UART 串口通信还能玩出什么花样？-电子发烧友网

还记得打印机、鼠标和调制解调器曾经使用粗线和笨重连接器吗？那些必须拧进电脑里的连接器？这些设备很可能使用 UART 与电脑通信。虽然 USB 几乎完全取代了那些老式的线缆和连接器，但 UART 绝非过时之物。你会发现 UART 在许多 DIY 电子项目中被用于将GPS 模块、蓝牙模块和 RFID 读卡器模块连接到你的 Raspberry Pi、Arduino 或其他微控制器。

UART 是通用异步收发器 (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 的缩写。它并非像 SPI 和 I2C 那样的通信协议，而是微控制器中的物理电路或独立 IC。UART 的主要用途是发送和接收串行数据。

UART 的优点之一是它仅使用两根线即可在设备之间传输数据。UART 的原理很容易理解，但如果您还没有阅读过本系列的第一部分“SPI 通信协议基础知识”，那么这部分或许是一个不错的入门指南。

UART 通信简介

在 UART 通信中，两个 UART 直接相互通信。发送端 UART 将来自控制设备（例如 CPU）的并行数据转换为串行数据，并以串行方式传输到接收端 UART，接收端 UART 随后将串行数据转换回并行数据，以供接收设备使用。两个 UART 之间仅需两根线即可传输数据。数据从发送端 UART 的 Tx 引脚流向接收端 UART 的 Rx 引脚：

UART 异步传输数据，这意味着没有时钟信号来同步发送端 UART 的位输出和接收端 UART 的位采样。发送端 UART 不使用时钟信号，而是在正在传输的数据包中添加起始位和停止位。这些位定义了数据包的开始和结束，以便接收端 UART 知道何时开始读取位。

当接收 UART 检测到起始位时，它会开始以特定频率（称为波特率）读取输入位。波特率是数据传输速度的度量，以比特/秒 (bps) 表示。两个 UART 必须以大致相同的波特率工作。发送和接收 UART 之间的波特率只能相差约 10%，否则会导致位时序偏差过大。

两个 UART 还必须配置为发送和接收相同的数据包结构。

UART 的工作原理

即将发送数据的 UART 从数据总线接收数据。数据总线用于将数据从其他设备（例如 CPU、内存或微控制器）发送到 UART。数据以并行形式从数据总线传输到发送端 UART。发送端 UART 从数据总线获取并行数据后，会添加起始位、奇偶校验位和停止位，从而创建数据包。接下来，数据包以串行方式逐位输出到 Tx 引脚。接收端 UART 在其 Rx 引脚逐位读取数据包。然后，接收端 UART 将数据转换回并行形式，并删除起始位、奇偶校验位和停止位。最后，接收端 UART 将数据包并行传输到接收端的数据总线：

UART 传输的数据被组织成数据包。每个数据包包含 1 个起始位、5 到 9 个数据位（取决于 UART）、一个可选的奇偶校验位以及 1 或 2 个停止位：

起始位

UART 数据传输线在不传输数据时通常保持高电平。为了开始传输数据，发送端 UART 会将传输线从高电平拉低一个时钟周期。当接收端 UART 检测到电压从高电平到低电平的转换时，它会开始以波特率的频率读取数据帧中的位。

数据框

数据帧包含实际传输的数据。如果使用奇偶校验位，数据帧的长度可以为 5 位到 8 位。如果不使用奇偶校验位，数据帧的长度可以为 9 位。大多数情况下，数据会先发送最低有效位。

奇偶校验位

奇偶校验描述数字的奇偶性。奇偶校验位是接收 UART 判断数据在传输过程中是否发生变化的一种方式。位可能会因电磁辐射、波特率不匹配或长距离数据传输而发生变化。接收 UART 读取数据帧后，会计算值为 1 的位数，并检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为 0（偶校验），则数据帧中“1”的位数总数应为偶数。如果奇偶校验位为 1（奇校验），则数据帧中“1”的位数总数应为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时，UART 便知道传输没有错误。但如果奇偶校验位为 0，且总数为奇数；或者奇偶校验位为 1，且总数为偶数，则 UART 便知道数据帧中的位已发生变化。

停止位

为了发出数据包结束的信号，发送方 UART 将数据传输线从低电压驱动至高电压，持续至少两个位持续时间。

UART 发送步骤

1、发送端 UART 从数据总线并行接收数据：