Есть одна замечательная микросхемка — FT2232D. Это конвертер USB-UARTx2. Удобно когда надо получить два UART хвоста из одного USB провода. Но это семечки по сравнению с тем, что в эту микруху FTDI внедрили мощную аппаратную поддержку MPSSE (Multi-Protocol Synchronous Serial Engine), что позволяет на одной только этой микрухе реализовать кучу разных интерфейсов вроде SPI или JTAG.
Что дает просто широчайший простор под построение разнокалиберных программаторов под все что угодно. На данный момент я видел схемы для прошивки AVR, ARM, Altera и бог еще весть чего.

Теоретически, с ее помощью можно прошить что угодно, была бы программная поддержка и открытый и задокументированный протокол.

Поэтому, под такую няшечку, я не обломался и сделал универсальную платку, которая в последствии, путем навеса мезонинных платок будет превращаться в разные прошивальщики и отладчики.

Готовую программу надо каким-либо образом запихать в контроллер. Для этого существует множество способов.

JTAG/SWD адаптер
Так как часто для отладки под ARM используется JTAG, то этот метод получается наверное самым популярным. Для этой цели используется какой-либо адаптер. Например я использую так что показывать буду на его примере. Там все просто — подключаешь адаптер к контроллеру стандартным SWD или JTAG шлейфом. Через линии NRST/TDI/TDO/TCK/TMS для JTAG или через SWO/SWOCLK/SWDIO/NRST для SWD режима. На адаптере моей верси CoLinkEX оба эти разьема выведены на одну колодку, так что получается как бы сразу и JTAG и SWD соединение. А там какое надо такое и выбираешь. Особой разницы в отладке/прошивке между ними нет.

Либо используя утилитку CoFlash oт CooCox.com

Одним из серьезных достоинств контроллеров AVR является дикое количество прерываний. Фактически, каждое периферийное устройство имеет по вектору, а то и не по одному. Так что на прерываних можно замутить кучу параллельных процессов. Работа на прерываниях является одним из способов сделать псевдо многозадачную среду.

Идеально для передачи данных и обработки длительных процессов.

Для примера покажу буфферизированный вывод данных по USART на прерываниях.

В прошлых примерах был такой код:

// Отправка строки void SendStr(char *string) { while (*string!="\0") { SendByte(*string); string++; } } // Отправка одного символа void SendByte(char byte) { while(!(UCSRA & (1<

Данный метод, очевидно, совершенно неэффективен. Дело в том, что у нас тут есть тупейшее ожидание события — поднятие флага готовности USART. А это зависит, в первую очередь, от скорости передачи данных. Например, на скорости 600 бод передача каких то 600 знаков будет длиться 9 секунд, блокируя работу всей программы, что ни в какие ворота не лезет.

Как то раз мне потребовалось устройство способное соединяться с удаленным сервером и пересылать байты. Конечно, для этих целей можно использовать компьютер, но это громоздко и неудобно, да и надежность такой системы оставляет желать лучшего — слишком сложное устройство. Другое дело микроконтроллер, например Microchip PIC, MSC-51 или Atmel AVR — простой, надежный, потребляет минимум энергии и способен надежно выполнить узкий круг поставленных задач. Например, мониторинг сигнализации через Internet или Ethernet сеть. Всё бы хорошо, но тут появляется очередная проблема — протокол TCP/IP. Реализовать на AVR или PIC стек протоколов TCP/IP задача выполнимая, но требует времени, а время, как известно, деньги. Надо было срочно и с минимальным геморроем. И вот тут мне на помощь пришел интерфейсный модуль Ethernet — RS232. Задача стандартная, поэтому предложений на рынке готовых модулей предостаточно, однако не стоит торопиться. Тут есть ряд тонкостей, связанных с особенностями работы данных устройств. Например, подавляющее большинство модулей может работать исключительно в роли сервера, которому требуется выделенный IP адрес. Устройство-клиент работает только с специализированным софтом, как правило под Windows, и открывает виртуальный COM порт который соединяется с удаленной системой (UART — Ethernet модуль) и обеспечивает обмен данными. Не самый удобный вариант. Для моей задачи данная конструкция была совершенно непригодна. Поэтому я начал искать дальше, вскоре был обнаружен замечательный модуль EG-SR-7100 , а потом и его более новая модификация WIZ100SR . Почитал характеристики — оно! Все для решения моей задачи!

Прикупил я себе парочку модулей HM-TR433 . Так, помучить. Стоит такая радость на данный момент порядка 800рублей. Это трансивер, то есть он может как принимать, так и передавать. Мало того, тут стоит управляющий контроллер, который сам кодирует информацию, загоняет ее в радио канал и декодирует пойманное. То есть, по сути, мы получаем удлинитель UART и всякие проблемы вроде шума после пропадания несущей, какие были в связке HM-T433/HM-R433 нас уже не волнуют. Один минус — канал полудуплексный, то есть синхронный прием и передача невозможны, только по очереди. Но это не велика проблема — зачастую полудуплекса хватает за глаза.

Существует две модификации этого модуля. Одна имеет окончание TTL другая RS232. Разница лишь в уровнях и в том, что в первую китайцы забыли впаять MAX232 и обвязку из конденсаторов, зато поставили перемычки. Так что имея прямые руки и нужный инструмент можно из TTL сделать RS232 и наоборот. Впрочем, по цене они копейка в копейку идут.

Такс, в порядке работы над коммерческим проектом (и не спрашивайте о каком — не скажу), который сожрал все мое свободное время огромной зазубренной ложкой, раскурил до самого пепла радиомодули HopeRF HM-R433/HM-T433 . Сегодня собрал полудуплексную схему на четырех модулях и провел сеанс дальнобойной приемо-передачи.

Итак, что из себя представляла установка:

Блок А:

• Передатчик: HM-T433
• Приемник: HM-R433
• Расположение блока: 5 этаж, на столе. У северной стены.
• Питание: 5 вольт.
• Скорость передачи: 4800 бод.
• Длина пакета данных: 10 байт.

Блок Б:

• Передатчик: HM-T433
• Приемник: HM-R433
• Антенна передатчика: Кусок провода МГТФ длинной 17см (1/4 от длины волны 433Мгц сигнала) загнутый абы как.
• Антенна приемника: та же херня.
• Расположение модулей: параллельно друг другу, на расстоянии 2см, усики антенн разбросаны в разные стороны, на манер тараканьих.
• Расположение блока: У меня в руках, на земле. С южной стороны дома (смотри схему)
• Питание: 5 вольт.
• Скорость передачи: 4800 бод.
• Длина пакета данных: 10 байт.

Условие передачи:
Блок Б дает десятибайтный пакет блоку А, тот, убедившись, что пакет принят без искажений, шлет подтверждение обратно на блок Б, те же десять байт. Блок Б, получив подтверждение зажигает зеленый диод. Передача идет с обрывом несущей. Т.е. после отправки пакета передатчик вырубается полностью.

При первоначальных испытаниях сея железка показала себя с лучшей стороны, но вот на практике вылезли не просто баги, а прям гигантские тараканы убийцы. Казалось бы, чему там работать не так? А, как оказалось, есть чему. Точнее это не баги, а особенности, о которых производитель самым подлым образом умолчал в даташитах. Знай я о них я бы еще подумал стоит ли их покупать. Итак:

Несущая
Приемник ловит изменение несущей, которую генерирует передатчик. А если не будет передатчика, что будет ловить приемник? По идее не должен ловить ничего, а что на практике? А на практике дикий срач!!! Натурально белый шум по всему диапазону от 0 до 255. Фигасе бага, да? Но ладно, хрен с этим белым шумом, его, в конце концов, можно фильтровать, отслеживать в нем наличие чего либо разумного и лишь после начинать прием.

Ждущий режим
У передатчика, к моему, а также ряда внимательных читателей, удивлению нет входа Enable. У приемника то есть. Редкостный бред, особенно ввиду того, что спустя 70mS простоя на линии DATA передатчик впадает в спячку и… правильно, отрубает несущую — на выходе приемника начинается в этот момент жуткий срач. Так что либо шли данные непрерывным потоком, либо перед каждой посылкой шли идентификационный пакет. А еще не забыв предупредить приемник о том, что передача закончена и дальше ловить нечего.

Совместная работа
Тут все просто, два передатчика одновременно работать не могут. От слова совсем. Либо по отдельности, либо никак. Это было ожидаемо и это надо учитывать.

Баги при передаче
Но что меня больше всего добило, так это баги. Если с первые три пункта можно учитывать и обрабатывать программно без лишних заморочек, то со последним уже все гораздо веселей.

В числе прочих ништячков, помимо ультразвукового дальномера мне в посылке из Терры пришли еще и радиомодули. Hope HM-T433 и Hope HM-R433 На передачу и на прием, соответственно. Сам модуль представляет из себя крошечную платку 15х25 мм с торчащим из нее разъемом. У передатчика разъем трехконтактный — GND, DATA и Vcc у приемника есть еще вход ENABLE при подаче на который высокого уровня разрешается прием.

Возникла у меня необходимость забабахать себе девайсину, чтобы можно было с его помощью раздавать байты по i 2 c и UART , а также принимать байты по этим же протоколам и выдавать на экранчик. Как по одному, так и пачками. Этакий дебаггер.

Ну а чо, сказано сделано. Воткнул ATMega8535 — первая которая под руку подвернулась из многоногих. Вывел все что только можно наружу, присобачил небольшую клавиатурную матрицу 4х4 и LCD экранчик . Экранчик мелкий WH0802A 8х2 символа, но уж какой был. Других у нас в продаже не встречал, а под заказ везти лень. Да и, думаю, там и не надо больше.

А раз уж пошла такая пьянка, то до кучи вывел наружу пару каналов ШИМ , да пару входов АЦП . Ну и SPI заодно — гулять так гулять. Там же можно и Dallas 1-wire проткол организовать, приделать частотомер, индикатор сигнала, вольтмер и вообще можно много чего наворотить, было бы желание. Опять же, линий на вход/выход получается дофига, так что из нее можно сделать головной блок умного дома или контроллер чего нибудь.

