USART

Ein USART ist ein integrierter Schaltkreis oder Schaltungsblock, der Paralleldaten (mehrere Bits gleichzeitig) in Seriendaten (ein Bit nach dem anderen) für die Übertragung umwandelt und empfangene Seriendaten zurück in Parallelform konvertiert. Das Gerät sitzt zwischen einem Prozessor oder Mikrocontroller und einer Kommunikationsleitung und verwaltet die Zeitsteuerung und Formatierung, die zwei Geräten ermöglichen, zuverlässig Informationen auszutauschen. In Kraftwerken, Umspannstationen und Fernüberwachungssystemen ermöglichen USARTs Instrumenten, Sensoren und Steuereinheiten, über Kabel miteinander zu kommunizieren, die mehrere Kilometer lang sein können.

Das Dual-Mode-Design ist der Ursprung des Namens. Im asynchronen Modus werden Datenrahmen gesendet, wann immer sie bereit sind; Start- und Stoppbits rahmen jedes Byte ein, sodass der Empfänger sich zwischen den Zeichen neu synchronisieren kann, auch wenn die Zeitsteuerung abweicht. Ein gemeinsamer Taktsignal ist nicht erforderlich. Im synchronen Modus teilen sich Sender und Empfänger ein Taktsignal, was kontinuierliches Streaming ohne Rahmen-Bits ermöglicht und Bandbreite spart, wenn Geräte nah beieinander sind und die Taktsynchronisation stabil ist. Ein USART kann in beiden Modi arbeiten oder zwischen ihnen wechseln, je nach Anwendung.

Energieversorger bevorzugen USARTs, weil sie über große Entfernungen auf einfachen zwei- oder vier-drahtigen Schaltungen funktionieren und elektrisches Rauschen besser tolerieren als Parallelschnittstellen. Ein USART auf einer Leiterplatte in einem Schutzrelais oder einer Datenerfassungseinheit kann über ein 10-km-Twisted-Pair-Kabel mit RS-232-, RS-485- oder RS-422-Signalen mit Raten von 300 bis 115200 Baud und höher mit einem entfernten Terminal kommunizieren. Das Gerät kümmert sich um alle Bit-Manipulationen, Paritätsprüfungen und Flusskontrolle, sodass sich der Prozessor auf Mess- oder Steuerlogik konzentrieren kann.

Häufige Probleme und Varianten

Baudrate-Nichtübereinstimmung zwischen Sender und Empfänger ist das häufigste Problem: Wenn das eine Ende auf 9600 Baud und das andere auf 19200 Baud eingestellt ist, sind empfangene Daten Müll. Parität oder Stoppbit-Nichtausrichtung verursachen ähnliche Beschädigungen. Einige Geräte integrieren mehrere USARTs auf einem einzigen Chip; Mikrocontroller haben oft zwei oder drei. Spezialisierte Varianten wie der UART (nur asynchron) entfernen den synchronen Modus, und der DUART und QUART fügen zusätzliche Kanäle hinzu. In modernen Systemen sind USARTs normalerweise in den Silizium eines Mikrocontrollers eingebettet; in älteren Industrieanlagen können Sie dedizierte USART-ICs von Herstellern wie Motorola oder Philips finden.

In der Praxis ist der USART für einen Bediener transparent: Er funktioniert, wenn er richtig verdrahtet und konfiguriert ist, und zeigt sich nur, wenn die Kommunikation fehlschlägt. Techniker müssen beim Inbetriebnahme einer neuen Verbindung oder Fehlersuche bei einem toten Kanal die Baudrate, Parität und Kabelintegrität überprüfen. Der USART selbst fällt selten aus, es sei denn, er ist durch Überspannung oder Feuchtigkeit beschädigt. Wenn er ausfällt, wird der gesamte Kommunikationspfad stumm.