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[導(dǎo)讀]UART(英文全稱:UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)是一種異步全雙工串行通信協(xié)議,由Tx和Rx兩根數(shù)據(jù)線組成,因?yàn)闆]有參考時(shí)鐘信號,所以通信的雙方必須約定串口波特率、數(shù)據(jù)位寬、奇偶校驗(yàn)位、停止位等配置參數(shù),從而按照相同的速率進(jìn)行...


UART(英文全稱:Universal Asynchronous Receiver / Transmitter)是一種異步全雙工串行通信協(xié)議,由Tx和Rx兩根數(shù)據(jù)線組成,因?yàn)闆]有參考時(shí)鐘信號,所以通信的雙方必須約定串口波特率、數(shù)據(jù)位寬奇偶校驗(yàn)位、停止位等配置參數(shù),從而按照相同的速率進(jìn)行通信。
異步通信以一個(gè)字符為傳輸單位,通信中兩個(gè)字符間的時(shí)間間隔多少是不固定的,然而在同一個(gè)字符中的兩個(gè)相鄰位間的時(shí)間間隔是固定的。當(dāng)波特率為9600bps時(shí),傳輸一個(gè)bit的時(shí)間間隔大約為104.16us;波特率為115200bps時(shí),傳輸一個(gè)bit的時(shí)間間隔大約為8us。



數(shù)據(jù)傳送速率用波特率來表示,即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒,而每一個(gè)字符為10位(1個(gè)起始位,7個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)校驗(yàn)位,1個(gè)結(jié)束位),則其傳送的波特率為10×120=1200字符/秒=1200波特。

數(shù)據(jù)通信時(shí)序圖:


其中各位的意義如下:

起始位:先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”信號,表示傳輸字符的開始;
數(shù)據(jù)位:可以是5~8位邏輯”0”或”1”;如ASCII碼(7位),擴(kuò)展BCD碼(8位);小端傳輸,即LSB先發(fā),MSB后發(fā);
校驗(yàn)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(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn));
停止位:它是一個(gè)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(用于雙方同步,停止位時(shí)間間隔越長,容錯(cuò)能力越強(qiáng));
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;
注:異步通信是按字符傳輸?shù)?,接收設(shè)備在收到起始信號之后只要在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個(gè)字符起始位的到來又使同步重新校準(zhǔn)(依靠檢測起始位來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收方的時(shí)鐘自同步的)。

(起始位和停止位)

(數(shù)據(jù)位)

(傳輸“A”)

上圖是uart協(xié)議傳輸一個(gè)”A”字符通過示波器的uart解碼而得到的波形示意圖。下面,根據(jù)此圖來介紹一下uart的一些基本參數(shù)。
波特率:此參數(shù)容易和比特率混淆,其實(shí)他們是由區(qū)別的。但是我認(rèn)為uart中的波特率就可以認(rèn)為是比特率,即每秒傳輸?shù)奈粩?shù)(bit)。一般選波特率都會(huì)有9600,19200,115200等選項(xiàng)。其實(shí)意思就是每秒傳輸這么多個(gè)比特位數(shù)(bit)。

起始位:先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”的信號,表示傳輸數(shù)據(jù)的開始。

數(shù)據(jù)位:可以選擇的值有5,6,7,8這四個(gè)值,可以傳輸這么多個(gè)值為0或者1的bit位。這個(gè)參數(shù)最好為8,因?yàn)槿绻酥禐槠渌闹禃r(shí)當(dāng)你傳輸?shù)氖茿SCII值時(shí)一般解析肯定會(huì)出問題。理由很簡單,一個(gè)ASCII字符值為8位,如果一幀的數(shù)據(jù)位為7,那么還有一位就是不確定的值,這樣就會(huì)出錯(cuò)。

校驗(yàn)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(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn)),以此來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。就比如傳輸“A”(01000001)為例。

  • 當(dāng)為奇數(shù)校驗(yàn):”A”字符的8個(gè)bit位中有兩個(gè)1,那么奇偶校驗(yàn)位為1才能滿足1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)(奇校驗(yàn))。



  • 當(dāng)為偶數(shù)校驗(yàn):”A”字符的8個(gè)bit位中有兩個(gè)1,那么奇偶校驗(yàn)位為0才能滿足1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))。



此位還可以去除,即不需要奇偶校驗(yàn)位。

停止位:它是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1bit、1.5bit、2bit的空閑電平??赡艽蠹視?huì)覺得很奇怪,怎么會(huì)有1.5位~沒錯(cuò),確實(shí)有的。所以我在生產(chǎn)此uart信號時(shí)用兩個(gè)波形點(diǎn)來表示一個(gè)bit,這個(gè)可以不必深究。

空閑位:沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)線路上的電平狀態(tài),為邏輯1。

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。比如傳輸“A”如果是MSB,那么就是01000001;如果是LSB,那么就是10000010。

uart傳輸數(shù)據(jù)的順序就是:剛開始傳輸一個(gè)起始位,接著傳輸數(shù)據(jù)位,接著傳輸校驗(yàn)位(可不需要此位),最后傳輸停止位。這樣一幀的數(shù)據(jù)就傳輸完了。接下來接著像這樣一直傳送。在這里還要說一個(gè)參數(shù)。

幀間隔:即傳送數(shù)據(jù)的幀與幀之間的間隔大小,可以以位為計(jì)量也可以用時(shí)間(知道波特率那么位數(shù)和時(shí)間可以換算)。比如傳送”A”完后,這為一幀數(shù)據(jù),再傳”B”,那么A與B之間的間隔即為幀間隔。

圖2

圖3
上兩圖和下兩圖傳送的數(shù)據(jù)和波特率都是一樣的,但是有幾個(gè)參數(shù)是故意設(shè)置反了從而形成對比。有助于更深入的理解UART。 圖4
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