UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

La UART es un circuito que envía datos paralelos en forma serial (realiza una transformación paralelo-serie). Es utilizada en conjunto con un estándar que especifica las características eléctricas, mecánicas, funcionales y de procedimiento de dos equipos de comunicación (RS-232). Se denomina “Universal” debido a que el formato de los datos y la velocidad de transmisión son configurables y que los niveles de señalización eléctricos y métodos son manejados por un circuito externo a la UART. Las velocidades de transmisión más comunes son 2400, 4800, 9600, 15500, y bps Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Introducción

Especifica niveles de voltaje y señal, la configuración de pines de los conectores, el control entre equipos, la forma y características físicas de los conectores. Los niveles lógicos ‘0’ y ‘1’ están definidos como los valores eléctricos +3 a +15V y -3 a -15V, respectivamente. Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Estándar RS-232 (EIA/TIA-232-E)

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Estándar RS-232 (EIA/TIA-232-E)

Incluye un transmisor y un receptor. El primero es básicamente un registro de desplazamiento con carga paralelo y salida serie, mientras que el segundo carga valores en serie para luego agruparlos en un dato. Transmisor Entrada paralelo Salida serie Receptor Entrada serie Salida paralelo Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Bloques de una UART

Bit de inicio ‘0’ Dato Bit de paridad Bit de fin ‘1’ En reposo (idle). La línea está en ‘1’ 1. Mientras no existan datos para enviar la línea se mantiene en ‘1’ Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Formato de datos

Bit de inicio ‘0’ Dato Bit de paridad Bit de fin ‘1’ En reposo (idle). La línea está en ‘1’ 2. Cuando se tiene un dato para transmitir el transmisor inicia el proceso enviando un bit ‘0’ Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Formato de datos

Bit de inicio ‘0’ Dato Bit de paridad Bit de fin ‘1’ En reposo (idle). La línea está en ‘1’ 3. Seguidamente se envía el dato bit a bit, comenzando por el menos significativo Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Formato de datos

Bit de inicio ‘0’ Dato Bit de paridad Bit de fin ‘1’ En reposo (idle). La línea está en ‘1’ 4. En caso de que se haya especificado, después del último bit del dato transmitido (el más significativo) se agrega un bit de paridad Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Formato de datos

Bit de inicio ‘0’ Dato Bit de paridad Bit de fin ‘1’ En reposo (idle). La línea está en ‘1’ 5. Para finalizar se cierra la trama con uno o dos bits de fin poniendo la línea en ‘1’. Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Formato de datos

Receptor: circuito para la obtención del dato por medio del sobremuestreo Generador de baud rate: circuito generador de los ticks de muestreo Circuito de interfaz: circuito encargado de proveer un buffer y estado entre el receptor UART y el sistema que utiliza la UART Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Esquema

Ya que no existe información de clock en la señal transmitida el receptor puede obtener los bits del dato sólo basándose en los parámetros predeterminados. Se utiliza un esquema de sobremuestreo para estimar el punto medio de los bits transmitidos. Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Esquema

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Interfaz Provee un mecanismo para indicar la disponibilidad de un nuevo dato y para evitar que ese dato sea leído múltiples veces. Provee almacenamiento entre el sistema principal y la uart (receptor). No todos los esquemas cumplen esto.

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Esquema 1 de interfaz

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Esquema 2 de interfaz

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Esquema 3 de interfaz

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART rd wr rd wr Subsistema de recepción: FIFO

La tasa de muestreo habitual utilizada es de 16 veces el baud rate. El esquema de sobremuestreo funciona de la siguiente manera (asumir datos de N bits y M bits de finalización): 1.Esperar hasta que la señal de entrada se ponga a ‘0’ (bit de inicio) e iniciar el contador de ticks de muestreo. 2.Cuando la cuenta llegue a 7 la señal de entrada alcanza el punto medio del bit de inicio. Resetear y reiniciar el contador. 3.Cuando la cuenta llegue a 15 la señal de entrada habrá progresado un bit y alcanzado la mitad del primer bit del dato. Tomar el valor, introducirlo en el registro y reiniciar el contador. 4.Repetir el paso 3 N-1 veces mas para tomar el resto de los bits 5.Si el bit de paridad se está usando repetir el paso 3 una vez, para obtener su valor. 6.Repetir el paso 3 M veces más para obtener los bits de finalización Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Sobremuestreo

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de recepción: Sobremuestreo DATAW: tamaño del dato SBT: cantidad de ticks para el bit de stop S: contador de ticks N: contador de bits de dato recibidos Fuente: FPGA prototyping by VHDL examples (Pong P. Chu)

Transmisor: circuito para la transmisión del dato Generador de baud rate: circuito generador de los ticks de muestreo Circuito de interfaz: circuito encargado de proveer un buffer y estado entre el transmisor UART y el sistema que utiliza la UART Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Subsistema de transmisión: Esquema

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART UART: Esquema general

Fuente: Spartan-3 Starter Kit Board User Guide Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Puerto serial RS-232 incluido en el kit Spartan 3

Fuente: Spartan-3 Starter Kit Board User Guide Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Puerto serial RS-232 incluido en el kit Spartan 3

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Puerto serial RS-232 incluido en el kit Spartan 3 Conversor de nivel (MAX3232)

Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART Fuente: Digilent Nexys 2 Board Reference Manual Puerto serial RS-232 incluido en el kit Nexys 2

FIN Sistemas Digitales - FIUBA 2do. Cuatrimestre de 2013 UART