UART คืออะไร?

Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) คือโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมที่ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ UART ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมต่อสำหรับการสื่อสารแบบอะซิงโครนัส ช่วยให้อุปกรณ์ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาหรือสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันสามารถสื่อสารกันได้อย่างราบรื่น UART เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไปในแอปพลิเคชันมากมาย ตั้งแต่ไมโครคอนโทรลเลอร์ ระบบฝังตัว ไปจนถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์

โดยพื้นฐานแล้ว UART อนุญาตให้ส่งข้อมูลแบบอนุกรม โดยบิตจะถูกส่งทีละบิตโดยไม่มีสัญญาณนาฬิการ่วมกันระหว่างผู้ส่งและผู้รับ ลักษณะการทำงานแบบอะซิงโครนัสนี้เป็นพื้นฐานของความยืดหยุ่น เนื่องจากอุปกรณ์ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาต่างกันยังคงสามารถสื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการสื่อสารแบบ UART ข้อมูลจะถูกส่งเป็นเฟรม โดยทั่วไปเฟรมจะประกอบด้วยบิตเริ่มต้น จำนวนบิตข้อมูลที่กำหนด (ปกติคือ 8 บิต) บิตพาริตี (ซึ่งเป็นตัวเลือกเสริม) สำหรับการตรวจสอบข้อผิดพลาด และบิตหยุด (stop bit) อย่างน้อยหนึ่งบิตเพื่อส่งสัญญาณสิ้นสุดข้อมูล บิตเริ่มต้นช่วยให้ผู้รับระบุจุดเริ่มต้นของเฟรมใหม่ได้ ในขณะที่บิตหยุดจะให้ช่วงหยุดชั่วคราวสั้นๆ ก่อนที่จะเริ่มเฟรมถัดไป

การไม่มีนาฬิการ่วมกันหมายความว่าผู้ส่งและผู้รับต้องตกลงกันเกี่ยวกับอัตราบอดเรตที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งหมายถึงจำนวนบิตที่ส่งต่อวินาที อุปกรณ์ทั้งสองต้องได้รับการกำหนดค่าให้มีอัตราบอดเรตเดียวกันเพื่อให้มั่นใจว่าการสื่อสารมีความแม่นยำ

ตัวอย่างการใช้งานจริงของการสื่อสาร UART คือการเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์เข้ากับคอมพิวเตอร์ ลองพิจารณาสถานการณ์ที่เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ และไมโครคอนโทรลเลอร์ส่งข้อมูลอุณหภูมิไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อแสดงผล

ไมโครคอนโทรลเลอร์เริ่มต้นการสื่อสารโดยการส่งเฟรมข้อมูลผ่านอินเทอร์เฟซ UART เฟรมข้อมูลนี้อาจประกอบด้วยข้อมูลอุณหภูมิ (ในรูปแบบไบนารี) บิตเริ่มต้น 8 บิตข้อมูล บิตที่ไม่มีพาริตี และบิตหยุด คอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งอินเทอร์เฟซ UART จะรับและแปลเฟรมข้อมูลขาเข้า

ในการดำเนินการนี้ ทั้งไมโครคอนโทรลเลอร์และคอมพิวเตอร์จะต้องกำหนดค่าบอดเรตเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลจะซิงโครไนซ์กันในระหว่างการส่งและรับข้อมูล อินเทอร์เฟซ UART ของคอมพิวเตอร์จะตรวจสอบข้อมูลขาเข้าอย่างต่อเนื่อง โดยรอบิตเริ่มต้นที่กำหนดจุดเริ่มต้นของแต่ละเฟรม เมื่อตรวจพบบิตเริ่มต้นแล้ว บิตถัดไปจะถูกอ่านและประกอบเข้าด้วยกันเพื่อสร้างข้อมูลที่ส่งออกใหม่

ในตัวอย่างนี้ UART ช่วยลดความซับซ้อนของการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และคอมพิวเตอร์ ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้อย่างราบรื่น วิธีการสื่อสารแบบอะซิงโครนัสนี้มีความยืดหยุ่นสูง และมักใช้ในสถานการณ์ที่อุปกรณ์จำเป็นต้องสื่อสารกันอย่างน่าเชื่อถือ โดยไม่คำนึงถึงความเร็วสัญญาณนาฬิกาหรือความแตกต่างของสถาปัตยกรรม