Корпус взял халявный, PAC-TEC ‘овский который намутил года два назад. Вот и пригодится коробочка:) Надо сказать, PAC-TEC делает просто изумительные коробки. Не чета тому говну, что продается в наших радиомагазинах. Не скрипят, не люфтят, крепко сбиты, ладно скроены и выглядят круто. Где бы их еще продавали у нас.

Пока только плату развел, еще некоторых деталей не хватает. На днях вытравлю плату, соберу и буду программировать. Вот тогда будет вам и примеры живого кода и подробное описание SPI , i2c, UART, клавиатура и LCD . Кстати, обратите внимание как легко матрицировать обычные тактовые кнопки. А все благодаря тому, что у них четыре попарно соединенных вывода.

Пока же, раз все еще в виде чертежа, набрасывайте в комменты свои идеи по поводу фич будущего девайса.

Пока писал статью про UART пришла в голову одна извращенная идея — на базе UART же можно организовать самый натуральный низкодискретный ШИМ!

Достаточно только сделать где-нибудь в памяти переменную, куда мы будем совать число с заданной скважностью нулей и единиц, а по прерыванию опустошения буфера это число снова пихать в регистр UDRE. Таким образом, генерация ШИМ будет самопроизвольной, без лишних телодвижений. Правда можно получить всего 10 разных значений ШИМ, но зато нахаляву!!!

Для тех кто не понял как, приведу числа которые надо будет непрерывно слать через UART:
два дополнительных значения мы получим за счет старт и стоп битов.

00000000 — 1/10
00000001 — 2/10
00000011 — 3/10
00000111 — 4/10
00001111 — 5/10
00011111 — 6/10
00111111 — 7/10
01111111 — 8/10
11111111 — 9/10

Да и частоты там можно получить нефиговые!
Красота!=)))))

Почти каждый микроконтроллер имеет на борту универсальный последовательный интерфейс — UART . AVR тут не исключение и поддерживает этот протокол в полном обьеме полностью аппаратно. По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. Синхронизация идет по времени — приемник и передатчик заранее договариваются о том на какой частоте будет идти обмен. Это очень важный момент! Если скорость передатчика и приемника не будут совпадать, то передачи может не быть вообще, либо будут считаны не те данные.

Протокол
Вначале передатчик бросает линию в низкий уровень — это старт бит . Почуяв что линия просела, приемник выжидает интервал Т1 и считывает первый бит, потом через интервалы Т2 выковыриваются остальные биты. Последний бит это стоп бит . Говорящий о том, что передача этого байта завершена. Это в самом простом случае.

В конце байта, перед стоп битом, может быть и бит четности. Который получается если поксорить между собой все биты, для контроля качества передачи. Также может быть два стопа, опять же для надежности. Битов может быть не 8, а 9. О всех этих параметрах договариваются на берегу, до начала передачи. Самым же популярным является 8 бит, один старт один стоп, без четности.

Причем с самим протоколом можно не заморачиваться — все реализовано аппаратно. Разве что захочется завести второй UART, тогда придется делать его программно.

По такому же протоколу работает COM порт компьютера, разница лишь в разнице напряжений, поэтому именно этот протокол я буду использовать для связи микроконтроллера с компом. Для преобразования напряжений можно использовать RS232-TTL конвертер. COM порт. Но есть тут одна проблема — дело в том, что комповый RS232 он за логические уровни принимает +/- 12 вольт, а UART работает на пятивольтовых уровнях. Как их совместить? Для этого существует несоколько вариантов схем преобразователей уровня, но самая популярная это все же на специальном преобразователе RS232-TTL . Это микросхема MAX232 и ее аналоги.
Практически каждая фирма делает свой преобразователь, так что тут сгодится и ST232 , и ADM232 , и HIN232 . Схемка простая как три копейки — вход, выход, питание и обвязка из пяти конденсаторов. Конденсаторы обычно ставятся 1uF электролиты, но в некоторых модификациях ставится 0.1uF керамика. Я везде впаивал 0.1uF керамику и обычно этого хватало. :) Работает как часы. Если же на высоких скоростях будет глючить, то надо будет повышать емкость.

Кстати, существует еще и MAX3232 это то же самое, но на выходе у него не 5вольт TTL, а 3.3 вольта TTL. Её используют для низковольтных контроллеров.

Я себе сделал один такой универсальный шнурочек, чтобы к контроллерам цепляться было удобно по UART . Для общей компактности всю схему запихал прям в разъем, благо у меня были ST232 в soic корпусе. Получилась платка не больше рублевой монеты. Так как под рукой не было мелких SMD конденсаторов, то пришлось напаять кондеры сверху, кто во что горазд. Главное работает, хоть и не очень красиво вышло.

Если сомневаешься, что у тебя получится столь мелкий монтаж, то я тебе развел плату на стандартный PDIP корпус. Размером она будет со спичечный коробок, зато мельчить не надо.

После сборки проверяется просто:
Втыкается в разъем COM порта. Подается 5 вольт питания на схему, а затем замыкаешь Rx на Tx (у меня это зеленый и желтый провода).

Дальше открваешь любую терминалку, хоть Hyper Terminal , цепляешься к порту и начинаешь посылать байты, они должны тотчас возвращаться обратно. Если этого не произошло — проверяй схему, где то косяк.

Если работает, то дальше все просто. Тот провод который идет от ножки 9 микросхемы MAX232 это передающий вывод , его заводи на ногу RxD контроллера. А тот который с ножки 10 — принимающий , его смело сажай на вывод TxD контроллера.

Плата сделана была методом ЛУТ , в одном месте по моему недосмотру толщина просвета оказалась 0.05мм, протравилась, но со спайками, пришлось процарапывать. А в целом с первого раза ать и никаких проблем. Аж сразу захотелось сделать что нибудь маленькое маленькое, нафаршированное нафаршированное:)

3.1 Последовательный асинхронный интерфейс UART

Последовательный интерфейс использует одну сигнальную линию для передачи данных, по которой биты информации передаются друг за другом последовательно. При последовательной передаче сокращается количество сигнальных линий, что упрощает разводку проводников на печатной плате, уменьшает габариты устройства и позволяет делать более помехозащищенные интерфейсы. При последовательной передаче каждый информационный бит должен сопровождаться импульсом синхронизации - стробом. Если импульсы синхронизации передаются от одного устройства к другому по выделенной линии, то такой интерфейс называют синхронным, в этом случае генератор синхронизации располагается на стороне устройства инициирующего передачу. Если же приемник и передатчик содержат каждый свой генератор синхроимпульсов, работающий на одной частоте, то такой интерфейс называется асинхронным. Получается, что приемник информации сам вырабатывает синхроимпульсы.

Типичный представитель асинхронного последовательного интерфейса - UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - универсальный асинхронный приёмопередатчик).

При передаче по интерфейсу UART каждому байту данных предшествует СТАРТ-бит , сигнализирующий приемнику о начале посылки, за СТАРТ-битом следуют биты данных. Завершает посылку СТОП-бит , гарантирующий паузу между посылками. СТАРТ-бит следующего байта посылается в любой момент после СТОП-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. СТАРТ-бит, обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Внутренний генератор синхроимпульсов приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала СТАРТ-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты.

3.2 Особенности работы UART микроконтроллера ADuC842

В микроконтроллере ADuC842 последовательный порт UART является полнодуплексным - позволяет передавать и принимать данные одновременно. В рассматриваемом микроконтроллере прием через последовательный порт буферизирован: порт может начать принимать байт данных еще до того как предыдущий байт будет считан из буферного регистра приемника. Однако, если до конца приема предыдущий байт не будет считан из буфера, он будет потерян: новый принятый байт перезапишет старый.

Принимаются и передаются данные по разным линиям, передача происходит через вывод TxD микроконтроллера (Transmitter Data - передатчик данных), прием - через RxD (Receiver Data - приемник данных). Физически выводы RxD и TxD совмещены с выводами третьего параллельного порта P3.0 и P3.1 соответственно.

Программное взаимодействие с последовательным портом UART осуществляется через регистры специальных функций (SFR) SBUF и SCON . Через SBUF (Serial buffer - последовательный буфер) осуществляется доступ к регистрам приемника и передатчика последовательного порта. Когда программно производится запись в SBUF , то данные загружаются в регистр передатчика, когда же программой происходит чтение SBUF , то осуществляется доступ к регистру приемника. Физически регистры приемника и передатчика разделены. SFR адрес - 0х99.

SCON - регистр конфигурации и управления последовательным портом микроконтроллера.
SFR адрес - 0x98 .
0x00 .
Регистр имеет побитовую адресацию.

Таблица 1 – Назначение бит регистра SCON

номер	мнемоника	описание
7	SM0	SM1 , SM0 биты определяют режим работы последовательного порта. SM0 SM1 Выбранный режим 0 0 режим 0: синхронный режим с фиксированной скоростью f core/2 . 0 1 режим 1: 8-битный асинхронный режим с настраиваемой скоростью передачи данных. 1 0 режим 2: 9-битный асинхронный режим с фиксированной скоростью f core /32 или f core /16. 1 1 режим 3: 9-битный асинхронный режим с настраиваемой скоростью передачи данных.
6	SM1
5	SM2	Бит управления режимом приемопередатчика. Устанавливается программно для запрета приема сообщения, в котором девятый бит имеет значение “0”. Такой режим используется при реализации сетевого протокола в многопроцессорной системе.
4	REN	Бит разрешения приема данных через последовательный порт. Устанавливается программно, для разрешения приема.
3	TB8	9-ый бит передатчика последовательного порта. Данные загруженные в TB8 передаются девятым битом. Это актуально для режима работы UART 2 и 3.
2	RB8	9-ый бит приемника последовательного порта. В режиме работы 2 и 3 в этот бит загружается принятый девятый бит данных. В режиме 1 в этом бите хранится СТОП-бит.
1	TI	Флаг прерывания передатчика последовательного порта. Устанавливается аппаратно при окончании передачи байта. Флаг должен сбрасываться (запись “0”) программно.
0	RI	Флаг прерывания приемника последовательного порта. Устанавливается аппаратно при окончании приема байта. Флаг должен сбрасываться (запись “0”) программно.

