Cara Kerja Komunikasi USART dan UART

Cara Kerja Komunikasi USART dan UART

USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter)

USART Pada transimi sinkron (USART) pengirim akan mengirimkan clock / timing signal sehingga device penerima tahu kapan membaca bit data berikutnya. Transimisi asinkron (UART) mengijinkan pengirim tidak memberikan clock sinyal pada penerima, sebagai gantinya untuk memulai transmisi pengirim mengirimkan start bit pada tiap byte data yang dikirimkan dan diakhiri dengan stop bit. Komunikasi dengan menggunakan USART dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan mode sinkron dimana pengirim data mengeluarkan pulsa/clock untuk sinkronisasi data, dan yang kedua dengan mode asinkron, dimana pengirim data tidak mengeluarkan pulsa/clock, tetapi untuk proses sinkronisasi memerlukan inisialisasi, agar data yang diterima sama dengan data yang dikirimkan. Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki baud rate (laju data) yang sama. Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan dan mengeset komunikasi USART dilakukan dengan cara mengaktifkan register2 yang digunakan untuk komunikasi USART. 

Fungsi  

USART adalah transmisi data baik secara syncrhronous maupun asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti kompatibel dengan UART. Pada ATmega8535, secara umum pengaturan mode syncrhronous maupun asyncrhronous adalah sama. Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock saja. Jika pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral memiliki sumber clock sendiri, maka pada mode syncrhronous hanya ada satu sumber clock yang digunakan secara bersama-sama. Dengan demikian, secara hardware untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan 2 pin yaitu TXD dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronousharus 3 pin yaitu TXD, RXD dan XCK.

Komunikasi serial data antara master dan slave pada SPI diatur melalui 4 buah pin yang terdiri dari SCLK, MOSI, MISO, dan SS sbb:

·                     SCLK dari master ke slave yang berfungsi sebagai clock

·                      MOSI jalur data dari master dan masuk ke dalam slave

·                     MISO jalur data keluar dari slave dan masuk ke dalam master

·                     SS (slave select) merupakan pin yang berfungsi untuk mengaktifkan slave

Cara Kerja USART

USART Pada transimi sinkron (USART) pengirim akan mengirimkan clock / timing signal sehingga device penerima tahu kapan membaca bit data berikutnya. Transimisi asinkron (UART) mengijinkan pengirim tidak memberikan clock sinyal pada penerima, sebagai gantinya untuk memulai transmisi pengirim mengirimkan start bit pada tiap byte data yang dikirimkan dan diakhiri dengan stop bit. Komunikasi dengan menggunakan USART dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan mode sinkron dimana pengirim data mengeluarkan pulsa/clock untuk sinkronisasi data, dan yang kedua dengan mode asinkron, dimana pengirim data tidak mengeluarkan pulsa/clock, tetapi untuk proses sinkronisasi memerlukan inisialisasi, agar data yang diterima sama dengan data yang dikirimkan. Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki baud rate (laju data) yang sama. Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan dan mengeset komunikasi USART dilakukan dengan cara mengaktifkan register2 yang digunakan untuk komunikasi USART. 

 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

UART atau Universal Asynchronous Receiver-Transmitter adalah bagian perankat keras yang menerjemahkan antara bit – bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port seria perangkat periperal. UART sekarang ini termasuk di dalam beberapa mikrokontroller. 

Struktur UART

Sebuah clock generator, biasanya kelipatan dari bit rate untuk memungkinkan pengambilan sampel di tengah bit.

• Input dan Output pergeseran register

• kontrol mengirim / menerima

• Kontrol logika untuk membaca / menulis

• Kirim / menerima buffer (opsional)

• Paralel data bus buffer (opsional)

• Pertama-in, first-out (FIFO) memori (opsional) 

UART atau Universal Asynchornous Receiver Transmitter adalah protokol komunikasi yang umum digunakan dalam pengiriman data serial antara device satu dengan yang lainnya. Sebagai contoh komunikasi antara sesama mikrokontroler atau mikrokontroler ke PC. Dalam pengiriman data, clock antara pengirim dan penerima harus sama karena paket data dikirim tiap bit mengandalkan clock tersebut. Inilah salah satu keuntungan model asynchronous dalam pengiriman data karena dengan hanya satu kabel transmisi maka data dapat dikirimkan. Berbeda dengan model synchronous yang terdapat pada protokol SPI (Serial Peripheral Interface) dan I2C (Inter-Integrated Circut) karena protokol membutuhkan minimal dua kabel dalam transmisi data, yaitu transmisi clock dan data. Namun kelemahan model asynchronous adalah dalam hal kecepatannya dan jarak transmisi. Karena semakin cepat dan jauhnya jarak transmisi membuat paket-paket bit data menjadi terdistorsi sehingga data yang dikirim atau diterima bisa mengalami error.