ตลาด UART

ปัจจุบันตลาด UART กำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง สอดคล้องกับความต้องการอุปกรณ์ IoT ที่เพิ่มขึ้น และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการสื่อสาร UART มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสื่อสารฮาร์ดแวร์ในแอปพลิเคชันต่างๆ โดยทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมโปรโตคอลการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์

รายงานการวิเคราะห์ตลาดเดือนพฤศจิกายน 2566 โดย Data Analytics Visionaries ระบุว่า UART เป็นองค์ประกอบเทคโนโลยีสำคัญในตลาดการรวบรวมข้อมูลอัตโนมัติ (ADC) ซึ่งคาดว่าจะเติบโตในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ตลาด ADC ซึ่งประกอบด้วยเทคโนโลยีการรวบรวมข้อมูลและการสื่อสารที่หลากหลาย รวมถึง UART คาดว่าจะขยายตัวเนื่องจากความต้องการระบบอัตโนมัติในการรวบรวมข้อมูลที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ

นอกจากนี้ ในเดือนพฤศจิกายน 2566 Fibocom ผู้นำระดับโลกด้านโซลูชันไร้สาย IoT และโมดูลการสื่อสาร ได้ประกาศว่าโมดูลอัจฉริยะของตนได้รับการรับรองสำหรับตลาดอเมริกาเหนือแล้ว การรับรองนี้เป็นเครื่องบ่งชี้ที่ชัดเจนถึงความแข็งแกร่งของตลาด UART โมดูลอัจฉริยะใช้การสื่อสาร UART เพื่อให้อุปกรณ์ IoT สามารถประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์ ซึ่งตอกย้ำความสำคัญของ UART ในการประมวลผลบนมือถือและแอปพลิเคชัน IoT สมัยใหม่

นอกจากนี้ รายงานอีกฉบับจาก Insighters ในเดือนพฤศจิกายน 2566 ชื่อ “การวิเคราะห์ขนาดตลาดเราเตอร์และสวิตช์ IP Core & Edge ทั่วโลก” แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของ UART ในภูมิทัศน์ฮาร์ดแวร์เครือข่าย รายงานยังชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นของกลไกการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ เช่น UART ในเราเตอร์และสวิตช์ ซึ่งเป็นแกนหลักของโครงสร้างพื้นฐานอินเทอร์เน็ตทั้งในปัจจุบันและอนาคต

การประยุกต์ใช้งานจริงของ UART ในปัจจุบันมีขอบเขตกว้างขวาง ครอบคลุมเกือบทุกอุตสาหกรรมที่ใช้การสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ ในภาคยานยนต์ UART ถูกใช้ในการวินิจฉัยยานพาหนะ ช่วยให้ช่างสามารถอ่านรหัสข้อผิดพลาดจากคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดของรถยนต์ได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคใช้ UART สำหรับงานสื่อสารง่ายๆ ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ระบบ GPS และระบบควบคุมอัตโนมัติภายในบ้าน ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม UART มีบทบาทสำคัญในการสื่อสารแบบ Machine-to-Machine (M2M) อินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ และระบบควบคุม อุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพใช้ UART ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น ระบบติดตามผู้ป่วย เพื่อส่งสัญญาณชีพไปยังสถานีติดตามส่วนกลาง

มองไปข้างหน้า คาดว่า UART จะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้น ด้วยการเติบโตอย่างก้าวกระโดดของ IoT คาดว่า UART จะถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือและใช้งานง่ายในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และหน่วยประมวลผลพลังงานต่ำจำนวนมาก ซึ่งคาดว่าจะถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ต่างๆ ในชีวิตประจำวัน

ความก้าวหน้าต่อไปของเทคโนโลยียานยนต์ไร้คนขับและโดรนจะผลักดันความต้องการ UART เนื่องจากมักต้องสื่อสารกับระบบควบคุมบนยานและภาคพื้นดินหลายระบบ นอกจากนี้ UART อาจมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นสำหรับภารกิจสำรวจอวกาศในอนาคต ซึ่งโปรโตคอลการสื่อสารที่แข็งแกร่งและเข้าใจง่ายเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จของการบินอวกาศระยะยาวและการสำรวจระหว่างดาวเคราะห์

UART ทำงานอย่างไร?

