嵌入式硬件通信接口協(xié)議-UART（一）協(xié)議基礎

　　一、 簡(jiǎn)介

　　UART，全稱(chēng)UniversalAsynchrONous Receiver/Transmitter，譯為通用異步收發(fā)器。

　　串口的出現是在1980年前后，數據傳輸率是115kbps～230kbps。串口出現的初期是為了實(shí)現連接計算機外設的目的，初期串口一般用來(lái)連接鼠標和外置Modem以及老式攝像頭和寫(xiě)字板等設備。串口也可以應用于兩臺計算機(或設備)之間的互聯(lián)及數據傳輸。由于串口(COM)不支持熱插拔及傳輸速率較低，目前部分新主板和大部分便攜電腦已開(kāi)始取消該接口。目前串口多用于工控和測量設備以及部分通信設備中。

　　在幾乎所有的MCU中都會(huì )有UART接口。

　　from 百度百科串行接口

　　每當口中提到“串口”，很容易讓人想到的名詞有UART、USART、COM口、TTL/CMOS、RS-232、RS-422、RS-485。其中：

　　UART，“串口”時(shí)序協(xié)議的名稱(chēng)，定義了各個(gè)信號時(shí)序協(xié)議;

　　USART，相比UART增加了同步信號，可實(shí)現ISO-7816智能卡接口;

　　COM口，在PC等操作系統上，區別于USB、SATA接口的串行接口，定義了在操作系統中的規范;

　　TTL/CMOS，嵌入式硬件系統的信號電平;

　　RS-232，在UART基礎上再定義了信號的電氣特性

　　RS-422，在RS-232基礎上定義了差分信號傳輸的電氣特性

　　RS-485，在RS-422基礎上定義了半雙工模式

　　二、 信號線(xiàn)

　　信號線(xiàn)的命名，都是基于當前終端設備而定義的。

　　UART常用的信號線(xiàn)有：

　　RxD，當前終端設備的接收管腳

　　TxD，當前終端設備的發(fā)送管腳

　　GND，當前終端設備的地

　　如上所述，信號線(xiàn)的命名基于當前終端設備而做的標記，在手工接線(xiàn)時(shí)，可以快速判斷連接的線(xiàn)序。

　　一般的，設計者在設計PCB時(shí)，對外連接做的一些預留接口，標記接口管腳時(shí)，都會(huì )添加絲印標記，這時(shí)標記的都是當前終端設備的管腳信息。

　　例如標記著(zhù)RxD的引腳，應該與外部的UART接口TxD連接。

　　三、 信號時(shí)序

　　信號線(xiàn)空閑時(shí)，處于高電平，當有數據發(fā)送時(shí)，信號線(xiàn)以1個(gè)bit時(shí)長(cháng)的低電平標志開(kāi)始通信，通信過(guò)程中，單個(gè)字節在信號線(xiàn)上的幀結構如下圖：

　　信號管腳傳輸每個(gè)數據時(shí)，在管腳上呈現的是電氣信號為高低電平的變化，對應數據每個(gè)bit的邏輯“1”和“0”。

　　組成UART幀結構時(shí)，附帶的起始位、停止位，實(shí)現了對傳輸數據流每個(gè)字節的界定，該過(guò)程實(shí)現了起始式協(xié)議。同時(shí)在停止位前可選擇地插入校驗位，實(shí)現了對數據幀正確性的校驗。

　　如下圖是常見(jiàn)的UART通信過(guò)程中使用的配置參數8-N-1對應的時(shí)序：

　　配置參數(8-N-1)：8bit數據、無(wú)校驗位、1bit停止位

　　四、 接口配置項

　　在啟用UART接口時(shí)，需要通信雙方對接口進(jìn)行相同參數的配置，才能夠正確通信。而UART可配置的參數有：

　　(一)波特率Baudrate：

　　由于UART屬于異步通信，在通信過(guò)程中沒(méi)有同步時(shí)鐘CLK來(lái)提供給接收方，接收方也就無(wú)法同步地確定每個(gè)bit的寬度，也就無(wú)法對每個(gè)bit進(jìn)行正確的采樣。因此接收方必須依靠設置與發(fā)送方相同的波特率參數，這樣接收方對信號管腳進(jìn)行采樣和解碼時(shí)，才能正確判斷每個(gè)bit的值是“1”還是“0”，這也就是異步通信的特點(diǎn)。

　　在各類(lèi)MCU的UART配置中，常用的波特率值有：

　　4800Bd、9600Bd、19200Bd、115200Bd，單位Bd。常見(jiàn)有如下代碼截圖：

　　要想理解波特率，來(lái)的維基百科中查詢(xún)一番

　　在維基百科的介紹中，可看到，波特率的值，直接以bit/s的單位取倒數后得到單位s/bit，同時(shí)在示波器端對UART發(fā)出的波形進(jìn)行抓取，可見(jiàn)每bit的寬度在誤差允許范圍內基本就是波特率的倒數值。

　　在百度百科的詞條《波特》介紹中，波特率是指：

　　調制速率，指的是有效數據信號調制載波的速率，即單位時(shí)間內載波調制狀態(tài)變化的次數。它是對符號傳輸速率的一種度量，1波特即指每秒傳輸1個(gè)符號，而通過(guò)不同的調制方式，可以在一個(gè)碼元符號上負載多個(gè)bit位信息。 單位“波特”本身就已經(jīng)是代表每秒的調制數，以“波特每秒”(Baud per second)為單位是一種常見(jiàn)的錯誤。

　　它代表的是信號的變化，而不是傳輸數據的多少。它表示每秒鐘內通信線(xiàn)路狀態(tài)改變的次數。如果數據不壓縮，波特等于每秒鐘傳輸的數據位數，如果數據進(jìn)行了壓縮。那么每秒鐘傳輸的數據位數通常大于調制速率，使得交換使用波特和比特/秒有時(shí)會(huì )產(chǎn)生錯誤。

　　但是在現代的實(shí)際使用中，多數情況下，配置了MCU的波特率后，對輸出信號進(jìn)行觀(guān)測發(fā)現，此時(shí)波特率等于比特率。也正是因為此時(shí)傳輸的符號即8bit一個(gè)Byte的數據量，從而波特率等于比特率。