Cara Kerja

Dalam mengirim dan menerima data Universal Asynchronous Receiver / Transmitter (UART) dengan bit individu dan berurutan. UART berisi sebuah register geser yang merupakan metode dasar konversi antara bentuk serial dan paralel. UART biasanya tidak secara langsung menghasilkan atau menerima sinyal eksternal digunakan antara item yang berbeda dari peralatan. Sebuah perangkat interface yang terpisah digunakan untuk mengkonversi sinyal tingkat logika dari UART dan level sinyal eksternal. Setiap karakter dikirim sebagai sedikit logika mulai rendah, sejumlah bit dikonfigurasi data (biasanya 7 atau 8, kadang-kadang 5), sebuah bit paritas opsional, dan satu atau lebih berhenti logika bit tinggi. Pada 5-8 bit berikutnya, tergantung pada kode set digunakan, mewakili karakter. Setelah data bit mungkin sedikit paritas. Satu atau dua bit berikutnya selalu dalam tanda (logika tinggi, yaitu, '1 ') negara dan disebut stop bit (s). Penerima sinyal karakter yang selesai. Sejak mulai sedikit logika rendah (0) dan berhenti logika agak tinggi (1) selalu ada demarkasi yang jelas antara karakter sebelumnya dan berikutnya.

--> Mengirimkan dan menerima data serial

Universal Asynchronous Transmitter Receiver / (UART) mengambil byte data dan mengirimkan bit individual secara berurutan. [1] Di tempat tujuan, sebuah UART kedua kembali merakit bit menjadi byte lengkap. Setiap UART berisi sebuah register geser yang merupakan metode dasar konversi antara bentuk serial dan paralel. Transmisi serial informasi digital (bit) melalui kawat tunggal atau media lainnya adalah biaya yang jauh lebih efektif daripada transmisi paralel melalui beberapa kabel.

UART biasanya tidak secara langsung menghasilkan atau menerima sinyal eksternal digunakan antara item yang berbeda dari peralatan. Perangkat antarmuka yang terpisah digunakan untuk mengkonversi sinyal tingkat logika dari UART dan dari tingkat sinyal eksternal. Sinyal eksternal mungkin berbagai bentuk. Contoh standar untuk sinyal tegangan RS-232, RS-422 dan RS-485 dari AMDAL. Secara historis, saat ini (dalam loop arus) digunakan di sirkuit telegraf. Beberapa skema sinyal tidak menggunakan kabel listrik. Contoh tersebut serat optik, IrDA (inframerah), dan (nirkabel) Bluetooth Serial Port Profile nya (SPP). Beberapa skema sinyal menggunakan modulasi dari sinyal pembawa (dengan atau tanpa kabel). Contohnya adalah modulasi sinyal audio dengan modem saluran telepon, RF modulasi dengan radio data, dan DC-LIN untuk komunikasi power line.

Komunikasi dapat "full duplex" (keduanya mengirim dan menerima pada waktu yang sama) atau "half duplex" (perangkat bergiliran transmisi dan menerima). 

--> Transmitter

Pada posisi pemancar, transmisi berlangsung dalam sebuah operasi sederhana, karena berada di bawah kontrol dari sistem transmisi. Setelah data disimpan dalam register geser, hardware UART menghasilkan mulai sedikit, menggeser jumlah yang diperlukan bit data ke dalam baris, menghasilkan dan menambahkan bit paritas (jika digunakan), dan menambahkan sedikit berhenti.

Karena transmisi karakter tunggal dapat memakan waktu yang lama relatif terhadap kecepatan CPU, UART akan mempertahankan bendera yang menunjukkan status dari host sibuk, sehingga sistem tidak menyimpan karakter baru untuk transmisi sampai sebelumnya telah selesai, dapat juga dilakukan dengan interrupt.