UART ช่วยให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ราบรื่นและเชื่อถือได้ โดยการส่งข้อมูลทีละบิตแบบซิงโครนัสแต่แบบอะซิงโครนัส เพื่อให้เข้าใจมากขึ้น ลองวิเคราะห์การทำงานของ UART ทีละขั้นตอน พร้อมยกตัวอย่างการใช้งานจริง

ขั้นตอนที่ 1: การเริ่มต้น

ก่อนเริ่มการสื่อสาร อุปกรณ์จะต้องได้รับการกำหนดค่าด้วยพารามิเตอร์เดียวกัน การตั้งค่าหลักๆ ประกอบด้วย:

1) อัตราการส่งข้อมูล: อัตราการส่งข้อมูลและการรับสัญญาณบิต

2) บิตข้อมูล: จำนวนบิตข้อมูลต่อเฟรม (ปกติคือ 8)

3) พาริตี้: บิตเสริมสำหรับการตรวจสอบข้อผิดพลาด (คู่ คี่ หรือไม่มีข้อผิดพลาด)

4) สต็อปบิต: บิตหนึ่งบิตหรือมากกว่าที่ระบุจุดสิ้นสุดของเฟรมข้อมูล

ขั้นตอนที่ 2: เริ่มต้นเฟรม

1) มุมมองของผู้ส่ง

กระบวนการสื่อสารเริ่มต้นด้วยการส่งบิตเริ่มต้น (ตรรกะ 0) บิตนี้ส่งสัญญาณการเริ่มต้นของเฟรมข้อมูล บิตเริ่มต้นช่วยให้ผู้รับซิงโครไนซ์สัญญาณนาฬิกากับข้อมูลขาเข้า

2) มุมมองของผู้รับ

เครื่องรับจะตรวจสอบสัญญาณขาเข้าอย่างต่อเนื่อง เมื่อตรวจพบบิตเริ่มต้น เครื่องจะซิงโครไนซ์นาฬิกาภายในให้ตรงกับนาฬิกาของเครื่องส่ง เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถรับรู้บิตได้อย่างถูกต้องในระหว่างการรับข้อมูล

ขั้นตอนที่ 3: การส่งข้อมูล

1) มุมมองของผู้ส่ง

หลังจากบิตเริ่มต้น ผู้ส่งจะส่งบิตข้อมูลจริง ตัวอย่างเช่น หากส่งอักขระ ASCII 'A' ซึ่งเป็น 01000001 ในระบบเลขฐานสอง แต่ละบิตจะถูกส่งทีละบิต

2) มุมมองของผู้รับ

ผู้รับจะอ่านจำนวนบิตข้อมูลตามที่กำหนดไว้ในการกำหนดค่า หากใช้ 8 บิตข้อมูล ผู้รับจะอ่าน 8 บิตนี้ในขณะที่ส่งข้อมูล

ขั้นตอนที่ IV: บิตพาริตี้ (ทางเลือก)

1) มุมมองของผู้ส่ง

หากกำหนดค่าไว้ ผู้ส่งสามารถใส่บิตพาริตีเพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดได้ บิตพาริตีจะถูกแทรกหลังบิตข้อมูลและก่อนบิตหยุด วิธีนี้ช่วยตรวจจับข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูลโดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าจำนวนบิต 1 ในข้อมูลเป็นเลขคู่หรือเลขคี่

2) มุมมองของผู้รับ

ผู้รับจะตรวจสอบข้อมูลที่ได้รับ รวมถึงบิตพาริตี เพื่อตรวจสอบว่าข้อมูลเป็นไปตามมาตรฐานพาริตีที่เลือก (คู่ คี่ หรือไม่มี) หากค่าใดในมาตรฐานพาริตีไม่ตรงกัน แสดงว่าอาจมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นระหว่างการส่งข้อมูล

ขั้นตอนที่ 5: สต็อปบิต

1) มุมมองของผู้ส่ง

สต็อปบิตหนึ่งบิตหรือมากกว่าจะตามหลังบิตข้อมูล และบิตพาริตี (ถ้ามี) สต็อปบิตจะส่งสัญญาณการสิ้นสุดเฟรมข้อมูลและหยุดชั่วคราวสั้นๆ ก่อนที่จะเริ่มเฟรมถัดไป

