ทำความเข้าใจกับ UART / TTL / RS232 / RS485 / MAX232 คืออะไร

UART คืออะไร

UART หรือชื่อเต็ม Universal Asynchronous Receiver and Transmitter เป็นหนึ่งในโปโตคอลสื่อสารข้อมูลผ่านพอร์ตอนุกรมแบบอะซิงโครนัส (asynchronous serial communication) ระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ซึ่งนิยมใช้เป็นการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ด้วยกัน การทำงานแบบอะซิงโครนัสหมายความว่าจะไม่มีสัญญาณนาฬิกา (clock signal) ส่งออกมาจากตัวส่ง(Transmitting UART) เป็นแพ็กเกต หรือจังหวะไปที่ตัวรับ(Receives UART) แทน ที่สำคัญความเร็วของการรับ และ ส่ง ต้องเท่ากันทั้งสองฝั่งด้วย ทำให้ส่งข้อมูลได้มากและรวดเร็วจึงเป็นที่นิยมอย่างกว้างขวางในโรงงานอุตสาหกรรม ตัวอย่างการส่งข้อมูลลักษณะนี้เช่น I2C, I2S หรือ SPI เป็นต้น

หลักการทำงานคือ จะมี UART 2 ตัว สื่อสารโดยตรงกัน การส่งสัญญาณ UART จะแปลงข้อมูลแบบขนานจากอุปกรณ์ควบคุมเช่น CPU ไปเป็นรูปแบบอนุกรมส่งไปเป็นแบบอนุกรมไปยัง UART ที่ได้รับ จากนั้นจะแปลงข้อมูลอนุกรมกลับไปเป็นข้อมูลแบบขนานสำหรับอุปกรณ์ที่ได้รับ ต้องใช้สายสองเส้นไคว้กันเท่านั้นในการส่งข้อมูลระหว่างสอง UART ข้อมูลไหลจากพิน Tx ของ UART ที่ส่งไปยัง Rx pin ของ UART ตัวที่รับ:

ซึ่งระดับแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่สื่อสารแบบ UART ได้แก่

  • TTL
  • RS232

TTL คืออะไร

TTL คือ ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ ลอจิก เป็นไอซีดิจิตอลในตระกูลวงจรตรรกะซึ่งส่วนใหญ่สร้างขึ้นของทรานซิสเตอร์ NPN, ไดโอด และตัวต้านทานแบบกระจาย Building Block พื้นฐานของตระกูลลอจิกนี้คือเกท NAND หลายเกตต่อรวมกัน มีสถาระการทำงานอยู่ 2 สถานะเท่านั้น คือ 1 กับ 0 หรือ High กับ Low ก็ได้

Block Diagram TTL

ในแต่ละการทำงานจะมีแรงดันเข้ามาเกี่ยวของด้วย คือ
เมื่อ มีสถานะเป็น 0 หรือ Low ที่จุดนั้นแรงดันไฟก็จะเป็น 0 โวลต์
เมื่อ มีสถานะเป็น 1 หรือ High ที่จุดนั้นแรงดันไฟก็จะมีค่าเป็น 3.3 (LVTTL) หรือ 5 โวลต์ แล้วแต่สเปคของ IC

RS232 คืออะไร

RS232 (ย่อมาจาก: Recommended Standard no. 232) เป็นมาตรฐานการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมที่นิยมใช้กันมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1960 สามารถรับข้อมูลและส่งข้อมูลด้วย อัตราความเร็วสูงสุด 19.2 kbit/s และได้ระยะทางในการรับส่งข้อมูลมากกว่า TTL เนื่องจากใช้ แรงดันไฟฟ้าต่างระดับกัน ซึ่ง RS232 จะใช้แรงดันใน ระบบสูงกว่า

Block Diagram RS232

โดย สถานะ 0 หรือ Low อยู่ในช่วงแรงดัน 3 ถึง 15 โวลต์
และ สถานะ 1 หรือ High จะอยู่ในช่วงแรงดัน -3 ถึง -15 โวลต์

ซึ่งตัวมาตรฐานนั้นระบุว่าแรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรสูงสุดคือ 25 โวลต์: ระดับสัญญาณ ± 5 V, ± 10 V, ± 12 V และ± 15 V โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่มากับวงจรตัวขับสาย ชิปไดรเวอร์ RS-232 บางตัวมีวงจร inbuilt เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการจากแหล่งจ่ายไฟ 3 หรือ 5 โวลต์ ไดรเวอร์และตัวรับ RS-232 จะต้องสามารถทนต่อระดับแรงดันไฟฟ้าได้ถึง ± 25 โวลต์อีกด้วย

รู้หรือไม่ ระยะรับ-ส่งข้อมูลด้วยมาตรฐาน RS232 สูงสุดคือ 15 เมตร

RS485 คืออะไร

RS485 (ย่อมาจาก: Recommended Standard no. 485) เป็นมาตรฐานการสื่อสารข้อมูลดิจิตอลแบบอนุกรม ที่รับ/ส่ง ข้อมูลแบบ Half Duplex นั้นคือสามารถรับและส่งข้อมูลได้ อย่างใด อย่างหนึ่ง ต่อครั้งเท่านั้น ไม่สามารถทำได้ทั้ง 2 อย่างพร้อมกัน อัตราการรับ-ส่งข้อมูลอยู่ที่ความเร็ว 100 kbit/s ลักษณะคล้ายวิทยุสื่อสารที่ต้องผลัดกันพูด ไปมา ในระบบนี้จะใช้สายไฟเพียงแค่ 2 เส้นเท่านั้น ได้แก่ ขั้ว A และ ขั้ว B

Block Diagram RS485

โดย สถานะ 0 หรือ Low ถ้า Va - Vb ได้แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 200 มิลลิโวลต์ ขึ้นไป
และ สถานะ 1 หรือ High ถ้า Va - Vb ได้แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า -200 มิลลิโวลต์

ในการต่อใช้งานอุปกรณ์เครือข่ายในระบบ RS485 เราสามารถต่อได้หลายสิบตัวพร้อมกัน โดยมีต้องมีอุปกรณ์หนึ่งที่คอยทำหน้าที่เหมือนเป็น Hub จัดคิวในเครือข่าย เรียกว่า Master ส่วนอุปกรณ์ที่เหลือเราจะเรียกว่า Slave ซึ่งแต่ละตัวจะมี Address เป็นของตัวเอง เมื่อ Master ต้องการเรียกใช้ Slave ตัวไหนก็จะส่งคำสั่งพร้อมกับระบุ Address ไปยัง Slave ทุกตัวบนเครือข่าย ถ้า Slave ตัวไหนมี Address ตรงกับที่ Master เรียก Slave ตัวนั้นๆ ถึงจะทำตามคำสั่งของ Master ต่อไปนั้นเอง

:warning: รู้หรือไม่
:bulb: ระยะรับ-ส่งข้อมูลด้วยมาตรฐาน RS485 สูงสุดมากกว่า มาตรฐาน RS232 ถึง 80 เท่าเลยทีเดียว
:bulb: ในระบบมาตรฐาน RS485 สามารถต่ออุปกรณ์ได้มากที่สุด 32 ตัว เมื่ออุปกรณ์เหล่านั้นมีความต้านทานไฟฟ้าภายในตัวเอง 12 kΩ


อ้างอิง

1 Like