Karena full-duplex operasi membutuhkan karakter yang akan dikirim dan diterima pada saat yang sama, UART menggunakan dua shift register yang berbeda untuk karakter karakter ditransmisikan dan diterima.

--> Receiver

Semua hardware UART operasi dikendalikan oleh sinyal clock yang berjalan pada beberapa data rate - setiap bit data untuk 16 jam pulsa. Receiver menguji kondisi sinyal yang masuk di setiap pulsa clock. Jika bit tersebut terjadi, satu-setengah dari waktu, dianggap untuk bertemu dan merupakan sinyal awal dari sebuah karakter baru. Setelah menunggu lama, tingkat clock yang dihasilkan ke sebuah register geser. Setelah jumlah yang diperlukan bit untuk jangka waktu yang lama karakter (5 sampai 8 bit, biasanya) telah berlalu, isi dari register geser yang tersedia (dalam modus paralel) ke sistem penerima. UART akan menetapkan bendera yang menunjukkan data baru tersedia, dan juga dapat menghasilkan interupsi prosesor untuk meminta prosesor host transfer data yang diterima.

Sebuah UART biasanya berisi komponen dari sebuah clock generator, biasanya kelipatan dari bit rate untuk memungkinkan pengambilan sampel dalam periode bit.Input tengah dan register keluaran bergeser. Mengirim / menerima kontrol. Membaca / menulis kontrol logika. Mengirim / menerima buffer (opsional). Paralel data bus buffer (opsional). Pertama-in, first-out (FIFO) memori (opsional). UART mengambil byte data dan mengirimkan bit individual secara berurutan. Setiap UART berisi sebuah register geser yang merupakan metode dasar konversi antara bentuk serial dan paralel. UART biasanya tidak secara langsung menghasilkan atau menerima sinyal eksternal digunakan antara item yang berbeda dari peralatan. Setiap karakter dikirim sebagai logika dengan pengiriman awal nilai rendah, jumlah bit data dikonfigurasi (biasanya 7 atau 8, kadang-kadang 5), sebuah bit paritas opsional, dan satu atau lebih berhenti logika bit tinggi. Bit pada penerima sinyal dan kemudian dilanjutkan dengan bit 5-8 berikutnya, tergantung pada kode set digunakan, mewakili karakter. Setelah itu, satu atau dua bit berikutnya selalu dalam keadaan logika tinggi, yaitu, '1 'dan disebut stop bit (s). Penerima sinyal selesai. Pada logika rendah (0) dan stop bit logika tinggi (1), ada demarkasi yang jelas antara karakter sebelumnya dan berikutnya.

Keping 16550 merupakan kompatibelnya 8250 dan 16450, perbedaannya terletak pada pin 24 dan 29:

Kaki                       16550                                    8250/16450

24                           TXRDY                                   CSOUT

29                           RXRDY                        Tidak dihubungkan

Pada 16550 terdapat sinyalTXRDY (Transmit Ready) dan RXRDY (Receive Ready) yang dapat digunakan untuk implementasi DMA (Direct Memory Access) dengan dua mode kerja (operasional):

1.       Mode 0 - Single Transfer DMA: lebih dikenal juga dengan mode 16450,mode ini diaktifkan dengan cara menon-aktifkanFIFO (bit-0 FCR = 0) atau dengan mengaktifkan FIFO dan pemilih mode DMA (bit-3 FCR = 1). Sinyal RXRDY akan aktif (rendah) jika ada (minimal) sebuah karakter pada penyangga penerima dan akan kembali non-aktif (tinggi) jika tidak ada satupun karakter pada penyangga penerima, sedangkan sinyal TXRDY akan aktif jika penyangga pengirim kosong sama sekali dan akan kembali non-aktif (tinggi) setelah karakter 1 byte pertama diisikan ke penyangga pengirim.

2.       Mode 1 - Multi Transfer DMA: dipilih dengan syarat FCR bit-0 = 1 dan FCR bit-3 - 1. Pada mode ini, sinyal RXRDY akan aktif (rendah) jika telah tercapai tingkat picuan (trigger level} atau saat munculnya time-out 16550 dan akan kembali non-aktif jika sudah tidak ada satupun karakter yang tersimpan dalam FIFO. Sinyal TXRDY akan aktif (rendah) jika tidak ada karakterpun pada penyangga pengirim dan akan non-aktif jika penyangga pengirim FIFO sudah betul-betul penuh.