2) มุมมองของผู้รับ

ตัวรับจะจดจำสต็อปบิต ทำให้การรับเฟรมข้อมูลเสร็จสมบูรณ์ ตอนนี้ตัวรับพร้อมที่จะรับเฟรมข้อมูลใหม่จากบิตเริ่มต้นถัดไป

ขั้นตอนที่ 6: การประมวลผลข้อมูล

1) มุมมองของผู้รับ

หลังจากได้รับเฟรมข้อมูลสำเร็จแล้ว ผู้รับจะประมวลผลข้อมูลตามที่แอปพลิเคชันต้องการ ซึ่งอาจรวมถึงการแสดงผลค่าที่เซ็นเซอร์อ่านได้ การดำเนินการตามคำสั่ง หรือการดำเนินการเฉพาะอื่นๆ ตามข้อมูลที่สื่อสาร

ขั้นตอนที่ VII: ทำซ้ำ

วงจรการสื่อสารจะวนซ้ำ โดยอุปกรณ์จะส่งและรับเฟรมข้อมูลตามลำดับ ลักษณะการทำงานแบบอะซิงโครนัสของ UART ช่วยให้อุปกรณ์ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาหรือสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันสามารถสื่อสารกันได้อย่างราบรื่น

ตัวอย่างเช่น:

ลองพิจารณาสถานการณ์ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่าน UART ไมโครคอนโทรลเลอร์อ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ทั้งสองมีการกำหนดค่าบอดเรต 9600 บอด 8 บิตข้อมูล ไม่มีพาริตี และ 1 บิตหยุด

ไมโครคอนโทรลเลอร์:

1) ส่งบิตเริ่มต้น (0)

2) ส่งข้อมูล 8 บิตที่แสดงค่าอุณหภูมิ

3) รวมบิตพาริตี้เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดตามทางเลือก

4) ส่งสต็อปบิต (1)

คอมพิวเตอร์:

1) ตรวจสอบสัญญาณขาเข้า

2) ตรวจจับบิตเริ่มต้นและซิงโครไนซ์นาฬิกา

3) อ่านบิตข้อมูลและหากกำหนดค่าไว้ ให้ตรวจสอบบิตพาริตี้

4) กำหนดสต็อปบิตและประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่า UART ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือ แม้ว่าอุปกรณ์จะทำงานด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ต่างกันหรือมีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันก็ตาม ความเรียบง่ายและความยืดหยุ่นของ UART ส่งผลให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์มากมาย

แบบจำลอง UART

UART แต่ละรุ่นตอบสนองความต้องการใช้งานที่หลากหลาย มีคุณสมบัติและความสามารถที่แตกต่างกัน การเลือก UART ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานเฉพาะด้าน ไม่ว่าจะเป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งข้อมูล เปิดใช้งานการสื่อสารไร้สาย หรือลดการใช้พลังงาน

การทำความเข้าใจคุณลักษณะเฉพาะของโมเดล UART ที่แตกต่างกันช่วยให้วิศวกรและนักพัฒนาสามารถเลือก UART ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะของตนได้ ช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เหมาะสมที่สุดในการสื่อสารแบบอนุกรม

มาสำรวจโมเดล UART และตัวอย่างการใช้งานจริงกัน

1.16550 ยูเออาร์ที

UART 16550 เป็นหนึ่งใน UART รุ่นแรกๆ ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย UART นี้ได้นำระบบบัฟเฟอร์แบบ FIFO (First In, First Out) มาใช้ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนข้อมูลด้วยการเก็บข้อมูลหลายไบต์ก่อนที่จะส่งหรือรับข้อมูล

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ลองนึกภาพสถานการณ์ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เพื่อบันทึกข้อมูล UART 16550 พร้อมบัฟเฟอร์ FIFO สามารถจัดการกระแสข้อมูลเซ็นเซอร์อย่างต่อเนื่องได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดความเสี่ยงของการสูญเสียข้อมูลระหว่างการสื่อสารความเร็วสูง

2. UART พร้อม DMA (การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง)

UART บางรุ่นรองรับ DMA โดย DMA ช่วยให้สามารถถ่ายโอนข้อมูลระหว่างหน่วยความจำและ UART ได้โดยตรงโดยไม่ต้องให้ CPU เข้ามาแทรกแซง ซึ่งช่วยให้ CPU ไม่ต้องจัดการการถ่ายโอนข้อมูล ทำให้การทำงานแบบมัลติทาสก์มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ลองพิจารณาสถานการณ์ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์จำเป็นต้องถ่ายโอนข้อมูลจำนวนมากไปยังอุปกรณ์อื่น อินเทอร์เฟซ UART ที่รองรับ DMA สามารถลดความซับซ้อนของกระบวนการนี้ โดยช่วยให้ CPU สามารถทำงานอื่นๆ ได้ในขณะที่ข้อมูลกำลังถ่ายโอนอยู่เบื้องหลัง