Режим работы 0: режим 8-битного сдвигового регистра. Для выбора этого режима работы следует в биты SM0 и SM1 записать логические нули (SM1 = 1 и SM0 = 0 ). В этом режиме данные последовательно передаются и принимаются через вывод RxD . Вывод TxD используется для подачи тактовых импульсов. Передача инициируется любой инструкцией, записывающей данные в регистр SBUF . Передача байта данных начинается с младшего значащего бита. Прием начинается, когда бит разрешения приема установлен в единицу (REN = 1 ), а флаг прерывания приемника сброшен в ноль (RI = 0 ). Таким образом, в данном случае последовательный порт работает в синхронном режиме, поэтому у некоторых семейств микроконтроллеров такой последовательный порт называется не UART, а USART (Universal Synchronous-Asynchronous Receiver-Transmitter - универсальный синхронный - асинхронный приемопередатчик).

Режим работы 1: асинхронный 8-битный режим с настраиваемой скоростью. Для выбора первого режима следует в бит SM0 записать единицу, а в бит SM1 - ноль (SM1 = 0 и SM0 = 1 ). Вывод микросхемы TxD используется для передачи информации, вывод RxD - для приема.

Передача байта информации начинается с посылки СТАРТ-бита, за ним идут восемь информационных бит, заканчивается передача СТОП-битом. Таким образом, для передачи каждого байта информации используется 10 бит. Формирование СТАРТ-бита и СТОП-бита происходит автоматически.

Скорость передачи может устанавливаться Таймером 1 или Таймером 2 , или комбинацией их обоих: один - для передачи, другой - для приема. Использование таймеров 1 и 2 характерно для всего семейства MCS-51/52, правда Таймер 2 есть только в старших моделях, но в микроконтроллере ADuC842 возможна синхронизация приемопередатчика UART от специального Таймера 3, что позволяет освободить таймеры общего назначения для выполнения других функций.

Передача данных начинается, когда в регистр SBUF программно записывается передаваемое число. Данные передаются до тех пор, пока на TxD не поступит СТОП-бит, после чего флаг прерывания передатчика (TI ) установится в единицу, как это показано на рисунке ниже:

Рисунок 1 – Диаграмма передачи байта

Для разрешения приема данных через последовательный порт в бит REN следует записать логическую единицу. Прием байта данных начинается с приходом на линию RxD СТАРТ-бита: перехода линии из высокого логического уровня в низкий. По окончанию приема всего байта флаг прерывания приемника RI устанавливается в единицу, и принятый байт может быть программно считан из буферного регистра SBUF .

Режим работы 2: асинхронный 9-битный режим с фиксированной скоростью. Скорость передачи данных по умолчанию f core /32, но если записать в бит SMOD регистра PCON логическую единицу, то скорость передачи будет удвоена: f core /16. Для выбора второго режима следует в бит SM0 записать логический ноль, а в бит SM1 - единицу (SM1 = 1 и SM0 = 0 ).

В этом режиме каждая передаваемая или принимаемая посылка состоит из одиннадцати бит: СТАРТ-бит, восемь информационных бит, девятый программируемый бит и СТОП-бит. Девятый бит часто используют в качестве бита паритета при контроле четности, хотя он может быть использован для любых других целей.

Прием и передача во втором режиме осуществляется аналогично первому режиму. Девятый бит при передаче программно записывается в бит TB8 регистра SCON , при приеме девятый бит находится в RB8 регистра SCON .

Режим работы 3: асинхронный 9-битный режим с настраиваемой скоростью. Для выбора третьего режима следует в биты SM0 и SM1 записать логические единицы (SM1 = 1 и SM0 = 1 ). В этом режиме последовательный порт UART работает также как в режиме 2, только скорость задается таймерами 1, 2 или 3, так же, как и в режиме 1.

Во всех четырех режимах передача данных начинается любой инструкцией, записывающей в регистр SBUF число. В режиме 0 прием начинается при условии RI = 0 и REN = 1 . Во всех остальных режимах прием начинается с приходом СТАРТ-бита при условии, что в бит REN записана логическая единица (REN = 1 ).

3.3 Расчет параметров синхронизации UART

По умолчанию последовательный порт микроконтроллера ADuC842 настроен на синхронизацию от Таймера 1. Скорость передачи UART определяется временем переполнения таймера:

где T T – время срабатывания таймера.

Таймер должен быть сконфигурирован для работы в режиме с автоперезагрузкой (режим 2). Для установки такого режима в старшие 4 бита регистра TMOD следует записать бинарную комбинацию 0010b. В этом случае скорость передачи данных будет определяться по формуле:

где: f core – частота ядра микропроцессора, TH1 – содержимое регистра данных TH1 .

Из формулы 2 легко найти значение регистра TH1 , обеспечивающего требуемую скорость:

Результат вычисления должен быть округлен до ближайшего целого.

Используя Таймер 1 для синхронизации UART не всегда возможно получить требуемую частоту с достаточной точностью. Например, пусть при тактовой частоте ядра микропроцессора 2097кГц (значение для ADuC842 по умолчанию), требуется получить скорость передачи 19.2 кбит/с. По формуле 3 найдем значение TH1:

Используя полученное значение TH1, рассчитаем реальную скорость передачи UART:

Реальная скорость на 14% меньше требуемой, а это значит, что передача данных невозможна. Проблема была решена добавлением специального таймера 3, специализированного для высокоточной синхронизации UART в широком диапазоне частот. Кроме того, использование специализированного таймера высвобождает таймеры общего назначения для решения других различных задач.

Таймер 3, по сути, представляет собой набор настраиваемых делителей тактовой частоты ядра, структурная схема таймера изображена на рисунке ниже:

Рисунок 2 – Структурная схема Таймера 3

Для управления Таймером 3 предназначены два регистра специальных функций - T3CON и T3FD . Регистр T3CON содержит бит T3EN , при записи в него логической единицы синхронизация UART будет происходить от Таймера 3, в противном случае - от Таймера 1. Младшие три бита регистра T3CON определяют двоичный делитель DIV . Дробный коэффициент деления настраивается регистром T3FD .

T3CON – регистр конфигурации Таймером 3.
SFR адрес - 0x9E .
Значение после подачи питания 0x00 .

Таблица 2 – Назначение битов регистра T3CON

номер	мнемоника	описание
7	T3EN	Разрешение Таймера 3. Когда бит установлен (T3EN = 1 ) синхронизация приемника и передатчика последовательного порта происходит от Таймера 3. Когда бит сброшен (T3EN = 0 ) - синхронизация от Таймера 1.
6		Не используются
5
4
3
2	DIV2	Биты целочисленного делителя DIV . DIV2 DIV1 DIV0 DIV 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7
1	DIV1
0	DIV0

T3FD – регистр Таймера 3.
SFR адрес - 0x9D .
Значение после подачи питания 0x00 .
Регистр не имеет побитовой адресации.

Используя структурную схему Таймера 3 легко записать аналитическое выражение для расчета результирующей скорости последовательного порта:

где f core - частота ядра микроконтроллера.

Значение делителя DIV можно определить по формуле 5, полученное значение следует округлить до целого вниз.

Дробный делитель T3FD можно найти по формуле 6, полученное значение следует округлить до ближайшего целого.

Рассчитаем параметры конфигурации Таймера 3, для предыдущего примера: при тактовой частоте ядра микропроцессора 2097кГц, требуется получить скорость передачи 19.2 кбит/с.

Таким образом, ошибка установления скорости составляет всего 0.2%.

3.4 Особенности представления текстовой информации

В различных операционных системах для представления текстовой информации используют специальные наборы символов. Как правило, такой набор представляют в виде таблице, где каждому символу соответствует бинарная последовательность длиною в один или несколько байт. В литературе подобную таблицу символов часто называют «кодировкой». На сегодняшний день наиболее распространенным является код ASCII (American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код для обмена информацией), который используется для внутреннего представления символьной информации в операционной системе MS DOS, в Блокноте операционной системы Windows, а также для кодирования текстовых файлов в Интернет.

Поскольку первоначально ASCII предназначался для обмена информации, в нём, кроме информационных символов, используются символы-команды для управления связью. В приведенной таблице такие символы показаны многоточием.

Таблица 3 – Таблица ASCII

	.0	.1	.2	.3	.4	.5	.6	.7	.8	.9	.A	.B	.C	.D	.E	.F
0.	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
1.	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
2.		!	"	#	$	%	&	"	(	)	*	+	,	-	.	/
3.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	:	;	<	=	>	?
4.	@	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N	O
5.	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z	[	\	]	^	_
6.	`	a	b	c	d	e	f	g	h	i	j	k	l	m	n	o
7.	p	q	r	s	t	u	v	w	x	y	z	{	|	}	~	...

Таблица кодов содержит 8 столбцов и 16 строк, каждая строка и столбец пронумерованы в шестнадцатеричной системе счисления. Шестнадцатеричное представление ASCII-кода складывается из номера столбца и номера строки, в которых располагается символ, при этом номер строки образуют первую цифру (старшие четыре бита), а номер столбца вторую цифру (младшие 4 бита). Так, например, ASCII-код символа “E” есть число 0x45, а символа “\“ - 0x5C.

Легко заметить, что в приведенной таблице представлено 128 символов, притом, что один символ кодируется байтом - восьмью битами. Дело в том, что верхние значения (128-255) могут занимать различные дополнительные символы, например, набор русского алфавита, это зависит от конкретного типа кодировки.

3.5 Способы программной реализации работы UART

Перед первым обращением к приемо-передатчику UART последовательный порт должен быть настроен: определен режим работы, выбран и настроен источник синхронизации. Режим работы UART устанавливается битами SM0 и SM1 регистра SCON . Так как регистр имеет как байтовую, так и битовую адресацию, выполнить настройку можно разными способами: записать в регистр SCON требуемое число или установить каждый бит отдельно. Источник синхронизации определяется битом T3EN регистра T3CON : если в этот бит записать логическую единицу, то синхронизация будет происходить от Таймера 3, если ничего не записывать (по умолчанию T3EN = 0 ), то синхронизация от Таймера 1.

