单片机中的异步串行UART

2021-01-21 10:40:02 0评

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介绍UART

最早的串行通讯设备可以追溯到电报机,它使用长度可变的脉冲信号进行数据传输。要说早期的芯片级UART,不得不提一下DEC,该公司的PDP系列计算机用上了第一个UART。当时的UART的线路占据了整个电路板,体积巨大!可以联想一下早期计算机的样子,如下图。


如今PC机上的串口早已被USB取代,对RS-232(也称标准串口)有需求的用户通常使用USB转串口线,这里常见的有CH340串口驱动程序。在UART通信中,两个UART直接通信。

发送端的UART将来自控制设备(如CPU)的并行数据转换为串行数据,以串行方式将其发送到接收端的UART,然后由接收端的UART将串行数据转换为并行数据以用于接收设备的正常处理。这里只需要两条线RX/TX即可在两个UART之间传输数据,如下图所示。


UART传输的数据被封装成数据包。每个数据包包含1个起始位,5~9个数据位(取决于UART的具体设置),一个可选的奇偶校验位以及1个或2个停止位,如下图所示。


起始位

UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电平。为了开始数据传输,发送端UART在一个时钟周期内将传输线从高电平拉低到低电平。当接收端UART检测到高电压到低电压转换时,它开始以波特率的频率读取数据位中的每一位数据。

数据

数据位包含正在传输的实际数据。如果使用奇偶校验位,则可以是5位,最多8位。如果不使用奇偶校验位,则数据帧的长度可以为9位。在大多数情况下,数据首先以低有效位发送。

校验位

在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式:
偶校验
奇校验
高校验
低校验

对于偶和奇校验的情况,串口会设置校验位(数据位后面的一位),用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。

停止位

发送端UART将数据传输线从低电压驱动到高电压至少持续两位数据的时间宽度来表示整个数据包的传输已经结束。由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容错性越好,但是数据传输率同时也越慢。

波特率

波特率是串口数据的传输速度,即Bit/s,常见的波特率比如:9600,19200,38400,57600,115200等。假设目前UART的配置为,1个起始位,8个数据位,0个校验位,1个停止位,那么9600的波特率,可以计算出每一位数据的时间宽度为:


那么传输一个字节(也就是10 bit 数据)需要的时间为 1.04 毫秒。

UART传输过程

①发送端UART从数据总线转换并行数据。

②发送端UART将起始位,奇偶校验位和停止位添加到数据包中,示意图如下。


③整个数据包从发送端UART串行发送到接收端UART,接收端UART按照预先配置好的波特率对数据线进行采样,示意图如下。


④接收端UART解析接收的数据,丢弃数据包中的起始位,奇偶校验位和停止位。

⑤接收UART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。

本文转自: STM32嵌入式开发(微信号:c-stm32),作者:acket,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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