3. โมดูลบลูทูธ UART

โมดูล UART ที่รวมอยู่ในอุปกรณ์บลูทูธช่วยให้สามารถสื่อสารแบบอนุกรมแบบไร้สายได้ โมดูลเหล่านี้มักมาพร้อมกับการใช้งานสแต็กบลูทูธ ซึ่งช่วยให้สามารถสื่อสารไร้สายระหว่างอุปกรณ์ได้อย่างราบรื่น

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ในอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) โมดูลบลูทูธ UART สามารถนำไปใช้ในแอปพลิเคชันบ้านอัจฉริยะได้ ตัวอย่างเช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รองรับบลูทูธสามารถสื่อสารแบบไร้สายกับสมาร์ทโฟน ช่วยให้ผู้ใช้สามารถควบคุมเครื่องใช้ในบ้านหรือรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ได้

4. สะพาน USB ถึง UART

บริดจ์ USB-to-UART จะแปลงสัญญาณ USB เป็นสัญญาณ UART ทำให้อุปกรณ์ที่มีอินเทอร์เฟซ USB สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ที่ใช้ UART ได้ บริดจ์เหล่านี้มักใช้ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อ USB

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ลองพิจารณาสถานการณ์ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์จำเป็นต้องสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB บริดจ์ USB to UART สามารถใช้เพื่อเริ่มต้นการสื่อสาร ช่วยให้การถ่ายโอนข้อมูลระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และคอมพิวเตอร์ผ่านการเชื่อมต่อ USB สะดวกยิ่งขึ้น

5. UART หลายช่องสัญญาณ

UART บางรุ่นมีช่องสัญญาณการสื่อสารหลายช่อง ช่วยให้สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์หลายเครื่องพร้อมกันได้ แต่ละช่องสัญญาณทำงานแยกกัน ทำให้ UART หลายช่องสัญญาณเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องสื่อสารกับอุปกรณ์ต่อพ่วงหลายตัว

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ไมโครคอนโทรลเลอร์อาจจำเป็นต้องสื่อสารกับเซ็นเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และจอแสดงผลหลากหลายชนิด อินเทอร์เฟซ UART แบบหลายช่องสัญญาณสามารถจัดการกับความต้องการการสื่อสารที่หลากหลายเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

6. UART พลังงานต่ำ

โมเดล UART พลังงานต่ำได้รับการออกแบบมาให้ทำงานด้วยการใช้พลังงานน้อยที่สุด เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่หรือแอปพลิเคชันประหยัดพลังงาน

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ลองพิจารณาอุปกรณ์ติดตามการออกกำลังกายแบบสวมใส่ที่สามารถสื่อสารกับสมาร์ทโฟนได้ โปรโตคอล UART ที่ใช้พลังงานต่ำจะช่วยให้สามารถสื่อสารได้ ขณะเดียวกันก็ลดการใช้พลังงานลง และช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของอุปกรณ์แบบสวมใส่

7. UART ที่สามารถตั้งโปรแกรมได้

UART แบบตั้งโปรแกรมได้ให้ความยืดหยุ่นโดยให้ผู้ใช้สามารถกำหนดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อัตราบอดเรตและรูปแบบข้อมูล ความสามารถในการปรับเปลี่ยนนี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

ตัวอย่างชีวิตจริง:

ในสภาพแวดล้อมการวิจัยที่มีการใช้อุปกรณ์ต่างๆ มากมายที่มีข้อกำหนดการสื่อสารที่แตกต่างกัน เราสามารถกำหนดค่า UART ที่ตั้งโปรแกรมได้ทันทีเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของแต่ละอุปกรณ์

การประยุกต์ใช้งานของ UART

UART ถูกนำไปใช้งานในหลากหลายรูปแบบการใช้งาน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวและความน่าเชื่อถือ ไม่ว่าจะเป็นการเปิดใช้งานการสื่อสารไร้สายในอุปกรณ์ IoT การเชื่อมต่อโมดูล GPS เพื่อการติดตามตำแหน่งที่แม่นยำ หรือทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ UART มีบทบาทสำคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

