在嵌入式系统中，UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器） 是一种广泛使用的串行通信协议，用于在两个设备之间实现全双工或半双工的点对点数据传输。其核心是异步通信机制，即通信双方无需共享时钟信号，而是通过预定义的波特率（Baud Rate） 和数据格式实现同步。

UART协议的关键特点：

1. 异步通信

   • 无时钟线：收发双方使用独立的本地时钟，通过预设的波特率（如9600、115200 bps）定时采样数据位。这是UART区别于SPI/I2C等同步协议的核心特点。
   • 起始位与停止位：每个数据帧以1位低电平起始位开始，以1~2位高电平停止位结束，实现字节边界同步。

2. 数据帧结构（标准格式）
   每个数据帧包含：

   • 1位起始位（低电平 0）
   • 5~9位数据位（通常8位）
   • 可选的1位奇偶校验位（用于简单纠错）
   • 1~2位停止位（高电平 1） 示例：`[起始位0][D0][D1][D2][D3][D4][D5][D6][D7][校验位][停止位1]

3. 全双工传输

   • 通过独立的数据线（TX发送、RX接收）实现同时收发（需收发双方GND共地）。

4. 点对点连接

   • 仅支持两个设备直接通信（一对一），多设备需扩展（如结合RS485）。

5. 硬件资源占用少

   • 最少仅需2根线（TX、RX + GND），适合资源受限的MCU。
   • 无需复杂的时序控制（如I2C的SCL同步），电路简单。

6. 波特率灵活性

   • 支持多种波特率（常见300bps~4Mbps），双方需严格一致（误差通常<3%）。

7. 无主从模式

   • 通信双方完全平等，无需主设备协调（区别于I2C/SPI）。

8. 缺点

   • 抗干扰能力弱：长距离易受干扰（通常<1m，需转RS232/RS485电平）。
   • 无冲突检测：需软件协议处理数据竞争（如Modbus）。
   • 效率较低：每个字节需额外传输起始/停止位（约20%冗余）。

嵌入式应用场景

• 调试串口（MCU与PC通过USB-TTL转接）
• 传感器数据读取（GPS、温湿度模块）
• 设备间短距离通信（如MCU与蓝牙/WiFi模块）

典型接线示例（3线制）

嵌入式设备A       嵌入式设备B
    TX  --------->  RX  
    RX  <---------  TX  
    GND ---------- GND

关键开发注意：嵌入式开发中需精确配置波特率、数据位长度（通常8bit）、停止位（1bit）和校验位（通常None）。调试时逻辑分析仪或示波器是排查通信故障的必备工具。

UART因其简单、低功耗、低成本的优势，成为嵌入式系统中最基础的通信协议之一，是入门嵌入式开发的必学内容。