1.前言

UART通信，即通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。

串行通信是指利用一條傳輸線將資料一位位地順序傳送。特點是通信線路簡單，利用簡單的線纜就可實現(xiàn)通信，降低成本，適用于遠距離通信，但傳輸速度慢的應用場合。

異步通信以一個字符為傳輸單位，通信中兩個字符間的時間間隔多少是不固定的，然而在同一個字符中的兩個相鄰位間的時間間隔是固定的。
數(shù)據(jù)傳送速率用波特率來表示，即每秒鐘傳送的二進制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個字符為10位（1個起始位，7個數(shù)據(jù)位，1個校驗位，1個結(jié)束位），則其傳送的波特率為10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

2.串行與并行通訊方式

并行

控制簡單，傳輸速度快。線多，長距離成本較高且同時接受困難。

圖并行通訊方式

串行

將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的行駛在一條傳輸線上進行傳輸。如圖：

圖串行通訊方式

3. 串行通訊的特點

串行通訊的制式

單工：數(shù)據(jù)傳輸僅沿一個方向，不能實現(xiàn)反向傳輸
半雙工：數(shù)據(jù)可以沿兩個方向傳輸，但是需要分時
全雙工：數(shù)據(jù)可以同時進行雙向傳輸

串行通訊三種錯誤校驗

奇偶校驗、代碼和校驗、循環(huán)冗余校驗

RS232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換

PC使用的串口的電平為RS232的九針串口，MCU使用的電平是TTL電平，要使得PC 和MCU進行通訊，就需要對其電平極性轉(zhuǎn)換。
主要的幾款電平轉(zhuǎn)換芯片：MAX232、MAX202、HIN232，SIPEX320等

串行通訊速度的定義_波特率

串行通訊的速率用波特率表示，其定義為：每秒鐘傳送二進制代碼的位數(shù)，即1波特=1位/秒，單位bps（位/秒）
eg：每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位（1起始、8數(shù)據(jù)、1停止），此時的波特率為：
10位*240個/秒=2400bps

4.同步與異步串行通訊方式

同步串行通訊方式

同步通訊需要建立發(fā)送方對接收方時鐘的直接控制，是雙方達到完全同步

異步串行通訊方式

通訊的發(fā)送和接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為使雙方收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收的時鐘盡可能一致。如圖：

圖異步串行通信方式

5.UART(通用異步串行通信方式)的數(shù)據(jù)傳輸格式

圖 UART的數(shù)據(jù)傳輸格式

異步通訊以字符構(gòu)成的幀為單位進行傳輸，字符與字符之間的間隙是任意的，但每個字符中的各位是以固定的時間傳送的。

其一幀字符信息由4部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶檢驗位、停止位。在單片機中的通訊一般情況下均使用這種幀格式。如圖：

起始位

先發(fā)出一個邏輯”0”信號，表示傳輸字符的開始。

數(shù)據(jù)位

可以是5~8位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴展BCD碼（8位）。小端傳輸，即低位在前高位在后

校驗位

數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗)

停止位

它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。

空閑位

處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當前線路上沒有資料傳送。

注：異步通信是按字符傳輸?shù)?，接收設(shè)備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。

下一個字符起始位的到來又使同步重新校準（依靠檢測起始位來實現(xiàn)發(fā)送與接收方的時鐘自同步的）

圖連續(xù)字符的數(shù)據(jù)傳輸

6. UART的發(fā)送與接收過程

串行數(shù)據(jù)的發(fā)送過程

串行數(shù)據(jù)的發(fā)送由發(fā)送時鐘控制。數(shù)據(jù)發(fā)送過程：把并行的數(shù)據(jù)序列送入移位寄存器，然后通過移位寄存器由發(fā)送時鐘觸發(fā)進行移位輸出，數(shù)據(jù)位的時間間隔可由發(fā)送時鐘周期來劃分。

發(fā)送時鐘、待發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)和出現(xiàn)在傳輸線上的信號波形三者的關(guān)系如圖所示：

圖串行數(shù)據(jù)發(fā)送

串行數(shù)據(jù)的接收過程

串行數(shù)據(jù)的接收由接收時鐘檢測，接收數(shù)據(jù)的過程：把由傳輸線送來的串行數(shù)據(jù)序列由接收時鐘作為輸入移位寄存器的觸發(fā)脈沖，逐位打入移位寄存器，接收過程是將串行數(shù)據(jù)序列逐位打入移位寄存器，而裝配成并行數(shù)據(jù)序列的過程。

接收時鐘、接收器檢測到的的二進制數(shù)據(jù)和出現(xiàn)在傳輸線上的信號波形三者的關(guān)系如圖所示：

圖串行數(shù)據(jù)接收