UART代表通用異步接收器/發(fā)射器。它不是像SPI和I2C那樣的通信協(xié)議，而是微控制器中的物理電路或獨立IC。UART的主要目的是發(fā)送和接收串行數(shù)據。
UART最好的事情之一是它只使用兩根線在設備之間傳輸數(shù)據。UART背后的原理很容易理解，但是如果您還沒有閱讀本系列的第一部分SPI通信協(xié)議的基礎知識，那可能是一個很好的起點。
在UART通信中，兩個UART直接相互通信。發(fā)送UART將來自控制設備(如CPU)的并行數(shù)據轉換為串行形式，將其串行傳輸?shù)浇邮誙ART，然后UART將串行數(shù)據轉換回接收設備的并行數(shù)據。在兩個UART之間傳輸數(shù)據只需要兩根線。數(shù)據從發(fā)送 UART 的 Tx 引腳流向接收 UART 的 Rx 引腳：
UART異步傳輸數(shù)據，這意味著沒有時鐘信號將發(fā)送UART的位輸出同步到接收UART的位采樣。發(fā)送UART不是時鐘信號，而是將開始位和停止位添加到正在傳輸?shù)臄?shù)據包中。這些位定義了數(shù)據包的開始和結束，因此接收UART知道何時開始讀取位。
當接收UART檢測到起始位時，它開始以稱為波特率的特定頻率讀取傳入位。波特率是數(shù)據傳輸速度的度量，以每秒比特數(shù)(bps)表示。兩個 UART 必須以大約相同的波特率運行。在位的時序偏離太遠之前，發(fā)送和接收 UART 之間的波特率只能相差約 10%。
還必須將兩個 UART 配置為傳輸和接收相同的數(shù)據包結構。
將要傳輸數(shù)據的UART從數(shù)據總線接收數(shù)據。數(shù)據總線用于通過另一個設備(如CPU，內存或微控制器)將數(shù)據發(fā)送到UART。數(shù)據以并行形式從數(shù)據總線傳輸?shù)絺鬏擴ART。在發(fā)送UART從數(shù)據總線獲取并行數(shù)據后，它會添加一個起始位、一個奇偶校驗位和一個停止位，從而創(chuàng)建數(shù)據包。接下來，數(shù)據包在Tx引腳上逐位串行輸出。接收UART在其Rx引腳上逐位讀取數(shù)據包。然后，接收的UART將數(shù)據轉換回并行形式，并刪除起始位、奇偶校驗位和停止位。最后，接收UART將數(shù)據包并行傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據總線：
UART傳輸?shù)臄?shù)據被組織成數(shù)據包。每個數(shù)據包包含 1 個起始位、5 到 9 個數(shù)據位(取決于 UART)、一個可選的奇偶校驗位以及 1 個或 2 個停止位：
● 起始位
UART數(shù)據傳輸線在不傳輸數(shù)據時通常保持在高電壓水平。為了開始數(shù)據傳輸，發(fā)送UART將傳輸線從高電平拉到低電平一個時鐘周期。當接收UART檢測到從高到低的電壓轉換時，它開始以波特率的頻率讀取數(shù)據幀中的位。
● 數(shù)據框
數(shù)據框包含正在傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據。如果使用奇偶校驗位，則長度可以是 5 位到 8 位。如果未使用奇偶校驗位，則數(shù)據幀的長度可以為 9 位。在大多數(shù)情況下，數(shù)據首先以最低有效位發(fā)送。
● 平價
奇偶校驗描述數(shù)字的偶數(shù)或奇數(shù)。奇偶校驗位是接收UART的一種方式，用于判斷在傳輸過程中是否有任何數(shù)據發(fā)生了變化。位可以通過電磁輻射、不匹配的波特率或長距離數(shù)據傳輸來改變。接收的UART讀取數(shù)據幀后，它會計算值為1的位數(shù)，并檢查總數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)。如果奇偶校驗位為 0(偶數(shù)奇偶校驗)，則數(shù)據幀中的 1 位應加起來為偶數(shù)。如果奇偶校驗位為 1(奇數(shù)奇偶校驗)，則數(shù)據幀中的 1 位應加起來為奇數(shù)。當奇偶校驗位與數(shù)據匹配時，UART 知道傳輸沒有錯誤。但是，如果奇偶校驗位為 0，并且總數(shù)為奇數(shù);或者奇偶校驗位是1，而總數(shù)是偶數(shù)，UART知道數(shù)據幀中的位已經改變。
● 停止位
為了發(fā)出數(shù)據包結束的信號，發(fā)送UART將數(shù)據傳輸線從低電壓驅動到高壓至少兩個位持續(xù)時間。
1. 發(fā)送UART從數(shù)據總線并行接收數(shù)據：
2. 發(fā)送 UART 將起始位、奇偶校驗位和停止位添加到數(shù)據幀中：
3. 整個數(shù)據包從發(fā)送 UART 以串行方式發(fā)送到接收 UART。接收UART以預配置的波特率對數(shù)據線進行采樣：
4. 接收 UART 從數(shù)據幀中丟棄起始位、奇偶校驗位和停止位：
5. 接收UART將串行數(shù)據轉換回并行，并將其傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據總線：
UART的優(yōu)缺點
沒有一個通信協(xié)議是完美的，但UART非常擅長它們所做的事情。以下是一些優(yōu)缺點，可幫助您確定它們是否符合項目的需求：
【優(yōu)點】
● 僅使用兩根電線
● 無需時鐘信號
● 具有奇偶校驗位以允許錯誤檢查
● 數(shù)據包的結構可以更改，只要為它設置了兩端
● 記錄充分且廣泛使用的方法
【缺點】
● 數(shù)據幀的大小限制為最大 9 位
● 不支持多個從站或多個主系統(tǒng)
● 每個UART的波特率必須在彼此的10%以內
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