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Interface UART

UART é uma interface simples de transmissão de dados em série entre dois dispositivos. Expansão: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter.

Nos projetos práticos, normalmente encontra-se "UART", "serial", "TX/RX" ou "porta UART". Para iniciantes, o ponto-chave é: UART transmite dados na linha TX, recebe na linha RX, e ambos os dispositivos precisam de um GND comum para funcionarem corretamente.

Onde UART é utilizado

UART encontra-se quase em toda a parte:

  • registos de depuração de microcontroladores;
  • programação de placas através de adaptador USB-UART;
  • comunicação anfitrião-para-MCU em alguns cenários Klipper;
  • módulos de GPS, RFID, impressão digital e sensores;
  • configuração do controlador de motor TMC;
  • comunicação entre dois microcontroladores;
  • porta de serviço na placa.

UART é conveniente porque requer poucos fios e funciona bem para troca simples de texto, comandos e diagnósticos.

TX, RX e GND

Conexão mínima:

  • TX - transmissão;
  • RX - recepção;
  • GND - terra comum.

TX de um dispositivo conecta-se a RX do outro:

TX/RX conectados cruzadamente e GND comum na conexão UART

Fonte: SparkFun Electronics, CC BY-SA 4.0

Regra:

Dispositivo A TX -> Dispositivo B RX
Dispositivo A RX <- Dispositivo B TX
Dispositivo A GND -> Dispositivo B GND

O erro mais comum é conectar TX a TX e RX a RX. Às vezes, as marcações do módulo são confusas, portanto, se não houver conexão, primeiro verifique novamente o diagrama de pinos e a documentação em vez de alterar aleatoriamente todos os fios.

UART, USB e USB-UART

UART não é USB.

Um computador normalmente não tem pinos UART nus. Por isso é necessário um adaptador USB-UART: conecta-se à USB do computador de um lado e fornece linhas TX, RX, GND e, às vezes, VCC, DTR, CTS do outro.

Exemplos:

  • computador a ler registos de uma placa através de USB-UART;
  • USB-UART a programar uma placa sem USB incorporado;
  • anfitrião conectando-se a MCU através de série;
  • adaptador ajudando na recuperação de uma placa após falha de programação.

Não confunda um conector USB numa placa com pinos UART no conector. Em algumas placas, o USB já está conectado a um chip USB-UART incorporado, enquanto noutras o USB vai diretamente para o microcontrolador.

Níveis lógicos: 3.3V, 5V, RS-232

UART descreve o método de transmissão de dados, mas não garante níveis de tensão seguros.

Na eletrônica DIY, UART TTL/CMOS é o mais comum:

  • UART 3.3V - ESP32, RP2040, STM32 e muitas placas modernas;
  • UART 5V - Arduino Uno/Nano e alguns módulos mais antigos.

Aplicar um sinal 5V a uma entrada de microcontrolador 3.3V pode danificar a placa. Para níveis incompatíveis, é necessário um conversor de nível ou outro circuito de correspondência.

Existe também RS-232, que é separado. Isto não é "apenas UART num conector DB9". RS-232 tem níveis de tensão diferentes e lógica elétrica diferente. Não pode conectar uma porta RS-232 verdadeira diretamente a um GPIO de microcontrolador. É necessário um conversor de nível, como um circuito tipo MAX232 ou um adaptador pronto.

Velocidade e formato

A velocidade UART deve ser responsável. Valores comuns:

9600
57600
115200
250000
1000000

Se a velocidade não corresponder, o terminal mostrará lixo ou silêncio.

Existe também formato de transmissão. 8N1 é frequentemente utilizado:

  • 8 - 8 bits de dados;
  • N - sem paridade;
  • 1 - um bit de paragem.

Para a maioria das tarefas simples, configurar a mesma velocidade e 8N1 padrão é suficiente, a menos que a documentação do módulo exija o contrário.

UART em impressoras 3D

Nas impressoras 3D, UART frequentemente serve três papéis diferentes.

Comunicação entre anfitrião e placa

Algumas placas podem comunicar com o anfitrião através de série/UART. Em Klipper, isto é descrito na seção [mcu] através de serial.

Configuração do controlador TMC

Alguns controladores de motor utilizam UART para configurar corrente, stealthChop/spreadCycle, diagnósticos e leitura de estado. O motor em si é normalmente controlado não por UART, mas pelos sinais STEP e DIR.

Depuração e programação

UART pode ser utilizado para registos, modo bootloader e recuperação de placa através de adaptador USB-UART.

Um UART - normalmente dois dispositivos activos

O UART clássico é uma conexão entre dois dispositivos. Não pode simplesmente conectar vários transmissores a uma linha RX.

Problemas:

  • dois dispositivos puxam simultaneamente a linha TX;
  • os dados ficam misturados;
  • um módulo recebe comandos destinados a outro;
  • possível conflito elétrico.

Às vezes, um TX pode ser ouvido por vários receptores, mas esta é uma decisão consciente e não adequada como regra universal. Para iniciantes, é mais seguro assumir: uma porta UART - um par de dispositivos.

O que verificar antes de conectar

Antes de conectar UART, verifique:

  • onde estão TX e RX;
  • é necessário um GND comum;
  • nível lógico: 3.3V ou 5V;
  • é isto UART TTL ou RS-232;
  • velocidade de transmissão;
  • formato, se especificado;
  • isto UART não está ocupado por registos USB ou programação;
  • há outro transmissor conectado a esta linha;
  • é necessário conectar potência ou apenas TX/RX/GND.

A alimentação do adaptador USB-UART é conectada apenas para que a placa seja alimentada por ele. Freqüentemente, para diagnósticos, apenas RX, GND e GND são necessários.

Erros típicos

  • conectar TX com TX, RX com RX;
  • esquecer o GND comum;
  • aplicar UART 5V a uma entrada 3.3V;
  • confundir UART TTL e RS-232;
  • selecionar a taxa de transmissão errada;
  • conectar potência de um adaptador USB-UART a uma placa já alimentada;
  • utilizar pinos UART ocupados por registos USB ou bootloader;
  • conectar vários transmissores a uma linha;
  • pensar que UART pode accionar uma carga potente diretamente.

Ponto-chave

UART é uma interface simples para troca de dados entre dois dispositivos. Precisa de TX/RX conectados cruzadamente, GND comum, velocidade correspondente e níveis lógicos compatíveis.

UART não é uma fonte de alimentação e não funciona como saída de potência. Transmite dados, não faz rodar motores ou activa aquecedores diretamente.

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