ thống đo lường: Giao thức UART có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị đo lường với các thiết bị khác, chẳng hạn như máy tính hoặc các thiết bị nhúng. Các thiết bị đo lường có thể gửi dữ liệu về các thông số đo được thông qua cổng UART, và thiết bị nhận có thể hiển thị hoặc xử lý dữ liệu này.

Trên đây là những tìm hiểu cơ bản của BKAII về truyền thông UART, có thắc mắc hay cần thêm thông tin các bạn liên hệ BKAII nhé!

Xem thêm:

• Ứng dụng cảm biến IoT trong công nghiệp sản xuất, tiêu dùng
• Tìm hiểu chung về giao thức HTTP, HTTPS
• Tìm hiểu về giao thức FTP: khái niệm, nguyên lý hoạt động, phân loại
• Giao thức Telnet là gì? Khái niệm, cấu trúc, tính năng và cách thức hoạt động
• Khái niệm cơ bản về giao thức DNP3