При использовании Таймера 1 необходимо сконфигурировать его для работы в режиме 2 (свободнобегущий таймер с автоперезагрузкой), для этого в старшие четыре бита регистра SMOD следует записать двоичную комбинацию 0010b. Регистр счетчика TH1 определяет скорость передачи информации по UART, его значение следует рассчитать по формуле 3. После записи TH1 таймер нужно запустить, делается это записью в бит TR1 регистра TMOD логической единицы.

При синхронизации от Таймера 3, по формулам 5 и 6 рассчитываются делители DIV и T3FD . Если запись делителя T3FD делается непосредственно в регистр T3FD , то делитель DIV определяется младшими тремя битами регистра T3CON , при этом в старший бит этого регистра (T3EN ) должна быть записана логическая единица. Запуск таймера происходит автоматически.

Отправление данных по UART начинается любой командой, результат выполнения которой записывается в регистр SBUF :

SBUF =0x45; // отправить символ “E”

Можно каждый раз не пользоваться таблицей ASCII для определения кода символа, в языке «Си» для этого есть удобный инструмент: достаточно взять требуемый символ в апострофы, компилятором это будет интерпретировано как код символа.

SBUF ="E"; // отправить символ “E”

Если же требуется отправить не один символ, то прежде чем следующий код будет записан в SBUF , следует подождать, пока предыдущий символ будет отправлен. О конце передачи сигнализирует флаг TI регистра TCON , когда передача завершена, в бит TI аппаратно записывается логическая единица. Можно программно организовать в цикле проверку TI на равенство нулю, а следующий байт отправлять только тогда, когда TI окажется равен единице:

SBUF = 0x45 ; // отправить символ “E” while (! TI) ; // пока TI равен нулю, выполнять пустой цикл TI = 0 ; // сбросить флаг для следующей передачи

Аналогично выполняется и прием байта. Принятый байт может быть считан из буферного регистра лишь тогда, когда был принят последний бит и флаг приема RI установлен.

while (! RI) ; // ждем завершение приема байта cmd = SBUF; // считываем принятый байт в переменную cmd RI = 0 ; // сброс флага приема

В приложениях, где время выполнение критично недопустимо тратить много времени при передаче на ожидание пока байт будет отправлен и буфер освободится, в этом случае можно не дожидаясь полной отправки байта приступить к выполнению дальнейшей программы, но перед отправкой следующего байта нужно убедиться, что буфер освободился и передатчик готов к работе. Участок программы, отправляющий байт данных можно переделать следующим образом:

while (! TI) ; // подождать, пока буфер передачи не освободится (если занят) SBUF = 0x45 ; // заполнить буфер и начать передачу TI = 0 ; // сбросить флаг передачи в нуль

С таким вариантом реализации устраняются паузы на выполнение программы между передачами отдельных байтов.

Ниже на рисунке 3 приведены адреса регистров специальных функций, используемых в работе.

Рисунок 3 – Адреса регистров специальных функций

При написании программы следует помнить, что программа для микроконтроллера должна выполняться до отключения питания устройства и не может быть завершена. Поэтому программа должна содержать бесконечный цикл.

3.6 Взаимодействие микроконтроллера с персональным компьютером

Учебный лабораторный стенд LESO1 подключается к персональному компьютеру через микросхему преобразователя интерфейсов USB-UART. Для связи с микроконтроллером в программе загрузчика nwFlash реализован терминал. Терминал позволяет посылать через последовательный порт в микроконтроллер информацию, принимать и отображать принятую из микроконтроллера информацию. Настройка терминала осуществляется в пункте главного меню «Опции терминала». Опции терминала позволяют:

1. выбрать режим отображения данных: текстовый или шестнадцатеричный, при этом изменяется также тип посылаемых данных;
2. выбрать кодировку ANSI (Windows-1251) или ASCII (DOS-866);
3. включать и выключать режим автоматической прокрутки текста;
4. очистить окно терминала;
5. сохранять принятую от микроконтроллера информацию в файл:
   • в том виде, как она пришла - пункт меню «Сохранить»;
   • в том виде, как она отображается в терминале - пункт меню «Сохранить как текст».

На рисунке 4 показана вкладка главного меню «Опции терминала».

Рисунок 4 – Настройка опций терминала Рисунок 5 – Настройка скорости UART

При обмене данными с учебным стендом необходимо установить требуемую скорость подключения. Сделать это можно в меню «подключение», как это показано на рисунке 5.

4 Задание к работе в лаборатории

4.1 Вывод информации через последовательный порт

1. Разработайте алгоритм программы, передающей через последовательный порт UART данные в персональный компьютер - фамилию студента. Скорость передачи данных должна соответствовать варианту (таблица 5). Источник синхронизации UART (Таймер 1 или Таймер 3) согласовывается с преподавателем. Взаимодействие микроконтроллера с компьютером осуществляется через терминал программы загрузчика - nwFlash.
2. По таблице регистров специальных функций (SFR) определите адреса регистров управления и настройки последовательного порта.
3. Определите значение регистров настройки последовательного порта и таймера, используемого для синхронизации.
4. Рассчитайте значения регистров таймера, используемого для синхронизации.
5. Войдите в интегрированную среду программирования Keil-C. Создайте и настройте должным образом проект.
6. Разработайте и введите текст программы в соответствии с созданным алгоритмом.
7. Оттранслируйте программу, и исправьте синтаксические ошибки.
8. Настройте скорость UART терминала программы nwFlash соответственно заданию.
9. Загрузите полученный *.hex файл в лабораторный стенд LESO1 .
10. Убедитесь, что в окне терминала вывелась фамилия студента.

4.2 Управление микроконтроллером через последовательный порт (дополнительно)

1. Измените программу таким образом, чтобы данные из микроконтроллера отсылались только по команде, переданной с компьютера. Передача команды осуществляется через терминал nwFlash.
2. Загрузите полученный *.hex файл в лабораторный стенд LESO1 .
3. Убедитесь, что программа работает должным образом.

Таблица 5 – Варианты заданий

номер вариант	скорость UART
1	300 бит/с
2	600 бит/с
3	1200 бит/с
4	1800 бит/с
5	2400 бит/с
6	4800 бит/с
7	7200 бит/с
8	9600 бит/с
9	600 бит/с
10	1200 бит/с
11	1800 бит/с
12	2400 бит/с
13	4800 бит/с
14	7200 бит/с
15	9600 бит/с

5 Указания к составлению отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Диаграмму передачи данных по последовательному порту.
3. Расчет параметров синхронизации (настройки таймеров).
4. Графическую схему алгоритма работы программы.
5. Исходный текст программы.
6. Содержимое файла листинга программного проекта.
7. Выводы по выполненной лабораторной работе.

Схемы, а также отчет в целом, выполняются согласно нормам ЕСКД.

Протокол передачи данных UART
Универсальный асинхронный приёмопередатчик

Предисловие

Современная цифровая электроника - это всегда соединения между цепями (процессорами, контроллерами и т.д.) для создания симбиотической системы. Для того, чтобы отдельные микросхемы могли бы "понимать" друг друга, они должны разделять некий общий протокол связи. За годы существования цифровой техники было разработано множество протоколов. В целом, их все можно разделить на две большие группы - параллельные и последовательные.

Параллельный или последовательный?

Параллельные интерфейсы передают одновременно (параллельно) несколько бит информации (отсюда, собственно и их название). Для передачи данных такие интерфейсы требуют наличия шин, состоящих из 8, 16 или более проводников.

Схема параллельного 8-разрядного интерфейса. Передача данных управляется тактирующим сигналом CLK. Байт данных передается по каждому импульсу CLK . Используется 10 проводов.

В противоположность параллельным, последовательные интерфейсы передают по одному биту за раз. Теоретически такой интерфейс может работать на одном единственном проводе. На практике используется до четырех.

Эти два интерфейса можно сравнить с потоком автомобилей. Параллельный интерфейс - это широкое шоссе с количеством полос движения более восьми, а последовательный интерфейс больше поход на двухполосную сельскую дорогу. Мега - Шоссе, потенциально, имеет бОльшую пропускную способность, но очень дорого с точки зрения строительства. Сельская дорога просто выполняет свою функцию и стоит во много раз дешевле многополосного мега-шоссе.

Вне всякого сомнения, параллельные интерфейсы имеют свои преимущества. Это прямота, быстрота, и легкость реализации. Но мы получаем это за счет большого количества проводов (линий) передачи данных. Если вам когда либо приходилось разрабатывать программы для микроконтроллеров (например в среде Ардуино), вы наверняка знаете, насколько драгоценными могут быть линии ввода/вывода. Поэтому мы часто останавливаем свой выбор именно на последовательной связи, жертвуя скоростью, но экономя драгоценные порты микроконтроллера.

Асинхронный последовательный интерфейс

За время существования цифровой техники были созданы десятки последовательных протоколов. USB (универсальная Последовательная Шина) и Ethernet - это пример двух наиболее популярных сейчас последовательных протоколов. Другие очень популярные последовательные интерфейсы - это SPI, I2C и последовательный интерфейс, о котором пойдет речь в этой статье. Каждый их этих интерфейсов можно отнести к одной из двух подгрупп - Асинхронные и Синхронные.

Синхронный протокол всегда включает линию тактового сигнала. Это обеспечивает более простую (и зачастую более быструю) передачу данных, но требует как минимум один дополнительный провод. Пример синхронных интерфейсов - это SPI и I2C.

Асинхронный интерфейс подразумевает, что данные передаются без поддержки внешнего тактового сигнала.Этот метод передачи идеально подходит для минимизации количества проводов, но это означает, но для надежной передачи и приема данных рнужно приложить дополнительные усилия. Последовательный интерфейс, который мы обсудим в этой статье, является наиболее распространенным и старым асинхронным и протоколом. Часто бывает так, что, когда человек говорит «последовательный», он имеет в виду именно этот протокол.