มาดูการประยุกต์ใช้งาน UART ที่เป็นเอกลักษณ์ในหลากหลายสาขาอย่างเจาะลึกยิ่งขึ้น:

1. การสื่อสารด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์

สถานการณ์: ไมโครคอนโทรลเลอร์มักเชื่อมต่อกับส่วนประกอบอื่น เช่น เซ็นเซอร์ ตัวกระตุ้น และจอแสดงผลในระบบฝังตัว

การใช้งาน: UART ช่วยให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์ต่อพ่วงเหล่านี้ ช่วยให้บูรณาการและควบคุมได้อย่างราบรื่นในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น หุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม และอุปกรณ์อัจฉริยะ

2. โมดูลการสื่อสารไร้สาย

สถานการณ์: โมดูลการสื่อสารไร้สายหลายตัว เช่น Zigbee หรือ LoRa ใช้ UART สำหรับการสื่อสาร

การใช้งาน: UART ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และโมดูลไร้สาย ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อแบบไร้สายได้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น อุปกรณ์ IoT เซ็นเซอร์ระยะไกล และระบบบ้านอัจฉริยะ

3. โมดูล GPS

สถานการณ์: โมดูล GPS ให้ข้อมูลตำแหน่งในแอปพลิเคชันการระบุตำแหน่งและการติดตาม

การใช้งาน: UART รองรับการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และโมดูล GPS ทำให้อุปกรณ์สามารถรับข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญในการใช้งานต่างๆ เช่น การติดตามยานพาหนะ การตรวจสอบทรัพย์สิน และบริการที่อิงตามตำแหน่งทางภูมิศาสตร์

4. การสื่อสารบลูทูธ

สถานการณ์: โมดูล Bluetooth รวมถึง Bluetooth พลังงานต่ำ (BLE) มักจะสื่อสารกับ UART

การใช้งาน: UART ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และโมดูลบลูทูธได้ ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อแบบไร้สายสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น อุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์ดูแลสุขภาพ และระบบบ้านอัจฉริยะ

5. การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

สถานการณ์: ไมโครคอนโทรลเลอร์มักได้รับการเขียนโปรแกรมหรือแก้ไขข้อบกพร่องโดยใช้ UART ในระหว่างการพัฒนา

การใช้งาน: UART ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมที่ช่วยให้นักพัฒนาสามารถอัปโหลดเฟิร์มแวร์หรือโค้ดดีบักไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในระหว่างการตั้งค่าและการบำรุงรักษาระบบอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น

6. ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

สถานการณ์: เซ็นเซอร์และอุปกรณ์ควบคุมหลายตัวสื่อสารกับตัวควบคุมส่วนกลางในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม

การใช้งาน: UART ช่วยอำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างตัวควบคุมส่วนกลางและส่วนประกอบอุตสาหกรรมต่างๆ ทำให้สามารถตรวจสอบ ควบคุม และรวบรวมข้อมูลได้แบบเรียลไทม์ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ระบบอัตโนมัติด้านการผลิตและการควบคุมกระบวนการ

7. การวัดแบบอัจฉริยะ

สถานการณ์: ใช้มิเตอร์อัจฉริยะเพื่อตรวจสอบและรายงานการใช้สาธารณูปโภค

การประยุกต์ใช้: UART ใช้ในมิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะเพื่อสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ช่วยให้การรวบรวมและส่งข้อมูลการใช้ไฟฟ้าสะดวกยิ่งขึ้น ช่วยให้บริหารจัดการสาธารณูปโภคและเรียกเก็บเงินได้อย่างมีประสิทธิภาพ

8. อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI)

สถานการณ์: HMI เป็นอินเทอร์เฟซที่ให้ผู้ใช้โต้ตอบกับเครื่องจักรหรือระบบได้

การใช้งาน: UART เชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์กับอุปกรณ์แสดงผลหรือหน้าจอสัมผัส ช่วยให้สามารถสร้างอินเทอร์เฟซผู้ใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น แผงควบคุมอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

9. อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

สถานการณ์: ยานพาหนะสมัยใหม่มีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ต้องสามารถสื่อสารกันได้

