一文搞懂UART通信協議

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UART簡介

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發器）是一種雙向、串行、異步的通信總線，僅用一根數據接收線和一根數據發送線就能實現全雙工通信。

典型的串口通信使用3根線完成，分別是：發送線（TX）、接收線（RX）和地線（GND），通信時必須將雙方的TX和RX交叉連接并且GND相連才可正常通信，如下圖所示：

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UART特性

UART接口不使用時鐘信號來同步發送器和接收器設備，而是以異步方式傳輸數據。發送器根據其時鐘信號生成的位流取代了時鐘信號，接收器使用其內部時鐘信號對輸入數據進行采樣。

同步點是通過兩個設備的相同波特率（UART和大多數串行通信一樣，發送和接收設備需要將波特率（波特率是指信息傳輸到信道的速率）設置為相同的值。對于串行端口，設定的波特率將用作每秒傳輸的最大位數）來管理的。

如果波特率不同，發送和接收數據的時序可能會受影響，導致數據處理過程出現不一致。允許的波特率差異最大值為10%，超過此值，位的時序就會脫節。

下總結了關于UART必須了解的幾點：

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UART協議幀

在UART中，傳輸模式為數據包形式。數據包由起始位、數據幀、奇偶校驗位和停止位組成。

3.1、起始位

當不傳輸數據時，UART數據傳輸線通常保持高電壓電平。若要開始數據傳輸，發送UART會將傳輸線從高電平拉到低電平并保持1個時鐘周期。

當接收UART檢測到高到低電壓躍遷時，便開始以波特率對應的頻率讀取數據幀中的位。

3.2、數據位

數據幀包含所傳輸的實際數據。如果使用奇偶校驗位，數據幀長度可以是5位到8位。如果不使用奇偶校驗位，數據幀長度可以是9位。

在大多數情況下，數據以最低有效位優先方式發送。

3.3、奇偶校驗位

奇偶性描述數字是偶數還是奇數。通過奇偶校驗位，接收UART判斷傳輸期間是否有數據發生改變。電磁輻射、不一致的波特率或長距離數據傳輸都可能改變數據位。

校驗位可以配置成 1 位偶校驗或 1 位奇校驗或無校驗位。

接收UART讀取數據幀后，將統計數值為1的位，檢查總數是偶數還是奇數。如果奇偶校驗位為0（偶數奇偶校驗），則數據幀中的1或邏輯高位總計應為偶數。如果奇偶校驗位為1（奇數奇偶校驗），則數據幀中的1或邏輯高位總計應為奇數。

當奇偶校驗位與數據匹配時，UART認為傳輸未出錯。但是，如果奇偶校驗位為0，而總和為奇數，或者奇偶校驗位為1，而總和為偶數，則UART認為數據幀中的位已改變。

3.4、停止位

為了表示數據包結束，發送UART將數據傳輸線從低電壓驅動到高電壓并保持1到2位時間。

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UART通信步驟

第1步：數據從數據總線到發送器。

第2步：發送UART將起始位、奇偶校驗位和停止位添加到數據幀。

第3步：從起始位到結束位，整個數據包以串行方式從發送器送至接收器。

接收UART以預配置的波特率對數據線進行采樣。

第4步：接收器丟棄數據幀中的起始位、奇偶校驗位和停止位。

第5步：接收器將串行數據轉換回并行數據，并將其傳輸到接收端的數據總線。