Gambar Diagram Pin UART 16550 dan 8250/16450

Semua chip UART kompatibel dengan TTL (termasuk sinyal TxD, RxD, RI, DCD, DTS, CTS, DTR dan RTS), dengan demikian diperlukan konverter tingkat RS232 (RS232 level converter) yang berfungsi untuk mengkonversi sinyal TTL menjadi logika tingkat RS232. Interupsiin itu UART juga membutuhkan clock untuk operasionalnya, biasanya dibutuhkan kristal eksternal dengan frekuensi 1,8432 MHz atau 18,432 MHz.

Fungsi PinOut UART 16550 dan 8250/16450

PIN	Nama	Keterangan
Pin 1-8	D0:D7	Bus Data
Pin 9	RCLK	Masukan Clock penerima Frekuensinya harus sama dengan baud-rate x26
Pin 10	RD	Terima data
Pin 11	TD	Kirim data
Pin 12	CS0	Chip select 0 - aktif tinggi
Pin 13	CS1	Chip select 1 -  aktif rendah
Pin 14	CS2	Chip select 2 – aktif rendah
Pin 15	BOUDOUT	Keluaran Baud – Keluaran dari Pembangkit Baud Rate Terprogram. Frekuensi = (baud rate x 16)
Pin 16	XIN	Masukan kristal eksternal –Digunakan untuk osilator pembangkit Boud Rate
Pin 17	XOUT	Keluran Kristal Eksternal
Pin 18	WR	Jalur Tulis – Aktif Rendah
Pin 19	WR	Jalur Tulis – Aktif Tinggi
Pin 20	VSS	Dihubungkan ke ground
Pin 21	RD	Jalur Baca– Aktif Tinggi
Pin 22	RD	Jalur Baca – Aktif Rendah
Pin 23	DDIS	Drive disable. Pin ini akan rendah saat CPUmembaca dari UART. Dapat dihubungkan bus data kapasitas tinggi
Pin 24	TXRDY	Transmit Ready – Siap kirim
Pin 25	ADS	Address Store. Digunakan jika sinyal tidak stabil interupsima siklus baca atau tulis
Pin 26	A2	Bit alamat 2
Pin 27	A1	Bit alamat 1
Pin 28	A0	Bit alamat 0
Pin 29	RXRDY	Receive Ready (siap terima data)
Pin 30	INTR	Intrrupt Output (keluaran interupsi)
Pin 31	OUT2	User Output 2 (keluaran pengguna2)
Pin 32	RTS	Reguest to Send (permintaan pengiriman)
Pin 33	DTR	Dat Terminal Ready (Terminal data siap)
Pin 34	OUT1	User Output 1
Pin 35	MR	Master Riset
Pin 36	CTS	Clear To Send
Pin 37	DSR	Data Set Ready
Pin 38	DCD	Data Carrier Detect
Pin 39	RI	Ring Indikator (indicator dering)
Pin 40	VDD	+ 5 Volt

Tipe-tipe UART

·                     8250 UART pertama pada seri ini. Tidak memiliki register scratch, versi 8250A merupakan versi perbaikan dari 8250 yang mampu bekerja dengan lebih cepat;

·                     8250A UART ini lebih cepat dibandingkan dengan 8250 pada sisi bus. Lebih mirip secara perangkat lunak dibanding 16450;

·                      8250B Sangat mirip dengan 8250;

·                      16450 Digunakan pada komputer AT dengan kecepatan 38,4 Kbps, masih banyak digunakan hingga sekarang;

·                     16550 Generasi pertama UART yang memiliki penyangga, dengan panjang 16-byte, namun tidak bekerja (produk gagal) sehingga digantikan dengan

·                     16550A;

a.   16550A UART yang banyak digunakan pada komunikasi kecepatan tinggi, misalnya 14,4 Kbps atau 28,8 Kbps;

b. 16650 UART baru, memiliki penyangga FIFO 32-byte, karakter Xon/Xoff terprogram dan mendukung manajemen sumber daya;

·                     16750 Diproduksi oleh Texas Instrument, memiliki FIFO 64-byte! 

Sumber :
sang-cyber.blogspot.com/2014/12/peripheral-peripheral-jaringan-pada_4.html
http://adamboga.blogspot.com/2014/04/pengertian-uart.html
http://ragiltriatmojo.blogspot.com/2014/09/perbedaan-usart-dan-uartspi-dan-sci-dac.html