UART接口介绍

一条于 · 发表于 2020-9-25 10:23:08

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1. 概述
UART, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, 通用异步收发器；
串口：在嵌入式里指的是UART口，常用TTL电平即3.3V或者5.0V；
COM口：在台式机上常用的口，DB9那种接口，接口协议只有两种RS232和RS485；
RS232电平即负逻辑电平，定义+5V~+12V为逻辑0，-5V~-12V为逻辑1。
UART口、COM口指的是物理接口形式;
TTL、RS232和RS485指的是电平逻辑标准；
TTL电平和RS232电平转换专用芯片有MAX232，TTL电平转USB芯片有CP2102、PL2303、FT230等用USB来扩展串口数量。

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2. 硬件结构
与IIC、SPI 等接口一样，都属于串行通信接口，但是UART只有数据线收和发，并无时钟线，故为异步串行通信接口，可以实现全双工通信；在嵌入式系统中，常用与控制系统与外设通信，包括控制器与控制器，控制器与终端设备。线路简单，成本低，传输距离远，但传输速度慢。
VCC：供电pin，一般是3.3V，在实际使用中一般不接，不影响使用；
GND：接地pin，板内共地时可以不单独接，板间通信时候必须接上；
RX：接收数据pin；
TX：发送数据pin；需要注意TX RX的参考系，不要接反了，电平需要兼容；

如果收发是有关联关系的，很多情况下需要关注流控。
UART CTS/RTS用于硬流控，协调双方收发，保证数据不丢失。Clear to send Request To Send
A---------B
TX --> RX
RX <-- TX
RTS ---> CTS
CTS <--- RTS
芯片A通过UART发送数据，当芯片B拉高RTS时，A就会暂停发送，
当芯片B拉低RTS时，A又会继续发送。
比如 WIFI模组与AP的串口连接：

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3. 通信协议
UART使用的是异步串行通信；以字符为传输单位，一位一位的顺序输送；通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而同一个字符内两个相邻位之间的时间间隔是固定的。
数据的传送速率用波特率来表示，即每秒钟传送的二进制位数；
一般选波特率都会有9600,19200,115200等选项。
传输时序如下：

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起始位：先发一个逻辑0，表示传输字符的开始；
依靠检测起始位来实现发送与接收方的时间自同步的。
数据位：可以是4、5、6、7、8位逻辑0或者1，构成一个字符，如ASCII码8位数据位，从最低位开始传送，靠时钟定位；方向为LSB。
奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数为偶数（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：他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。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，数据传输率同时也越低。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。

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UART传输数据的顺序：刚开始传输一个起始位，接着传输数据位，接着传输校验位(可不需要此位)，最后传输停止位。这样一帧的数据就传输完了。
传输方向：数据位从高位（MSB）开始传输还是从低位（LSB）开始传输。比如传输A，
如果MSB就是01000001，如果LSB就是10000010。协议规定为LSB方向。
帧间隔：即传送数据的帧与帧之间的间隔大小，可以用位或者时间为计量。