UART傳輸協(xié)議與時序
通用異步收發(fā)傳輸器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器。將數(shù)據(jù)由串行通信與并行通信間作傳輸轉(zhuǎn)換，作為并行輸入成為串行輸出的芯片UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。
1、UART通信協(xié)議
UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。
其中每一位（Bit）的意義如下：
起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”的信號，表示傳輸字符的開始。
數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后。數(shù)據(jù)位的個數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。
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。
停止位：它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?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)校正時鐘同步的機(jī)會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。
空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送。UART協(xié)議傳輸時序如圖1所示：
圖1.UART協(xié)議傳輸時序
2、UART工作原理
發(fā)送數(shù)據(jù)過程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后，拉低線路一個數(shù)據(jù)位的時間T，接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，接著發(fā)送奇偶校驗位和停止位（停止位為高電位），一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。
接收數(shù)據(jù)過程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)檢測到線路的下降沿（線路電位由高電位變?yōu)榈碗娢唬r說明線路有數(shù)據(jù)傳輸，按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完畢后，接著接收并比較奇偶校驗位是否正確，如果正確則通知后續(xù)設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)或存入緩存。
由于UART是異步傳輸，沒有傳輸同步時鐘。為了能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，UART采用16倍數(shù)據(jù)波特率的時鐘進(jìn)行采樣。每個數(shù)據(jù)有16個時鐘采樣，取中間的采樣值，以保證采樣不會滑碼或誤碼。一般UART一幀的數(shù)據(jù)位數(shù)為8，這樣即使每個數(shù)據(jù)有一個時鐘的誤差，接收端也能正確地采樣到數(shù)據(jù)。
UART的接收數(shù)據(jù)時序為：當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)的下降沿時，表明線路上有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，這時計數(shù)器CNT開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器為24=16+8時，采樣的值為第0位數(shù)據(jù)；當(dāng)計數(shù)器的值為40時，采樣的值為第1位數(shù)據(jù)，依此類推，進(jìn)行后面6個數(shù)據(jù)的采樣。如果需要進(jìn)行奇偶校驗，則當(dāng)計數(shù)器的值為152時，采樣的值即為奇偶位；當(dāng)計數(shù)器的值為168時，采樣的值為“1”表示停止位，一幀數(shù)據(jù)接收完成。
一個標(biāo)準(zhǔn)的10位異步串行通信協(xié)議（包含1個起始位、1個停止位和8個數(shù)據(jù)位）收發(fā)時序，如圖2所示
圖2.10位標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議收發(fā)時序圖
3、UART波特率發(fā)生器
波特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的指標(biāo)，表示每秒傳送數(shù)據(jù)的字符數(shù)，單位為Baud。UART的接收和發(fā)送是按照相同的波特率進(jìn)行收發(fā)的。波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘頻率不是波特率時鐘頻率，而是波特率時鐘頻率的16倍，目的是為在接收時進(jìn)行精確地采樣，以提取出異步的串行數(shù)據(jù)。根據(jù)給定的晶振時鐘和要求的波特率，可以算出波特率分頻計數(shù)值。
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