การใช้งาน: UART ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์เพื่อสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ เซ็นเซอร์ และระบบอินโฟเทนเมนต์ รองรับฟังก์ชันต่างๆ เช่น การควบคุมเครื่องยนต์ อินโฟเทนเมนต์ และระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS)

10. การสื่อสารแบบอนุกรมระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วง

สถานการณ์: คอมพิวเตอร์สื่อสารกับอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น เครื่องพิมพ์ สแกนเนอร์ และอุปกรณ์ภายนอกอื่นๆ

การใช้งาน: UART ใช้ในพอร์ตซีเรียลเพื่อเปิดใช้งานการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วง อำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนข้อมูลและการควบคุมอุปกรณ์ในระบบคอมพิวเตอร์ต่างๆ

ข้อดีและข้อเสียของ UART

UART ซึ่งเป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีข้อดีและข้อจำกัดในตัวของมันเอง การทำความเข้าใจข้อดีและข้อเสียของ UART เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรและนักพัฒนาในการเลือกโปรโตคอลการสื่อสารสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน

ข้อดีของ UART:

• เรียบง่ายและยืดหยุ่น: UART ใช้งานง่ายและยืดหยุ่น ทำให้นำไปใช้งานได้หลากหลายระบบ โครงสร้างเฟรมที่เรียบง่ายและการทำงานแบบอะซิงโครนัสช่วยให้การผสานรวมเข้ากับแอปพลิเคชันต่างๆ ง่ายขึ้น
• การนำไปใช้อย่างแพร่หลาย: UART เป็นมาตรฐานสำหรับการสื่อสารแบบอนุกรมมานานหลายทศวรรษ ส่งผลให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ โมดูลการสื่อสาร และระบบฝังตัวอื่นๆ ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย ความแพร่หลายนี้ช่วยรับประกันความเข้ากันได้และการทำงานร่วมกัน
• การสื่อสารแบบอะซิงโครนัส: ลักษณะการสื่อสารแบบอะซิงโครนัสของ UART ช่วยให้อุปกรณ์ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาหรือสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันสามารถสื่อสารกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความยืดหยุ่นนี้มีความสำคัญในสถานการณ์ที่อุปกรณ์อาจทำงานด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน
• ไม่จำเป็นต้องกำหนดค่ามาสเตอร์-สเลฟ: UART ไม่จำเป็นต้องกำหนดค่ามาสเตอร์-สเลฟ ซึ่งแตกต่างจากโปรโตคอลการสื่อสารอื่นๆ อุปกรณ์สามารถสื่อสารแบบเพียร์ทูเพียร์ ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในโครงสร้างเครือข่าย
• มีประสิทธิภาพสำหรับระยะทางสั้น: UART มีประสิทธิภาพสำหรับการสื่อสารระยะสั้นภายในอุปกรณ์เดียวหรือระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้กัน จึงเหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น การสื่อสารแบบออนบอร์ดในระบบอิเล็กทรอนิกส์
• ต้นทุนต่ำ: UART มีต้นทุนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโปรโตคอลการสื่อสารที่ซับซ้อนกว่า จึงเหมาะกับสถานการณ์ที่แบนด์วิดท์ไม่ใช่ปัจจัยสำคัญ
• การสื่อสารแบบเรียลไทม์: UART รองรับการสื่อสารแบบเรียลไทม์ เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการส่งข้อมูลที่แม่นยำและตรงเวลา เช่น ระบบควบคุมอุตสาหกรรมและเครือข่ายเซ็นเซอร์
• ความยืดหยุ่นในการเลือกความเร็วในการส่งข้อมูล: ผู้ใช้สามารถเลือกความเร็วในการส่งข้อมูลได้ตามความต้องการของแอปพลิเคชัน ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้สามารถปรับความเร็วในการส่งข้อมูลให้เหมาะสมที่สุดตามลักษณะของข้อมูลที่ส่ง
• การตรวจจับข้อผิดพลาดแบบง่าย: แม้ว่าจะไม่แข็งแกร่งเท่ากับกลไกการตรวจสอบข้อผิดพลาดในโปรโตคอลอื่น แต่ UART สามารถรวมการตรวจจับข้อผิดพลาดพื้นฐานโดยใช้บิตพาริตี้ได้ ซึ่งช่วยให้มีการตรวจสอบความสมบูรณ์ของข้อมูลในระดับหนึ่ง

ข้อเสียของ UART:

