UART传输协议与时序

　　通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通常称作UART，是一种异步收发传输器。将数据由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。

　　1、UART通信协议

　　UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

　　其中每一位（Bit）的意义如下：

　　起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。

　　数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。

　　奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验数据传送的正确性。

　　停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

　　空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。UART协议传输时序如图1所示：

　　

　　图1.UART协议传输时序

　　2、UART工作原理

　　发送数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间T，接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电位），一帧数据发送结束。

　　接收数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位）时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕后，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。

　　由于UART是异步传输，没有传输同步时钟。为了能保证数据传输的正确性，UART采用16倍数据波特率的时钟进行采样。每个数据有16个时钟采样，取中间的采样值，以保证采样不会滑码或误码。一般UART一帧的数据位数为8，这样即使每个数据有一个时钟的误差，接收端也能正确地采样到数据。

　　UART的接收数据时序为：当检测到数据的下降沿时，表明线路上有数据进行传输，这时计数器CNT开始计数，当计数器为24=16+8时，采样的值为第0位数据；当计数器的值为40时，采样的值为第1位数据，依此类推，进行后面6个数据的采样。如果需要进行奇偶校验，则当计数器的值为152时，采样的值即为奇偶位；当计数器的值为168时，采样的值为“1”表示停止位，一帧数据接收完成。

　　一个标准的10位异步串行通信协议（包含1个起始位、1个停止位和8个数据位）收发时序，如图2所示

　　

　　图2.10位标准串行通信协议收发时序图

　　3、UART波特率发生器

　　波特率是衡量数据传输速率的指标，表示每秒传送数据的字符数，单位为Baud。UART的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率，而是波特率时钟频率的16倍，目的是为在接收时进行精确地采样，以提取出异步的串行数据。根据给定的晶振时钟和要求的波特率，可以算出波特率分频计数值。