简单认识UART串行通信协议

一、引言

在电子通信领域，UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种非常常见的串行通信协议。它被广泛应用于各种设备之间的数据通信，特别是在嵌入式系统、计算机外设以及微控制器等场景中。本文将对UART串行通信协议进行详细的介绍，包括其基本原理、工作方式、参数设置、错误检测与纠正以及应用实例等方面。

二、UART串行通信协议概述

UART是一种异步串行通信协议，它允许两个设备通过单根数据线进行全双工通信。在UART通信中，数据是以字节（8位）为单位进行传输的，每个字节前后都有特定的起始位和停止位，以便接收方能够正确地识别数据的开始和结束。此外，UART还支持可选的奇偶校验位，用于检测数据传输过程中的错误。

三、UART工作原理

UART的工作原理基于异步通信方式，即通信双方不需要共同的时钟信号来同步数据的发送和接收。在UART通信中，发送方会在每个字节前发送一个起始位（通常为0），然后发送数据位（通常为8位），接着是可选的校验位（通常为奇校验或偶校验），最后是停止位（通常为1位或2位）。接收方在检测到起始位后，会开始接收数据位，并根据校验位对接收到的数据进行错误检测。如果数据无误，接收方会在下一个字节的起始位到来之前准备好接收下一个字节。

四、UART工作方式

UART支持全双工通信方式，即数据可以在同一时刻双向传输。在UART中，发送和接收通道是独立的，因此发送和接收操作可以同时进行。此外，UART还支持多种工作模式，如中断模式、DMA模式等，以满足不同应用场景的需求。

五、UART参数设置

UART通信的参数设置包括波特率、数据位、停止位和校验位等。这些参数需要在通信双方之间进行协商和设置，以确保双方能够正确地解析和传输数据。

波特率：波特率是指每秒传输的位数，它决定了数据传输的速度。常见的波特率有9600、115200等。在UART通信中，发送方和接收方需要设置相同的波特率，以确保数据的正确传输。

数据位：数据位是指每个字节中包含的数据位数。在UART通信中，数据位通常为8位。当然，也可以根据实际需求设置其他位数。

停止位：停止位是用于表示字节结束的位数。在UART通信中，停止位通常为1位或2位。当接收方检测到停止位时，就知道当前字节已经传输完毕，可以开始准备接收下一个字节了。

校验位：校验位是用于检测数据传输过程中是否出现错误的位数。在UART通信中，校验位是可选的，可以选择奇校验、偶校验或无校验。如果选择了校验位，则发送方会在每个字节后添加一个校验位，接收方在接收到数据后会根据校验位对数据进行错误检测。

六、UART错误检测与纠正

UART通信中使用了多种错误检测与纠正机制，以确保数据的可靠传输。其中最常见的机制是奇偶校验和帧错误检测。

奇偶校验：奇偶校验是一种简单的错误检测方法。发送方在发送数据时会根据数据位中的1的个数计算出一个校验位（奇校验或偶校验），并将其附加在数据位之后。接收方在接收到数据后会根据校验位重新计算数据位中1的个数，如果与校验位不符，则说明数据在传输过程中出现了错误。

帧错误检测：帧错误检测是通过检测起始位和停止位来判断数据帧是否完整的。如果接收方在一段时间内没有检测到起始位或停止位，则说明当前数据帧不完整或出现了错误。此时接收方可以选择丢弃该数据帧或采取其他措施来处理错误。

七、UART应用实例

UART协议在实际应用中具有广泛的应用。例如，在计算机系统中，UART常用于连接键盘、鼠标等外设与主机之间的通信；在嵌入式系统中，UART常用于微控制器与其他设备之间的通信；在无线通信领域中，UART也可以作为无线模块与主控制器之间的通信接口。此外，UART还支持多种通信协议和标准，如RS-232、RS-485等，使得其在实际应用中更加灵活和方便。

八、结论

UART串行通信协议作为一种广泛应用的通信协议，在电子通信领域中具有重要的地位。通过对其基本原理、工作方式、参数设置、错误检测与纠正以及应用实例等方面的详细介绍，我们可以更加深入地了解UART协议的特点和优势。同时在实际应用中，我们也需要根据具体的需求和场景来选择合适的UART参数和通信方式以确保数据的可靠传输。