• ความยาวสายเคเบิลจำกัด: UART มักมีความยาวสายเคเบิลจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวน สายเคเบิลที่ยาวกว่าอาจทำให้สัญญาณลดลง ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสาร ข้อจำกัดนี้อาจต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น ตัวทวนสัญญาณในบางระบบ
• การขาดการควบคุมการไหลโดยธรรมชาติ: UART ขาดกลไกการควบคุมการไหลโดยธรรมชาติ ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาข้อมูลล้นหากอุปกรณ์รับไม่สามารถประมวลผลข้อมูลขาเข้าได้เร็วเท่ากับอัตราการส่งข้อมูล แม้ว่าการควบคุมการไหลจะสามารถทำได้ทั้งบนฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ แต่ยังไม่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง
• การสื่อสารแบบจุดเดียว: โดยทั่วไป UART รองรับการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องในเวลาเดียวกัน แม้ว่าช่องสัญญาณ UART หลายช่องสามารถใช้สื่อสารกับอุปกรณ์ต่างชนิดกันได้ แต่อาจไม่มีประสิทธิภาพเท่ากับโปรโตคอลที่ออกแบบมาสำหรับการสื่อสารแบบหลายจุด
• โครงสร้างเฟรมข้อมูลที่มีจำกัด: โครงสร้างเฟรมข้อมูลใน UART ค่อนข้างเรียบง่าย ซึ่งอาจเป็นข้อจำกัดในแอปพลิเคชันที่ต้องการโครงสร้างเฟรมที่ซับซ้อนมากขึ้นสำหรับการตรวจสอบข้อผิดพลาดหรือข้อมูลเพิ่มเติม
• ความท้าทายในการซิงโครไนซ์: การซิงโครไนซ์ระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับอาจเป็นเรื่องยากในสภาพแวดล้อมที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาต่างกัน หรือเมื่ออุปกรณ์มีการประสานงานกันไม่ดี ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาเรื่องเวลาและการตีความข้อมูลผิดพลาด
• ไม่เหมาะสำหรับการสื่อสารความเร็วสูง: แม้ว่า UART จะเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันมากมาย แต่ก็อาจไม่เหมาะสำหรับการสื่อสารความเร็วสูงเมื่อเทียบกับโปรโตคอลอื่นๆ เช่น SPI หรือ USB
• ไม่มีกลไกการกำหนดที่อยู่ในตัว: UART ขาดกลไกการกำหนดที่อยู่ในตัว ทำให้ไม่เหมาะกับสถานการณ์ที่อุปกรณ์หลายเครื่องจำเป็นต้องแชร์บัสการสื่อสารโดยไม่เกิดการรบกวน
• การใช้พลังงาน: เมื่อเปรียบเทียบกับโปรโตคอลการสื่อสารพลังงานต่ำบางตัว UART อาจใช้พลังงานมากกว่า ซึ่งอาจมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่

ซื้อกลับบ้าน

UART ยังคงเป็นเสาหลักของการสื่อสารแบบอนุกรมมาจนถึงทุกวันนี้ ด้วยคุณสมบัติที่เรียบง่าย ความยืดหยุ่น และการรองรับที่แพร่หลายในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม เมื่อมองไปข้างหน้า เส้นทางความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีต่างๆ รวมถึงความก้าวหน้าด้าน AI, ML, IoT และอื่นๆ จะเปิดโอกาสให้ UART มีโอกาสอันน่าตื่นเต้นมากมาย

แม้ว่าเทคโนโลยีเกิดใหม่อาจนำเสนอโปรโตคอลการสื่อสารทางเลือกในบางพื้นที่ แต่ความแพร่หลายและความน่าเชื่อถือของ UART ทำให้ UART เป็นองค์ประกอบพื้นฐานในภูมิทัศน์ของระบบอัจฉริยะและการเชื่อมต่อที่กำลังพัฒนา ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่องแม้ต้องเผชิญกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ความสามารถในการปรับตัวและลักษณะที่ผ่านการพิสูจน์แล้วของ UART ยังคงมีบทบาทสำคัญต่อไป เนื่องจากแอปพลิเคชันมีความหลากหลายมากขึ้นเรื่อยๆ และต้องการการสื่อสารแบบเรียลไทม์ที่มีประสิทธิภาพในภูมิทัศน์การประมวลผลที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา