После светодиодов и кнопок — наиболее основным методом связи со встроенным процессором является асинхронный последовательный интерфейс. Асинхронная последовательная связь в ее наиболее примитивной форме реализована по симметричной паре проводов, соединяющих два устройства — хост и таргет (целевое устройство), хотя эти термины являются произвольными. Всякий раз, когда у хоста есть данные для отправки целевому объекту, он делает это, отправляя закодированный поток битов по своему проводу передачи (TX); эти данные получает устройство по (RX) проводу. Точно так же, когда у устройства есть данные для отправки на хост, оно передает закодированный битовый поток через свой провод TX, и эти данные принимаются хостом через его провод RX. Этот режим связи называется «асинхронным», поскольку хост и целевой ресурс не имеют привязки по времени. Вместо этого временные свойства кодируются в битовом потоке передатчиком и должны быть декодированы приемником.
Обычно используемым устройством для кодирования и декодирования таких асинхронных битовых потоков является универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART), который преобразует предоставленные программным обеспечением байты данных в последовательность отдельных битов и, наоборот, преобразует такую последовательность битов в байты данных, чтобы отправить данные в программное обеспечение. Процессоры STM32 включают в себя (до) пять таких устройств, называемых USART (для универсального синхронного / асинхронного приемника / передатчика), поскольку они поддерживают дополнительные режимы связи помимо базовой асинхронной связи. Здесь мы рассмотрим последовательную связь между (целевым) STM32 USART и мостом USB / UART, подключенным к ПК.
UART также можно использовать для взаимодействия с различными периферийными устройствами. Например, широко распространенные модемы сотовых телефонов GSM / GPRS и модемы Bluetooth могут быть подключены к микроконтроллеру UART. Точно так же приемники GPS часто поддерживают интерфейсы UART.
Одной из основных кодировок, используемых для асинхронной последовательной связи, показан на рисунке. Каждый символ передается во фрейме, который начинается с (младшего) начального бита, за которым следуют восемь битов данных, и заканчивается (старшим) стоп-битом. Биты данных кодируются как высокие или низкие сигналы для (1) и (0) соответственно. Между фреймами состояние простоя сигнализируется путем передачи непрерывного сигнала высокого уровня. Таким образом, каждый фрейм гарантированно начинается с перехода низкого уровня и содержит по меньшей мере один переход от низкого уровня к высокому. Альтернативы этой базовой структуре кадра включают в себя различное количество битов данных (например, 9), бит четности, следующий за последним битом данных, чтобы обеспечить обнаружение ошибок, и более длительные условия остановки.
В сигнале нет прямого кодирования клоков (в отличие от протоколов сигнализации) — начальный переход обеспечивает единственную временную информацию в потоке данных. Каждый передатчик и приемник независимо поддерживают тайминги, работающие на (кратной) согласованной частоте — обычно называемой скоростью передачи данных. Эти два тактовых сигнала не синхронизированы и не гарантированно имеют одинаковую частоту, но они должны быть достаточно близки по частоте (лучше, чем 2%) для восстановления данных.
Чтобы понять, как приемник извлекает закодированные данные, предположим, что у него есть тактовая частота, кратная скорости передачи в бодах (например, 16x), начиная с состояния ожидания. Приемник «дискретизирует» свой сигнал RX, пока не обнаружит высокий Низкий переход. Затем он ожидает 1,5-битные периоды (24 такта), чтобы произвести выборку своего сигнала RX с тем, что он оценивает как центр бита данных. Затем приемник производит выборку RX с интервалами битового периода (16 тактов), пока не прочитает оставшиеся 7 бит данных и стоп-бит. С этого момента процесс повторяется. Для успешного извлечения данных из кадра требуется, чтобы в течение 10,5-битных периодов дрейф тактового сигнала приемника относительно тактового сигнала передатчика составлял менее 0,5 периодов для правильного определения стоп-бита.