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Interface UART

UART est une interface simple de transmission de données en série entre deux appareils. Expansion : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (Récepteur/Transmetteur Asynchrone Universel).

Dans les projets pratiques, vous entendez généralement « UART », « série », « TX/RX » ou « port UART ». Pour les débutants, le point clé est : UART transmet les données sur la ligne TX, reçoit sur la ligne RX, et les deux appareils ont besoin d'une masse commune GND pour fonctionner correctement.

Où UART est utilisé

UART se trouve presque partout :

  • journaux de débogage des microcontrôleurs ;
  • flashage des cartes via adaptateur USB-UART ;
  • communication hôte-MCU dans certains scénarios Klipper ;
  • modules GPS, RFID, empreinte digitale et capteur ;
  • configuration du driver de moteur pas à pas TMC ;
  • communication entre deux microcontrôleurs ;
  • port de service sur la carte.

UART est pratique car il nécessite peu de fils et fonctionne bien pour l'échange de texte, commande et diagnostic simple.

TX, RX et GND

Connexion minimale :

  • TX - transmission ;
  • RX - réception ;
  • GND - masse commune.

TX d'un appareil se connecte à RX de l'autre :

TX/RX entrecroisés et GND commun dans la connexion UART

Source : SparkFun Electronics, CC BY-SA 4.0

Règle :

Appareil A TX -> Appareil B RX
Appareil A RX <- Appareil B TX
Appareil A GND -> Appareil B GND

L'erreur la plus courante est de connecter TX à TX et RX à RX. Parfois, les marquages des modules sont confus, donc s'il n'y a pas de connexion, vérifiez d'abord le pinout et la documentation plutôt que de changer aléatoirement tous les fils.

UART, USB et USB-UART

UART n'est pas USB.

Un ordinateur n'a généralement pas de broches UART nues. C'est pourquoi un adaptateur USB-UART est nécessaire : il se connecte à l'USB de l'ordinateur d'un côté et fournit les lignes TX, RX, GND et parfois VCC, DTR, CTS de l'autre.

Exemples :

  • ordinateur lisant des journaux depuis une carte via USB-UART ;
  • flashage USB-UART d'une carte sans USB intégré ;
  • hôte se connectant à MCU via série ;
  • adaptateur aidant à récupérer une carte après un flashage échoué.

Ne confondez pas un connecteur USB sur une carte avec les broches UART sur l'en-tête. Sur certaines cartes, l'USB est déjà connecté à une puce USB-UART intégrée, tandis que sur d'autres, l'USB va directement au microcontrôleur.

Niveaux logiques : 3.3V, 5V, RS-232

UART décrit la méthode de transmission de données, mais ne garantit pas des niveaux de tension sûrs.

En électronique DIY, TTL/CMOS UART est le plus courant :

  • UART 3.3V - ESP32, RP2040, STM32 et de nombreuses cartes modernes ;
  • UART 5V - Arduino Uno/Nano et certains modules plus anciens.

Appliquer un signal 5V à une entrée de microcontrôleur 3.3V peut endommager la carte. Pour les niveaux incompatibles, un convertisseur de niveau ou un autre circuit d'adaptation est nécessaire.

Il y a aussi RS-232, qui est séparé. Ce n'est pas « juste UART sur un connecteur DB9 ». RS-232 a des niveaux de tension différents et une logique électrique différente. Vous ne pouvez pas connecter un vrai port RS-232 directement à une GPIO de microcontrôleur. Un convertisseur de niveau est nécessaire, tel qu'un circuit de type MAX232 ou un adaptateur prêt à l'emploi.

Vitesse et format

La vitesse UART doit correspondre. Valeurs courantes :

9600
57600
115200
250000
1000000

Si la vitesse ne correspond pas, le terminal affichera du charabia ou du silence.

Il y a aussi le format de transmission. 8N1 est souvent utilisé :

  • 8 - 8 bits de données ;
  • N - pas de parité ;
  • 1 - un bit d'arrêt.

Pour la plupart des tâches simples, définir la même vitesse et le 8N1 standard est suffisant, sauf si la documentation du module l'exige autrement.

UART dans les imprimantes 3D

Dans les imprimantes 3D, UART sert souvent trois rôles différents.

Communication entre l'hôte et la carte

Certaines cartes peuvent communiquer avec l'hôte via série/UART. Dans Klipper, ceci est décrit dans la section [mcu] via serial.

Configuration du driver TMC

Certains drivers de moteur pas à pas utilisent UART pour configurer le courant, stealthChop/spreadCycle, diagnostics et lecture du statut. Le moteur lui-même est généralement contrôlé non pas par UART, mais par les signaux STEP et DIR.

Débogage et flashage

UART peut être utilisé pour les journaux, le mode bootloader et la récupération de carte via un adaptateur USB-UART.

Un UART - généralement deux appareils actifs

L'UART classique est une connexion entre deux appareils. Vous ne pouvez pas aveuglément connecter plusieurs transmetteurs à une seule ligne RX.

Problèmes :

  • deux appareils tirent simultanément la ligne TX ;
  • les données se mélangent ;
  • un module reçoit les commandes destinées à un autre ;
  • possible conflit électrique.

Parfois, un TX peut être écouté par plusieurs récepteurs, mais c'est une décision consciente et ne convient pas comme règle universelle. Pour les débutants, c'est plus sûr de supposer : un port UART - une paire d'appareils.

Quoi vérifier avant de connecter

Avant de connecter UART, vérifiez :

  • où se trouvent TX et RX ;
  • une masse commune GND est-elle nécessaire ;
  • niveau logique : 3.3V ou 5V ;
  • c'est UART TTL ou RS-232 ;
  • vitesse de transmission ;
  • format, s'il est spécifié ;
  • c'est UART non occupé par les journaux USB ou le flashage ;
  • y a-t-il un autre transmetteur connecté à cette ligne ;
  • la puissance ou seulement TX/RX/GND doivent-elles être connectées.

La puissance de l'adaptateur USB-UART ne se connecte que s'il est clair que la carte doit être alimentée par elle. Souvent pour le diagnostic, seuls TX, RX et GND sont nécessaires.

Erreurs typiques

  • connecter TX avec TX, RX avec RX ;
  • oublier la masse commune GND ;
  • appliquer UART 5V à une entrée 3.3V ;
  • confondre UART TTL et RS-232 ;
  • sélectionner le mauvais débit en bauds ;
  • connecter l'alimentation d'un adaptateur USB-UART à une carte déjà alimentée ;
  • utiliser les broches UART occupées par les journaux USB ou le bootloader ;
  • connecter plusieurs transmetteurs à une ligne ;
  • penser que UART peut entraîner une charge puissante directement.

Conclusion clé

UART est une interface simple pour l'échange de données entre deux appareils. Vous avez besoin de TX/RX entrecroisés, masse commune GND, vitesse correspondante et niveaux logiques compatibles.

UART n'est pas une alimentation électrique et ne fonctionne pas comme une sortie de puissance. Il transmet des données, pas faire tourner les moteurs ou activer les radiateurs directement.

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