Асинхронный последовательный интерфейс, о котором здесь идет речь, широко используется во встраиваемых системах. Если вы хотите добавить в свой проект модуль GPS, Bluetooth, XBee, последовательные ЖК-дисплеи или многие другие внешние устройства, вам, вероятно, придется столкнуться с одним из последовательных интерфейсов.

Правила последовательного интерфейса.
Асинхронный последовательный протокол имеет ряд встроенных правил - механизмов, которые помогают обеспечить надежную и безошибочную передачу данных. Это те механизмы, которые позволяют передавать данные без использования внешнего тактового сигнала:

Биты данных
- Биты синхронизации
- Биты проверки четности
- Скорость передачи

Благодаря сочетанию этих правил - параметров, протокол очень гибкий. Для успешной связи нужно убедиться, что оба устройства на шине настроены на использование одинаковых правил.

Скорость передачи

Данный параметр определяет скорость передачи данных по последовательной линии. Обычно это выражается в единицах бит в секунду (бит / с или БОД). Если вы инвертируете этот параметр, выраженный в бодах, то получите время, которое требуется для передачи одного бита. Это значение определяет, как долго передатчик держит последовательную линию в высоком / низком состоянии или в какой период принимающее устройство производит выборку своей линии.

Скорость передачи может быть практически любой в пределах разумного. Единственное требование заключается в том, что оба устройства работали с одинаковой скоростью. Одна из наиболее распространенных скоростей передачи, особенно для простых применений, где скорость не критична, составляет 9600 бит / с. Другие «стандартные» скорости - 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 и 115200.

Чем выше скорость передачи в бодах, тем быстрее осуществляется передача и прием данных. Но для максимальной скорости существуют физические ограничения. Обычно на практике вы не увидите скоростей, превышающих 115200. Для большинства микроконтроллеров это максимальная скорость. Если выбрать слишком высокую скорость, то неизбежно появятся ошибки на
принимающей стороне.

Кадры данных

Каждый блок данных (обычно это байт) фактически отправляется в пакете или кадре битов. Кадры создаются путем добавления бит синхронизации и бит четности к битам данным.

Давайте рассмотрим каждую часть кадра более подробно

Блок Данных (Data chunk)

Самая важная часть каждого пакета - это блок данных, так как именно этот блок несет полезную информацию. Мы намеренно называем этот блок "куском" данных (chunk), поскольку его размер конкретно не указан. Количество данных в каждом пакете может быть установлено любым - от 5 до 9 бит. Разумеется, стандартный размер данных - это наш с вами основной 8-разрядный байт, но другие его размеры также в ходу. 7-битный блок данных может быть более эффективным, чем 8-битный, особенно если вы просто переносите 7-битные символы ASCII (текст).

После согласования длины символа оба устройства на последовательной шине также должны согласовать достоверность своих данных. Являются ли данные наиболее старшим битом (msb) наименьшим, или наоборот? Если не указано иное, обычно мы предполагаем, что сначала передается младший бит (lsb)

Биты синхронизации

Биты синхронизации представляют собой два или три специальных бита, передаваемых с каждым фрагментом данных. Это стартовый и стоповый биты. Эти биты отмечают начало и конец пакета. Всегда есть только один стартовый бит, но количество стоповых бит настраивается отдельно. Может быть один или два стоп-бита (чаще всего используется один).

Старт-бит всегда определяется линией данных по его спаду (переходу от 1 в 0), в то время как стоп биты определяются линией по фронту, то есть по переходу из 0 в 1.

Биты четности

Четность - это форма очень простой, низкоуровневой проверки ошибок. Может быть два варианта такой проверки: нечетный или четный. Чтобы создать бит четности, все 5-9 бит блока данных складываются, а четность суммы определяет, установлен бит четности или нет. Например, представим себе что у нас проверка установлена в режим четности. Байт данных в двоичном представлении равен 01011101. Видим, что в байте нечетное количество единиц (пять единиц). В этом случае бит проверки четности будет установлен в 1. Если мы настроим режим проверки на на нечетность, то соответственно, бит проверки будет установлен в 0.

Пример настройки протокола: 9600 8N1

9600 8N1 - 9600 бод, 8 бит данных, без контроля четности и 1 стоповый бит - это одна из наиболее часто используемых настроек последовательного протокола. Итак, как выглядит пакет или два из 9600 8N1 данных? Приведем пример:

Фактически для каждого байта передаваемых данных отправляются 10 бит: начальный бит, 8 бит данных и стоповый бит. Таким образом, при 9600 бит / с мы фактически отправляем 9600 бит в секунду или 960 (9600/10) байтов в секунду.

Теперь, когда вы знаете, как создавать последовательные пакеты, мы можем перейти к разделу аппаратного обеспечения.
Мы увидим, как всё это будет реализовано на уровне сигнала.

Последовательная шина состоит всего из двух проводов: один для отправки данных и другой - для приема. Таким образом, последовательные устройства должны иметь два последовательных контакта: приемник, (RX ) и передатчик (TX ).

Важно понимать, что обозначения RX и TX относятся к самому устройству. Поэтому RX одного устройства должен соединяться с TX другого, и наоборот. Это может показаться странным, если вы привыкли подключать сигналы VCC к VCC, GND к GND, MOSI в MOSI и т.д. Но все-таки это имеет смысл, поскольку передатчик (TX ) должен разговаривать с приемником (RX) , а не с другим передатчиком.

Последовательный интерфейс, в котором оба устройства могут отправлять и принимать данные, называется дуплексным или полудуплексным . Дуплексный означает, что оба устройства могут отправлять и принимать одновременно. Полудуплексная связь означает, что последовательные устройства должны по очереди отправлять и принимать данные.

Некоторые последовательные шины могут функционировать с помощью всего лишь одного провода между отправляющим и принимающим устройством. Например, ЖК-дисплеи с последовательным включением на самом деле не передают никаких данных обратно в управляющее устройство. Это называется симплексная последовательная связь. Все, что вам нужно - это один провод TX ведущего устройства к контакту RX управляемого.

Реализация в железе

Итак, мы с вами рассмотрели асинхронный последовательный протокол с концептуальной стороны. Мы знаем, какие провода нам нужны. Но как осуществляется последовательная связь на уровне сигнала? На самом деле, по-разному. Существуют всевозможные стандарты. Давайте рассмотрим пару наиболее популярных аппаратных реализаций последовательного интерфейса: логического уровня (TTL) и RS-232.

Когда микроконтроллеры и другие низкоуровневые ИС взаимодействуют между собой по последовательному протоколу, они обычно делают это на уровне TTL (транзисторно- транзисторная логика). Последовательные сигналы TTL живут между диапазоном напряжения питания микроконтроллера - обычно от 0 до 3,3 В или 5 В. Сигнал на уровне VCC (3,3 В, 5 В и т. д.) указывает либо о простое, либо это - бит 1 данных, либо стоп-бит. Сигнал 0 В (GND) представляет собой либо стартовый бит, либо бит данных значения 0.

Интерфейс , который можно найти на некоторых более старых компьютерах и периферийных устройствах, похож на обычный последовательный TTL. У них просто разные уровни напряжения. Обычно сигналы RS-232 варьируются от -13 В до +13В, хотя спецификация позволяет все что угодно в диапазоне от +/- 3 В до +/- 25 В. Низкое напряжение (-5 В, -13 В и т. д.) указывает либо холостой ход, либо стоп-бит, либо бит данных значения 1. Высокий сигнал RS-232 означает либо стартовый бит, либо 0-бит данных. В полярности сигналов как раз кроется противоположность последовательному TTL.

Во встроенных схемах (внутри одного устройства) намного проще использовать последовательные сигналы формата TTL. Но в случае с длинными линиями передачи данных низкие уровни TTL намного более восприимчивы к потерям и помехам. RS-232 или более сложные стандарты, такие как RS-485, лучше подходят для последовательных передач на большие расстояния.

Когда вы соединяете два последовательных устройства вместе, важно убедиться, что их сигнальные напряжения совпадают. Вы не можете напрямую соединять последовательное устройство TTL с шиной RS-232. Вам придется конвертировать их уровни для взаимной совместимости.

UART

Универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) представляет собой блок схем, ответственный за реализацию последовательной связи. По сути, UART выступает в качестве посредника между параллельными и последовательными интерфейсами. На одном конце UART есть шина из восьми (или около того) линий данных (плюс некоторые управляющие контакты), с другой - два последовательных провода - RX и TX.

Интерфейсы UART существуют в виде отдельных микросхем, но чаще всего они встроены в микроконтроллеры. Чтобы узнать, есть ли у вашего МК протокол UART, вам придется почитать даташит на этот контроллер. У некоторых нет ни одного, у некоторых есть, у некоторых их несколько. Например, Arduino Uno, основанный на старом добром ATmega328, имеет только один UART, в то время как Arduino Mega - построенный на ATmega2560 - имеет целых четыре UART.

R и T в терминологии UART несут ответственность за отправку и получение последовательных данных. На стороне передачи UART должен создать пакет данных - добавление битов синхронизации и четности - и отправить этот пакет по линии TX в соответствии с установленной скоростью передачи. На стороне приема UART должен проверять линию RX со скоростью, соответствующей ожидаемой скорости передачи в бодах, выбирать биты синхронизации и выделять данные.

Раз уж я буду использовать UART для связки устройств блога с Вашими проектами немного расскажу как он устроен и как им пользоваться.

Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) довольно старый и распространенный интерфейс. До недавнего времени разъем COM порта (тот-же UART только уровни напряжения другие) был обязательным атрибутом каждого компьютера. Теперь COM порт постепенно «отмирает» и если на «башнях» он еще не редкость, то на ноутбуках его уже нет и в помине. Но в виду простоты и популярности интерфейса подавляющее большинство микроконтроллеров имеет UART в составе своей периферии. И если персональный компьютер UART перестает удовлетворять из-за низкой скорости и невозможности расширения, то для микроконтроллеров интерфейс удобен и использование его будет продолжаться.
Раз UART есть во многих микроконтроллерах, значит мы его будем использовать как один из интерфейсов связи устройств блога с Вашими электронными устройствами.
Для начала немного теории работы интерфейса (без лишних подробностей). Для связи по интерфейсу UART используется две ножки контроллера RXD – для приема сообщений (Receiver) и TXD – для передачи сообщений (Transmitter). UART — полнодуплексный интерфейс. Это значит, что приемник и передатчик работают независимо друг от друга. Более того, передатчик или приемник можно отдельно отключить, освободив ножку контроллера для других нужд. Передача (соответственно и прием) сообщений осуществляется фиксированными пакетами битов (такой пакет называют кадром). Кадр состоит из старт-бита (с него начинается каждый кадр), битов данных (может быть от 5 до 9 бит), бита проверки четности (проверка правильности передачи данных) и одного или двух стоп-битов (сигнал об окончании кадра).

где:
IDLE — ожидание обмена — должна быть 1 ;
St — Старт-бит — всегда 0 ;
(n) — Биты данных — может быть от 5 до 9 бит;
P — Бит четности;
Sp — Стоп бит — всегда 1.

Если посылка содержит более одного байта, каждый следующий байт передается отдельным кадром. Передача (и прием) данных ведется на определенных фиксированных частотах (измеряется в Бод=бит/сек) от 600 до 128 000 Бод. Условием правильной работы порта есть задание одинаковых параметров, как для приемника, так и для передатчика (скорость, количество бит данных, бит четности, количество стоп битов).

Договоримся о формате кадра (настройках UART) для устройств блога:
Скорость передачи – 9600 (это в пределах килобайта в секунду);
Количество бит данных – 8 (наиболее удобно работать);
Бит четности – Even (производится проверка на четность);
Количество стоп-бит – 1;
В сокращенном варианте это выглядит так:
Baud Rate: 9600, 8 Data, 1 Stop, Even Parity

Еще UART может работать в синхронном режиме (для этого задействуется еще одна ножка контроллера) и поддерживать адресацию множества устройств. Но так как наши устройства несложны и нам не нужны данные функции, то рассматривать мы их не будем.

Если нужны дополнительные возможности, то полное описание UART есть в datasheet на микроконтроллер – обращайтесь к нему.

Для того чтобы устройство с блога начало работать с Вашим проектом через интерфейс UART нужно:
1 Подключить устройство блога к соответствующим ножкам микроконтроллера.
2 Настроить приемо-передатчик UART Вашего контроллера. Для этого в соответствующие порта ввода/вывода записать определенные значения.
3 Иметь (написать) процедуры приема/передачи сообщений по UART в Вашей программе.

Теперь рассмотрим подробно каждый пункт:

1 СОЕДИНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ПОСРЕДСТВОМ UART.

Тут все просто:
— если планируется и прием и передача — устройства соединяются по двум линиям — TX_устройства с RX_проекта и TX _проекта с RX_устройства (здесь и далее под «устройством» я буду понимать устройство с блога, а под «проектом» — Ваш электронный проект);
— если нужен только прием (например принимаются данные с клавиатуры) — TX_устройства с RX_проекта;
— если нужна только передача (например передаются данные на устройство отображения) — TX _проекта с RX_устройства.

2 НАСТРОЙКА ПРИЕМО-ПЕРЕДАТЧИКА UART.

Как мы договорились выше, формат кадра для наших устройств:
Baud Rate: 9600, 8 Data, 1 Stop, Even Parity
Для работы в с этим форматом кадра нужно в разделе инициализации устройств в Вашей программе, записать соответствующие значения в нужные порта ввода/вывода контроллера. Для этого нужно открыть раздел USART datasheet’а на Ваш микроконтроллер и выбрать/вычислить необходимые значения. Но можно сделать все гораздо проще – использовать автоматические настройщики периферии – CodeWisard’ы.
Возьмем для примера микроконтроллер Attiny2313 (по аналогии можно настроить любой микроконтроллер) и настроим UART в разных языках программирования.

Для начала — Algorithm Builder .
Тут все предельно просто – создаем проект (Файл/Новый ). Выбираем микроконтроллер и частоту задающего генератора в Опции/Опции проекта… (ATtiny2313, внутренний задающий генератор на 8МГц). В панели инструментов жмем кнопочку «S» — настройщик управляющих регистров» выбираем USART и в открывшемся окошке заполняем все как на картинке. Там все подписано и понятно.

Жмем «ОК» . Готово – UART проинициализирован и готов к работе.
Если нужен только приемник или только передатчик ставим только нужную галочку – незадействованную ножку можно использовать как порт ввода-вывода.

Так как в программе будут разрешены прерывания, нужно перед инициализацией USART установить указатель стека на конец памяти («S» /Stack Pointer SP ) и озаглавить вершину блока ключевым словом «Reset ».

В ассемблере. Честно говоря, я не знаю, есть ли в асемблерах для AVR настройщики периферии, но даже если нет, простое решение использовать все тот же Algorithm Builder. В окошке настройки USART, в правой части, прописаны мнемокоманды (Operations), обеспечивающие выбранные характеристики. Перевести их в ассемблерный код не составит труда.

Переводим в ассемблерные команды.

;USART initialization ;Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, Even Parity ;USART Receiver: On ;USART Transmitter: On ;USART Mode: Asynchronous ;USART Baud Rate: 9600 uart_init: LDI R16, $ 00 OUT UBRRH, R16 LDI R16, $ 33 OUT UBRRL, R16 LDI R16, $ 26 OUT UCSRC, R16 LDI R16, $ 00 OUT UCSRA, R16 LDI R16, $ 98 OUT UCSRB, R16

;USART initialization ;Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, Even Parity ;USART Receiver: On ;USART Transmitter: On ;USART Mode: Asynchronous ;USART Baud Rate: 9600 uart_init: LDI R16, $00 OUT UBRRH,R16 LDI R16, $33 OUT UBRRL,R16 LDI R16,$26 OUT UCSRC, R16 LDI R16,$00 OUT UCSRA, R16 LDI R16,$98 OUT UCSRB, R16

CodeVision содержит свой настройщик периферии (CodeWisard), еще похлеще чем у Algorithm Builder’а. Для генерации настроек UART, нажимаем на значок шестеренку (CodeWisardAVR ) на панели инструментов. В открывшемся окошке сначала выбираем вкладку Chip в ней выбираем микроконтроллер и устанавливаем частоту, с которой будет работать задающий генератор. Далее выбираем и заполняем вкладку USART в соответствии с нужными характеристиками (если нужен только приемник или только передатчик ставим соответствующую галочку).

// USART initialization // Communication Parameters: // 8 Data, 1 Stop, Even Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA= 0x00 ; UCSRB= 0x98 ; UCSRC= 0x26 ; UBRRH= 0x00 ; UBRRL= 0x33 ;

// USART initialization // Communication Parameters: // 8 Data, 1 Stop, Even Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0x98; UCSRC=0x26; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33;

Сохраняем сгенерированный проект (File\Generate, Save and Exit ) — готово. Создан проект со всеми нужными установками для UART. В проекте инициализируется и другая периферия (зачастую не нужная). После создания проекта его можно подкорректировать – удалить все не нужное.

3 СОЗДАНИЕ ПРОЦЕДУР ОБРАБОТКИ СООБЩЕНИЙ UART.

Небольшое отступление.
Работу с UART можно организовать различными способами. Например:
— просто ожидать в теле программы когда придет сообщение, постоянно проверяя бит приема сообщения;
— разрешить прерывание и в теле прерывания обрабатывать сообщение;
— создать буфер куда по прерываниям будут загоняться сообщения, а уже в теле программы, «по свободе», считывать из буфера значения;
— еще куча вариантов – выбор за Вами.
Но , исходя из того, что сообщения от устройств, в большинстве своем, единичные (один байт) и не слишком часты (взять, к примеру, клавиатуру – пару нажатий в секунду, не больше), наилучшим вариантом, в плане экономии памяти и скорости обработки, будет обработка сообщения UART в теле прерывания. Под обработкой я понимаю чтение регистров, проверка на правильность приема и сохранение принятого байта в глобальной переменной (своего рода буфер в один байт). Если предполагаются несложные манипуляции с принятым байтом можно их тоже организовать в теле прерывания.

В дальнейшем я буду ориентироваться на такой алгоритм работы, если другой не будет более оправданным.

Algorithm Builder.
Прием данных осуществляется в процедуре обработки прерывания по окончании приема байта (кадра). Принятый байт записывается в глобальную переменную FromGCnDevice. В теле программы проверяется значение FromGCnDevice ели оно нулевое ничего не принято.

Если работа с принятым значением несложна можно это сделать прямо в теле обработки прерывания.
Передача данных производиться без использования прерываний и буфера (аппаратно у UART передатчика существует буфер на 2 байта). Это значит, что комфортно будут передаваться только единичные байты (что мы и планируем делать). Если зарядить сразу строку данных, то микроконтроллер будет заниматься только этой строкой.

Ассемблер.
Прием байта осуществляется в прерывании, результат остается в регистре r17 (если нужно сохраните в SRAM).

