概述

通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART。它將要傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/special/" target="_blank">資料在串行通信與并行通信之間加以轉(zhuǎn)換。作為把并行輸入信號轉(zhuǎn)成串行輸出信號的芯片，UART通常被集成于其他通訊接口的連結(jié)上。 具體實物表現(xiàn)為獨(dú)立的模塊化芯片，或作為集成于微處理器中的周邊設(shè)備。一般是RS-232C規(guī)格的，與類似Maxim的MAX232之類的標(biāo)準(zhǔn)信號幅度變換芯片進(jìn)行搭配，作為連接外部設(shè)備的接口。在UART上追加同步方式的序列信號變換電路的產(chǎn)品，被稱為USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)。

接口

在UART通信中，兩個UART直接相互通信。發(fā)送UART將來自CPU等控制設(shè)備的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行形式，并將其串行發(fā)送到接收UART，接收UART然后將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回接收設(shè)備的并行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)從發(fā)送UART的Tx引腳流向接收UART的Rx引腳，硬件連接比較簡單，僅需要3條線，如果兩個設(shè)備UART電平不一致需要轉(zhuǎn)換電平再連接。

TX - 數(shù)據(jù)發(fā)送接口 RX - 數(shù)據(jù)接受接口 GND - 保證兩設(shè)備共地，有統(tǒng)一的參考平面

通信協(xié)議

UART串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被組織成數(shù)據(jù)包。每個數(shù)據(jù)包包含1個起始位，5至9個數(shù)據(jù)位，可選的奇偶校驗位和1或1.5或2個停止位,協(xié)議如下： |起始位|數(shù)據(jù)位 |奇偶校驗位|停止位| |--|--|--|--| | 1bit | 5-9bit |0-1bit | 1-2bit | 空閑位 ：UART協(xié)議規(guī)定，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時信號線的狀態(tài)為‘1’即高電平，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳輸。

起始位 ：開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)送方要先發(fā)出一個低電平’0’來表示傳輸字符的開始。因為總線空閑時為高電平所以開始一次通信時先發(fā)送一個明顯區(qū)別于空閑狀態(tài)的信號即低電平。

數(shù)據(jù)位 ：起始位之后就是要傳輸需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是5，6，7，8，9位，構(gòu)成一個字符，一般都是8位。先發(fā)送最低位最后發(fā)送最高位，使用低電平表示‘0’高電平表示‘1’完成數(shù)據(jù)位的傳輸。 奇偶校驗位 ：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗)，以此來校驗數(shù)據(jù)傳送的正確性。校驗位其實是調(diào)整個數(shù)，串口校驗分幾種方式：

1. 無校驗（no parity）
2. 奇校驗（odd parity）：如果數(shù)據(jù)位中“1”的數(shù)目是偶數(shù)，則校驗位為“1”，如果“1”的數(shù)目是奇數(shù)，校驗位為“0”。
3. 偶校驗（even parity）：如果數(shù)據(jù)為中“1”的數(shù)目是偶數(shù)，則校驗位為“0”，如果為奇數(shù)，校驗位為“1”。
4. mark parity：校驗位始終為1（不常用）。
5. parity：校驗位始終為0（不常用）。

停止位 ：數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，可以是1位，1.5位，2位的高電平。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備之間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機(jī)校正時鐘的機(jī)會。停止位個數(shù)越多，數(shù)據(jù)傳輸越穩(wěn)定，但是數(shù)據(jù)傳輸速度也越慢。 傳輸方向 ：即數(shù)據(jù)是從高位(MSB)開始傳輸還是從低位(LSB)開始傳輸。

波特率

在電子通信領(lǐng)域，波特（Baud）即調(diào)制速率，指的是有效數(shù)據(jù)訊號調(diào)制載波的速率，即單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)變化的次數(shù)。 波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數(shù)，它是對符號傳輸速率的一種度量，它用單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示，1波特即指每秒傳輸1個符號。 數(shù)據(jù)傳輸速率使用波特率來表示。單位bps（bits per second），常見的波特率9600bps、115200bps等等，其他標(biāo)準(zhǔn)的波特率是1200，2400，4800，19200，38400，57600。舉個例子，如果串口波特率設(shè)置為115200bps，那么傳輸一個比特需要的時間是1/115200≈8.68us。

示例

設(shè)置115200，傳輸單個0x62的數(shù)據(jù)，使用示波器抓得的波形如下所示。 上圖是uart協(xié)議傳輸一個0x62的數(shù)據(jù)，通過示波器的uart解碼而得到的波形示意圖，由于未設(shè)置奇偶校驗位，故在上圖未顯示出來；比特流格式為LSB，故從低位開始傳輸，接收數(shù)據(jù)為0100 0110，實際的數(shù)據(jù)應(yīng)該反過來，即0110 0010(0x62)。

設(shè)置115200，傳輸0x55,0xAA,0x03等多個數(shù)據(jù)時，使用示波器抓得的波形如下所示。

上圖是uart協(xié)議傳輸0x55,0xAA,0x03等多個數(shù)據(jù)，通過示波器的uart解碼而得到的波形示意圖，由于未設(shè)置奇偶校驗位，故在上圖未顯示出來，設(shè)置的停止位為1位；比特流格式為LSB，故從低位開始傳輸，接收三個數(shù)據(jù)分別為1010 1010、0101 0101、1100 0000，實際的數(shù)據(jù)應(yīng)該反過來，即0101 0101(0x55)、1010 1010(0xAA)、0000 0011(0x03)。

審核編輯：湯梓紅