前言

2023.4.22 世界地球日

一、简介

UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器

• 广泛的应用在各类MCU和SOC产品上
• “不需要额外的时钟线进行数据的同步传输”。即只要信号拉低，即可开始传送数据（不在时钟沿发送数据）
• 一个数据的发送方和一个数据的接收方

1、优点

• 通信只需要两条数据线；一个发送，一个接收
• 无需时钟信号
• 有奇偶校验位，方便通信的差错检查
• 只需要接收端和发送端设置好数据包结构，即可稳定通信，要设置好波特率

2、缺点

• 数据帧最大支持9位数据（没有校验位的时候最大为9个数据）
• 不支持多主机或多从机的主从系统

二、数据格式

一帧数据由起始位、数据位、校验位和停止位组成，没有数据传输时为空闲位

起始位：0，接收方检测到低电平时，开始接收数据
（需要起始位的原因：由于UART没有控制线，要让接收方知道什么时候开始接收数据，就在传输时把信号线拉低）

数据位：5、6、7、8位，从数据的最低位开始传输
（数据位可变的原因：UART是一种低速总线，每多发一位都占用不少的时间（由传输波特率决定），所以可以根据传输数据的特点，采用不同位宽以节约数据传输的时间。）

校验位：可有可无，检查发送数据中1的个数，是包含校验位在内的个数。
以偶校验位来说，如果一组给定数据位中1的个数是奇数，补一个bit为1，使得总的1的个数是偶数。
以奇校验位来说，如果给定一组数据位中1的个数是奇数，补一个bit为0，使得总的1的个数是奇数。

停止位：1/1.5/2位的高电平。当发送完停止位之后，UART总线进入空闲

空闲位：1，无数据传输

三、波特率

1、定义

每秒钟传输的数据位数：bit/s
传输1bit所需时间：bit_width = 1/(baud rate)

clk=100 MHz，波特率=9600，T=10 ns
1s/9600 = 104166 ns，也就是传输1bit需要104166ns，也就是10416个时钟周期，所以需要对时钟进行分频

2、波特率和采样频率

两者是不同的概念，在数据的传输中，信号可能受到一些干扰而产生一些抖动（比如说电磁兼容性设计中的近端串扰），如果接收端只对这些信号进行一次采样，那么它有可能采样到的是不准确的数据，所以接收端在采样时，通常都要采样多次，然后通过处理获得准确的数据。（波特率是采样多次后得到的准确数据，采样数据可能会发生错误）

16倍数据波特率的时钟：每个数据有16个时钟采样，取中间值

四、常见接口电平

1、TTL电平

晶体管-晶体管逻辑集成电路：Transistor-Transistor Logic

• 低电平：0 ~ -5V
• 高电平：0 ~ 5V
• 输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V
• 输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V

2、RS232（负逻辑）

• 高电平：-3V～-15V
• 低电平：+3～+15V

下面是传输数据01010101，从最低位开始传输

3、RS485

差分信号，可以抑制共模干扰，因此在恶劣的环境中拥有很好的抗干扰性，比较稳定

• 高电平：+2 ~ 6V
• 低电平：-2 ~ -6V

三国人物