;Обработка прерывания по окончании приема байта PUSH R16 IN R16, SREG PUSH R16 IN R16, UCSRA ;Читаем статус из UCSRA IN R17, UDR ;Читаем данные из UDR ANDI R16, $ 1C BREQ _END ;Проверяем на ошибки CLR R17 _END: ;в R17 находится принятый байт POP R16 OUT SREG, R16 POP R16 RETI

;Обработка прерывания по окончании приема байта PUSH R16 IN R16,SREG PUSH R16 IN R16,UCSRA ;Читаем статус из UCSRA IN R17,UDR ;Читаем данные из UDR ANDI R16,$1C BREQ _END ;Проверяем на ошибки CLR R17 _END: ;в R17 находится принятый байт POP R16 OUT SREG,R16 POP R16 RETI

Передача байта

LDI R16,значение SBIS UCSRA,UDRE RJMP PC-1 ; ждем готовности принять байт OUT UDR, R16 ; шлем байт

С — в программе CodeVisionAVR .
Тут все просто CodeWizard вместе с инициализацией UART создает и процедуры для приема-передачи. Единственно что можно тут поковырять так это выкинуть буфер для приема (если разрешить прерывания по приему или передаче автоматически создается буфер). Если этот буфер не нужен процедура обработки прерывания приема байта и процедура передачи могут выглядеть так:

// Глобальная переменная - полученные даные от устройства // Эсли FromGCnDevice==0 - ничего не получено char FromGCnDevice; // Обработка прерывания окончания приема байта interrupt [ USART_RXC] void usart_rx_isr(void ) { char status; // Получаем байт статуса и данных status= UCSRA; FromGCnDevice= UDR; // Если произошла ошибка при приеме байта то FromGCnDevice=0 if ((status & amp; (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN) ) != 0 ) FromGCnDevice= 0 ; } // Процедура передачи байта void ToGCnDevice (char c) { // Ждем окончания передачи предідущего байта while ((UCSRA & amp; DATA_REGISTER_EMPTY) == 0 ) ; // Передаем байт UDR= c; }

// Глобальная переменная - полученные даные от устройства // Эсли FromGCnDevice==0 - ничего не получено char FromGCnDevice; // Обработка прерывания окончания приема байта interrupt void usart_rx_isr(void) { char status; // Получаем байт статуса и данных status=UCSRA; FromGCnDevice=UDR; // Если произошла ошибка при приеме байта то FromGCnDevice=0 if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))!=0)FromGCnDevice=0; } // Процедура передачи байта void ToGCnDevice (char c) { // Ждем окончания передачи предідущего байта while ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0); // Передаем байт UDR=c; }

Во и все про UART. Этого должно хватить для того чтобы подключить устройство к Вашему проекту. По анологии приведенных примеров легко все можно проделать и для других микроконтроллеров АВР.
Ниже оставляю архивы программ с примерами работы UART для ATtiny2313.
- Пример проекта созданного автоматически CodeWisionsAVR
- Пример программы для работы с UART в Algorithm Builder

P.S. Я слабо знаю С и Asm, поэтому пинать и кидать тапками — разрешается! Мы все учимся.

Инициализируется

(Visited 10 796 times, 2 visits today)

Истерии появилось множество вопросов, как подключить плату к компьютеру. И многие люди даже не понимают, что же такое UART. И я решил рассказать здесь какой это мощный инструмент.

Роутер превращается в компьютер, если к нему по UART подключить клавиатуру и дисплей

От телеграфа к COM-порту

Протокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) или, по-русски, УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик) - старейший и самый распространенный на сегодняшний день физический протокол передачи данных. Наиболее известен из семейства UART протокол RS-232 (в народе – COM-порт, тот самый который стоит у тебя в компе). Это, наверное, самый древний компьютерный интерфейс. Он дожил до наших дней и не потерял своей актуальности.

Надо сказать, что изначально интерфейс УАПП появился в США как средство для передачи телеграфных сообщений, и рабочих бит там было пять (как в азбуке Морзе). Для передачи использовались механические устройства. Потом появились компьютеры, и коды ASCII, которые потребовали семь бит. В начале 60-х на смену пришла всем известная 8-битная таблица ASCII, и тогда формат передачи стал занимать полноценный байт, плюс управляющие три бита.

В 1971 году, когда уже начался бум микросхем, Гордон Белл для компьютеров PDP фирмы Western Digital сделал микросхему UART WD1402A. Примерно в начале 80-х фирмой National Semiconductor был создан чип 8520. В 90-е был придуман буфер к интерфейсу, что позволило передавать данные на более высоких скоростях. Этот интерфейс, не претерпев практически никаких изменений, дошел и до наших дней

Физика интерфейса

Чтобы понять, что роднит и отличает разные UART-интерфейсы, разберем принцип работы самого популярного и любимого нами протокола RS-232. Дотошно расписывать все тонкости его работы я не буду. Об этом написан ни один десяток мегабайт статей, и если ты умеешь пользоваться Гуглом, то без проблем найдешь всю необходимую информацию. Но основы я расскажу, благо с ними можно уже круто всем рулить, а всякие фишки используются очень редко.

Основные рабочие линии у нас – RXD и TXD, или просто RX и TX. Передающая линия – TXD (Transmitted Data), а порт RXD (Received Data) – принимающая.
Эти линии СОМ-порта задействованы при передаче без аппаратного управления потоком данных. При аппаратном потоке задействованы еще дополнительные интерфейсные линии (DTS, RTS и пр.). Выход передатчика TX соединен с входом приемника RX и наоборот. Электрический принцип работы RS-232 отличается от стандартной 5-вольтовой TTL логики. В этом протоколе логический нуль лежит от +3 до +12 вольт, а единица от -3 до -12, соответственно. Промежуток от -3 до +3 вольт считается зоной неопределенности. Учти, что все напряжения указаны относительно корпуса компьютера, или земли. Теперь, я думаю, ты понимаешь, зачем в компьютерном блоке питания существует сразу два напряжения: -12 и +12 вольт. Они были введены специально для работы СОМ-порта.

Приём сигнала по RS-232 (взято из книги М.Гук «Аппаратные интерфейсы ПК»)

Такая большая амплитуда рабочих напряжений, целых 24 вольта, нужна в первую очередь для помехоустойчивости линий связи. По стандарту, длина кабеля, по которому у нас бегают данные, может быть 15 м. Хотя на практике люди умудрялись заставлять его работать даже на 25 м. Электрические параметры RS-232 – это главная характеристика, которая отличает его от других протоколов семейства UART.

Следующие характеристики – формат посылки и скорость передачи данных – полностью применимы ко всем видам UART и обеспечивают их совместимость через несложные схемы сопряжения.

Стандартная посылка занимает 10 бит. Но правило это распространяется только на стандартные настройки СОМ-порта. В принципе, его можно перенастроить так, чтобы он даже интерфейс One-Wire понимал. В режиме простоя, когда по линии ничего не передается, она находится в состоянии логической единицы, или -12 вольт. Начало передачи обозначают передачей стартового бита, который всегда равен нулю. Затем идет передача восьми бит данных. Завершает посылку бит четности и стоповый бит. Бит четности осуществляет проверку переданных данных. Стартовый бит говорит нам, что пересылка данных завершена. Надо отметить, что STOP-бит может занимать 1, 1.5, и 2 бита. Не стоит думать, что это дробные биты, это число говорит только о его длительности. Стоповый бит, как и стартовый, равен нулю.

Сигнал UART на экране осциллографа. Виден старт бит, данные и стоповый бит. Спасибо за картинку

Скорость работы

Даже если тебе раньше никогда не приходилось работать с СОМ-портом, по крайней мере, в модеме ты должен знать номинальные скорости работы: 9600, 28800, 33600, 56000 и т.п. Сколько бит в секунду убегает из нашего порта? Вот смотри, допустим, скорость у нас 9600 бит в секунду. Это означает, что передача одного бита будет занимать 1/9600 секунды, а пересылка байта – 11/9600. И такая скорость для байта верна только в случае, если стоп-бит будет занимать один бит. В случае, если он занимает два стоп-бита, то передача будет 12/9600. Это связано с тем, что вместе с битами данных передаются еще специальные биты: старт, стоп и бит четности. Линейка скоростей СОМ-порта стандартизирована. Как правило, все устройства работают на трех стандартных скоростях: 9600, 19200, 115200. Но возможны другие варианты, даже использование нестандартных скоростей или скорости, меняющейся во времени, – с этим я сталкивался при разборе полетов очередного устройства.

Такой разный протокол

Видов UART существует великое множество. Я не буду перечислять их наименования, ибо, если ты владеешь английским, то сумеешь и сам нагуглить. Но самые основные не отметить нельзя! Напомню, что главное отличие интерфейсов состоит в среде и способе передаче данных. Данные могут передаваться даже по оптоволокну.

Второй по распространению интерфейс после RS-232 – это RS-485. Он является промышленным стандартом, и передача в нем осуществляется по витой паре, что дает ему неплохую помехоустойчивость и повышенную скорость передачи до 4 мегабит в секунду. Длина провода тут может достигать 1 км. Как правило, он используется на заводах для управления разными станками.

Надо сказать, что IRDA, или инфракрасная связь, которая встроена в большинство телефонов и КПК, тоже по сути является UARTом. Только данные передаются не по проводам, а с помощью инфракрасного излучения.

В SMART-картах (SIM, спутниковое телевиденье, банковские карты) – тех самых устройствах, которые мечтает похачить каждый уважающий себя фрикер – тоже используется наш любимый UART. Правда, там полудуплексная передача данных, и логика работы может быть 1,8/3,3 и 5 вольт. Выглядит так, будто RX запаян с TX на одном конце и на другом – в результате, один передает, другой в этот момент слушает, и наоборот. Это регламентировано стандартом смарт-карт. Так мы точно знаем, сколько байт пошлем, и сколько нам ответит карточка. Тема достойна отдельной статьи. В общем, запомни, что UART есть практически везде.

Устройства, которые имеют на своём борту UART, по часовой стрелке: мышка, ридер-эмулятор SMART-карт, КПК Palm m105, отладочная плата для микроконтроллера ATtiny2313 (или AT89C2051), модем.

Сопряжение интерфейсов

Я уже глаза намозолил разными интерфейсами, но как с ними работать-то? Ну, с обычным RS-232 понятно, а, допустим, с 5-вольтовым юартом как быть? Все просто: существуют различные готовые микросхемы-преобразователи. Как правило, в маркировке они содержат цифры «232». Увидел в схеме микруху с этими цифирями – будь уверен: скорее всего, это преобразователь. Через такие микросхемы с небольшим обвязом и сопрягаются все интерфейсы UART. Я не буду рассказывать о промышленных интерфейсах, а скажу о тех преобразователях, которые интересуют нас в первую очередь.

