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UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发器)是一种双向、串行、异步的通信总线,仅用一根数据接收线和一根数据发送线就能实现全双工通信。典型的串口通信使用3根线完成,分别是:发送线(TX)、接收线(RX)和地线(GND),通信时必须将双方的TX和RX交叉连接并且GND相连才可正常通信,如下图所示:
UART 接口不使用时钟信号来同步发送器和接收器设备,而是以异步方式传输数据。发送器根据其时钟信号生成的位流取代了时钟信号,接收器使用其内部时钟信号对输入数据进行采样。
同步点是通过两个设备的相同波特率(UART和大多数串行通信一样,发送和接收设备需要将波特率(波特率是指信息传输到信道的速率)设置为相同的值。对于串行端口,设定的波特率将用作每秒传输的最大位数)来管理的。
如果波特率不同,发送和接收数据的时序可能会受影响,导致数据处理过程出现不一致。允许的波特率差异最大值为10%,超过此值,位的时序就会脱节。
下总结了关于UART必须了解的几点:
导线数量 | 3根(TX、RX和GND) |
---|---|
速度 | 1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等 |
传输方式 | 全双工异步 |
最大主机数量 | 1 |
最大从机数量 | 1 |
在 UART中,传输模式为数据包形式。数据包由起始位、数据帧、奇偶校验位和停止位组成。
当不传输数据时, UART 数据传输线通常保持高电压电平。若要开始数据传输,发送UART 会将传输线从高电平拉到低电平并保持1 个时钟周期。
当接收 UART 检测到高到低电压跃迁时,便开始以波特率对应的频率读取数据帧中的位。
数据帧包含所传输的实际数据。如果使用奇偶校验位,数据帧长度可以是5 位到 8 位。如果不使用奇偶校验位,数据帧长度可以是9 位。
在大多数情况下,数据以最低有效位优先方式发送。
奇偶性描述数字是偶数还是奇数。通过奇偶校验位,接收 UART判断传输期间是否有数据发生改变。电磁辐射、不一致的波特率或长距离数据传输都可能改变数据位。
校验位可以配置成 1 位偶校验或 1 位奇校验或无校验位。
接收UART 读取数据帧后,将统计数值为 1 的位,检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0 (偶数奇偶校验),则数据帧中的1或逻辑高位总计应为偶数。如果奇偶校验位为 1 (奇数奇偶校验),则数据帧中的1 或逻辑高位总计应为奇数。
当奇偶校验位与数据匹配时,UART 认为传输未出错。但是,如果奇偶校验位为0 ,而总和为奇数,或者奇偶校验位为 1 ,而总和为偶数,则UART 认为数据帧中的位已改变。
为了表示数据包结束,发送 UART 将数据传输线从低电压驱动到高电压并保持1 到 2 位时间。
第1步:数据从数据总线到发送器。
第2步:发送 UART 将起始位、奇偶校验位和停止位添加到数据帧。
第3步:从起始位到结束位,整个数据包以串行方式从发送器送至接收 器 。
接收 UART 以预配置的波特率对数据线进行采样。
第4步:接收 器 丢弃数据帧中的起始位、奇偶校验位和停止位。
第5步:接收 器 将串行数据转换回并行数据,并将其传输到接收端的数据总线。