UART 概述
通用異步收發器（UART）是一種全雙工、串行、異步通信協議，常用于設備間數據傳輸。包含兩根信號線：
- RXD（接收信號線）
- TXD（發送信號線）
通信方式
單工
- 通信方向固定，僅支持單向傳輸（如廣播）。
- 單根信號線實現數據傳輸。
半雙工（如I2C）
- 通信雙方可切換發送/接收角色。
- 單根信號線雙向傳輸，但同一時刻只能單向傳輸。
全雙工（UART）
- 通信雙方同時收發數據。
- 雙信號線（RXD/TXD）實現雙向實時傳輸。
數據傳輸規則
LSB優先
- 數據位傳輸從最低位（LSB）開始。
串行 vs 并行
| 特性 | 串行 | 并行 |
|---|---|---|
| 速率 | 較慢（逐位傳輸） | 較快（多線同時傳輸） |
| 硬件成本 | 低 | 高 |
| 抗干擾性 | 強（適合遠距離，如RS485） | 弱（30米內有效） |
串口通信時序
- 空閑狀態：高電平。
- 起始位：高→低電平跳變，標志通信開始。
- 數據位：8位（LSB優先），可配置為5-9位。
- 校驗位（可選）：奇偶校驗（見下文）。
- 停止位：高電平，標志幀結束（通常1-2位）。
奇偶校驗
問題：無法檢測偶數個位錯誤。
- 奇校驗：數據位+校驗位中“1”的總數為奇數。
- 偶校驗：數據位+校驗位中“1”的總數為偶數。
串口參數配置
常見參數組合：
9600,8,N,1（波特率9600，8位數據，無校驗，1位停止）2400,8,E,1（偶校驗）115200,8,O,1（奇校驗）
參數說明：
- 波特率：bps（如9600=9600bit/s）。
- 校驗位：
N（無）、E（偶）、O（奇）。
同步與異步通信
- 同步（如I2C/SPI）：依賴共享時鐘線（SCL/SCLK）同步數據。
- 異步（UART）：無時鐘線，通過預定義波特率同步。
寄存器配置（以8051為例）
SCON/PCON寄存器
- 工作模式：
SM0=0，SM1=1（8位UART）。 - 允許接收：
REN=1。 - 中斷標志：
TI（發送完成）、RI（接收完成），需軟件清零。
定時器配置
- 模式：
TMOD=0x20（定時器1，8位自動重載）。 - 波特率：寫入
TH1/TL1初值，TCON.TR1=1啟動。
中斷配置
- 全局中斷：
IE.EA=1。 - 串口中斷：
IE.ES=1。
主從應答機制
- 主機：發起通信請求（如發送指令
01控制LED）。 - 從機：解析指令并執行操作，返回應答信號。
補充要點
- 差分信號（如RS485）：增強抗干擾能力，適合長距離通信。
- 硬件流控：通過
RTS/CTS信號線控制數據流，避免緩沖區溢出。 - 現代應用：USB轉UART芯片（如CH340）簡化嵌入式調試。
常見問題
- 波特率誤差：需保證收發雙方誤差<2%（如晶振精度影響）。
- 電平標準：UART通常為TTL電平（0-3.3V/5V），與RS232（±12V）需電平轉換。
通過合理配置參數和寄存器，UART可實現穩定可靠的設備間通信。