Самый известный преобразователь интерфейса – это микросхема, разработанная фирмой MAXIM, которая и получила от нее часть своего названия (max232). Для ее работы требуется четыре конденсатора от 0,1 микрофарады до 4 микрофарад и питание 5 вольт. Удивительно, что эта микросхема из 5 вольт генерирует отрицательное напряжение, чтобы сопрягать 5-вольтовый UART с RS-232.

Существуют микросхемы сопряжения USB с UART, например, микросхема ft232rl. В Ubuntu для этой микросхемы уже встроены драйвера. Для Windows их придется качать с официального сайта. После установки драйверов в системе появится виртуальный СОМ-порт, и с ним уже можно рулить различными устройствами. Советую не принимать эти микросхемы, как единственно возможные. Найдется громадное количество более дешевых и интересных аналогов, посему наседай на Гугл и поймешь, что мир UARTа – это круто.

В целом, микросхемы стоят достаточно дорого и порой можно обойтись более сложными, но зато более дешевыми схемами на паре транзисторов.

Что нам это дает?

Как ты понял, интерфейс UART присутствует во многих устройствах, в которых стоит какой-либо процессор или контроллер. Я даже больше скажу: если там стоит контроллер, то юарт есть стопудово (только он не всегда может использоваться). Как правило, по этому интерфейсу идет наладка и проверка работоспособности девайса. Зачастую производитель умалчивает о наличии этого интерфейса в изделии, но найти его несложно: достаточно скачать мануал на процессор и, где находится юарт, ты будешь знать. После того, как ты получишь физический доступ к железяке по нашему интерфейсу, можно его настроить на свое усмотрение или даже заставить работать, так как надо тебе, а не как задумал производитель. В общем, – выжать максимум возможностей из скромного девайса. Знание этого протокола дает также возможность подслушать, что же творится в линиях обмена между различными процессорами, так как часто производители организуют целые юарт-сети в своем устройстве. В общем, применений много, главное – интуитивно понимать, как это делать.

Апдейтим роутер

Намедни я намутил себе WiFi-роутер WL-520GU и, прочитав статью Step’a «Level-up для точки доступа» (][ #106), успешно установил туда Linux. Но у меня возникли проблемы с монтированием swap-раздела жесткого диска. Так появилась необходимость посмотреть лог загрузки точки доступа – подмонтировался раздел или нет – причем, как говорится, на лету, чтобы сразу вносить необходимые изменения. Шестым чувством я подозревал, что в моем роутере просто обязан быть UART. Я взял в руки крестовую отвертку и начал его разбирать. Дело тривиальное, но с заковыркой – потайные винтики находятся под резиновыми ножками (если решишь повторить, помни, что при разборе ты лишаешься гарантии). Моему взору предстала достаточно скучная плата, где все «chip-in-one»: один центральный процессор, в который включено все, внешняя оператива, флеша, преобразователь питания и рядок разъемов с кнопками. Но на плате была не распаянная контактная площадка, точнее сказать, отверстия под иголки. Их было четыре штуки. Вот он UART, это очевидно! По плате даже без мультиметра видно, что крайние иголки – это +3,3 вольта и второй – земля. Средние контакты, соответственно, RX и TX. Какой из них что, легко устанавливается методом научного тыка (спалить интерфейс очень проблематично).
Сразу хочу отметить, что интерфейс UART в каждом роутере выглядит по-разному. В большинстве случаев, это не распаянные отверстия на плате. Правда, в одном роутере от ASUS я даже встретил полностью подписанный разъем.

Собираем преобразователь

Чтобы подключить роутер к компу, необходимо сопрячь интерфейсы RS-232 с UARTом роутера. В принципе, можно подключить к USB, используя указанную выше микросхему FT232RL, – что я и сделал при первой проверке роутера. Но эта микросхема – в достаточно сложном для пайки корпусе, посему мы поговорим о более простых решениях. А именно – микросхеме MAX232. Если ты собираешься питаться от роутера, то там, скорее всего, будет 3,3 вольта, поэтому лучше использовать MAX3232, которая обычно стоит в КПК (схему распайки нетрудно найти в инете). Но в моем роутере присутствовало питание +5 вольт на входе, а указанных микросхем у меня великое множество, и я не стал заморачиваться. Для сборки нам потребуются конденсаторы 0,1 мкФ (4 штуки) и сама микросхема. Запаиваем все по традиционной схеме, и начинаем эксперименты.

Исходники для сборки

На выход я сразу повесил 9-пиновый разъем типа «папа», чтобы можно было легко подключить нуль-модемный кабель. Если ты помнишь, во времена DOSа такими кабелями делали сетку из двух компов и резались в «Дюкнюкем». Провод для наших целей собрать несложно. Правда, получится не полный нуль-модем и через него особо не поиграешь, но рулить точкой доступа будет самое то! Тебе понадобятся два 9-пиновых разъема типа «мама», корпуса к ним и провод, например, от старой мышки или клавы (главное, чтобы в нем было три провода). Сначала соединяем земли ¬- это пятый контакт разъемов; просто берем любой провод и с обоих сторон припаиваем к 5-му контакту. А вот с RX и TX надо поступить хитрее. С одного конца провода запаиваем на 3-й контакт, а с другого – на 2-й. Аналогично с третьим проводом, только с одного конца запаиваем на 2-й контакт, с другого – на 3-й. Суть в том, что TX должен передавать в RX. Прячем запаянные разъемы в корпус - и готов нуль-модемный кабель!

Распаянные иголки на плате роутера.

Для удобства монтажа в материнку роутера я впаял штырьковый разъем, а в монтажку с MAX232 – обратный разъем и вставил платку, как в слот. RX и TX роутера подбираются экспериментально.

Собраная плата

Теперь надо запитать микросхему преобразователя. Общий провод у нас присутствует уже прямо в разъеме на мамке роутера. А вот + 5 вольт находится прямо у входа питания роутера, в месте, где подключается адаптер. Точку нахождения 5 вольт определяем вольтметром, измеряя разные узлы относительно земли роутера.
Подключаем питание. Включаем и начинаем наши злостные эксперименты.

Прожигаем отверстие для вывода проводов

Распаянный СОМ-порт

Всё в сборе. Обратите внимание, что красный провод питания идёт к разъёму адаптера роутера. Узелок внутри сделан, для того чтобы рывком на оторвать припаянные провода.

Настройка терминала

Нам нужно настроить терминальную программу. В Винде все достаточно просто: запускаем Hyper Terminal, отключаем программную и аппаратную проверку данных, выставляем скорость 115200 и один стоповый бит. А вот в Линухе дело обстоит чуть хитрее. У меня Ubuntu, и рассказывать буду про нее. Для начала разберись, как в твоей сборке именуется СОМ-порт. В моем случае СОМ1 был ttyS0 (если использовать к примеру микросхему FT232, то он будет именоваться ttyUSB0). Для работы с ним я использовал софтинку minicom.

Запускай ее с параметрами: minicom -l -8 -c on -s. Далее выбирай «Настройки последовательного порта»:
Последовательный порт /dev/ttyS0

* Скорость/четность/биты 115200 8N1
* Аппаратное управление потоком - нет
* Программное управление потоком - нет

Сохраняем настройки. Софтина попробует проинициализировать модем - не обращай внимания. Чтобы вызвать меню, нажми . Там можно менять настройки, например: включить/выключить эхо - Е.
Настройка

Я не рекомендую подключать микросхему преобразователя к роутеру, дабы проверить ее функционал. Допускается только брать с него питание. Проверка проходит очень просто - необходимо перемкнуть RX с TX. Сначала перемыкаешь в СОМ-порте 2-й и 3-й контакт - проверяешь настройки терминалки. Пишешь что-то на клаве: если символы возвращаются, значит, все ОК. Также проверяешь кабель, те же контакты. Потом подключаешь микросхему, и уже у нее на выходе ставишь перемычку. Я заостряю на этом внимание, потому что, например, у меня возникли проблемы, и ничего не работало, пока я все не проверил и не нашел ошибку.

После всех настроек можешь смело цеплять к роутеру и искать RX-TX на роутере, периодически выдергивая из него питание. Если все сделано правильно, то при подаче питания ты увидишь лог загрузки роутера. Принимай поздравления, теперь у тебя полный аппаратный рут, так, будто ты сидишь за монитором с клавой роутера.

Лог загрузки роутера в программе minicom

Автономное плаванье

Согласись, делать через терминальную программу то же самое, что удобнее сделать через SSH – не айс. Мне хотелось превратить роутер в автономный Linux-компьютер, со своей хитрой архитектурой. Для этого нужно, чтобы данные с клавиатуры передавались по UART, и по нему же выводились на монитор. Паять и разрабатывать устройство было лениво. Тогда-то и пришла идея заюзать для этих целей пылящийся без дела КПК. По сути, наладонник будет исполнять роль контроллера клавиатуры и дисплея, ну и служить сопряжением интерфейсов.

Сначала я попробовал древнейший Palm m100. Но, видимо, у него очень маленькая буферная память, и от количества данных, которые идут с роутера, ему становилось плохо. Я взял другой - промышленный КПК, с нормальным СОМ-портом и терминалкой. Подключил, вставил в док и, в результате, получил небольшой линукс-компьютер. В принципе, вместо дорогущего промышленного КПК подойдет большинство наладонников, работающих под операционкой WinCE, главное – найти подходящий терминальный софт.

Линукс компьютер:)

Итоги

Итак, я показал небольшой пример использования UART. Если ты вкуришь в этот протокол, то поверь, станешь просто повелителем различных железок. Есть он практически везде, и через него можно сопрягать, казалось бы, совершенно разные вещи. К примеру, к тому же роутеру при небольших настройках подключается мобильный телефон по юарту, – и раздает с него интернет. В общем, применений куча. Не бойся экспериментировать, самообразовываться и реализовать свои идеи.

Этот пост является отредактированной для хабра версией моей статьи в Хакере № 05/09 «Главный инструмент фрикера».

Литература:
1. Михаил Гук «Аппаратные интерфейсы ПК» - просто студенческая библия по персоналке.