UART

Un UART est un circuit intégré qui convertit des données parallèles (plusieurs bits arrivant simultanément sur des fils séparés) en données série (bits arrivant un par un sur un seul fil), et vice versa. Cette conversion est essentielle chaque fois qu'un système de contrôle, un capteur ou un instrument doit communiquer avec un autre appareil via un câblage limité. Dans les centrales électriques, les sous-stations et les sites de surveillance à distance, les UART gèrent la traduction entre la logique numérique à l'intérieur des microcontrôleurs et les protocoles série qui transitent par les câbles RS-232, RS-485 ou RS-422.

L'appareil fonctionne en chargeant un octet de données dans un registre à décalage, puis en le cadençant bit par bit à chaque impulsion d'horloge sur une seule ligne de sortie. L'UART récepteur fait l'inverse: il échantillonne la ligne entrante à intervalles réguliers, reconstitue l'octet original et le présente au microprocesseur connecté. L'émetteur et le récepteur doivent s'accorder sur le débit en bauds (bits par seconde), le nombre de bits de données, le schéma de parité et les bits d'arrêt, sinon les résultats seront erronés. Les débits industriels courants sont de 9600 et 19200 bauds; certains systèmes modernes fonctionnent plus rapidement.

Où il se situe dans les systèmes industriels

Les UART apparaissent partout où un instrument a besoin d'une connexion simple et peu coûteuse à un réseau ou un contrôleur plus grand. Les instruments de terrain comme les transmetteurs de pression, les capteurs de température et les compteurs d'énergie ont souvent un UART en périphérie de leur électronique pour envoyer des lectures à un enregistreur de données ou à un PLC. Les unités terminales distantes (RTU) dans les sous-stations s'appuient sur les UART pour multiplexer les données de plusieurs capteurs sur une seule ligne de communication. Même les systèmes modernes basés sur Ethernet incluent souvent une interface UART RS-232 ou RS-485 héritée pour le dépannage ou la configuration initiale.

Les modes de défaillance courants incluent le bruit sur les longues longueurs de câble, qui corrompt les bits individuels; l'inadéquation du débit en bauds, qui produit des caractères illisibles; et les différences de potentiel de masse entre les appareils, qui provoquent des erreurs de bits sur le RS-232 (une norme asymétrique). Le RS-485 et le RS-422 utilisent la signalisation différentielle pour mieux rejeter le bruit en mode commun et tolérer des longueurs de câble plus importantes. Lorsque les diagnostics montrent une perte de données sporadique ou des demandes de retransmission répétées, une défaillance matérielle de l'UART ou un problème d'intégrité du signal est souvent le coupable.

Le nom reflète le rôle historique de l'appareil: il gère la communication asynchrone (pas d'horloge partagée entre l'émetteur et le récepteur, seulement des bits de début et de fin pour encadrer chaque octet) plutôt que les protocoles synchrones qui dominaient la télégraphie et les réseaux commutés à leurs débuts. Aujourd'hui, les UART sont omniprésents dans les systèmes embarqués car ils sont bon marché, simples et nécessitent un câblage minimal; ils restent l'interface série standard sur de nombreux instruments industriels malgré l'essor des protocoles en réseau.