UART通信协议的主要定义是什么？详解分析

UART将是下述内容的主要介绍对象，通过这篇文章，小编希望大家可以对它的相关情况以及信息有所认识和了解，详细内容如下。

一、UART

UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”，通用异步收发器的缩写。在19世纪60年代，为了解决计算机和电传打字机通信，Bell发明了 UART协议，将并行输入信号转换成串行输出信号。因为UART简单实用的特性，其已经成为一种使用非常广泛的通讯协议。我们日常接触到的串口，RS232，RS485等总线，内部使用的基本都是 UART协议 。

为了更好的理解和分析协议与总线的关系，我们通常把一个完整的通讯规范划分成物理层，协议层以及应用层。物理层只定义真实的信号特性(比如电压，电流，驱动能力等)，以及电信号与逻辑信号0和1的对应关系;协议层不关心底层的0和1具体怎么实现，只规定逻辑信号的协议规范以及通讯过程(例如起始，数据以及结束等);应用层不关心数据是怎么获取的，只定义数据表示的意义，以及如何实现具体的业务逻辑。

最简单的UART协议应用，通常物理层只需要两根传输线，一根用于发送，一根用于接收，从而实现全双工通讯。对于单向传输，也可以只使用一根传输线。此类应用最典型的实例就是单片机的RX/TX端口互相连接，从而实现基于TTL电平的UART通讯。对于不同的传输距离以及可靠性的要求，替换不同的物理层实现既可以得到我们常见的RS232、RS485等通讯总线。

二、UART接口协议详解

UART接口协议不使用时钟信号来同步发送器和接收器设备，而是以异步方式传输数据。发送器根据其时钟信号生成的位流取代了时钟信号，接收器使用其内部时钟信号对输入数据进行采样。同步点是通过两个设备的相同波特率来管理的。如果波特率不同，发送和接收数据的时序可能会受影响，导致数据处理过程出现不一致。允许的波特率差异最大值为10%，超过此值，位的时序就会脱节。数据传输在UART中，传输模式为数据包形式。连接发送器和接收器的机制包括串行数据包的创建和物理硬件线路的控制。数据包由起始位、数据帧、奇偶校验位和停止位组成。

1、起始位

当不传输数据时，UART数据传输线通常保持高电压电平。若要开始数据传输，发送UART会将传输线从高电平拉到低电平并保持1个时钟周期。当接收UART检测到高到低电压跃迁时，便开始以波特率对应的频率读取数据帧中的位。

2、数据帧

数据帧包含所传输的实际数据。如果使用奇偶校验位，数据帧长度可以是5位到8位。如果不使用奇偶校验位，数据帧长度可以是9位。在大多数情况下，数据以最低有效位优先方式发送。

3、奇偶校验

奇偶性描述数字是偶数还是奇数。通过奇偶校验位，接收UART判断传输期间是否有数据发生改变。电磁辐射、不一致的波特率或长距离数据传输都可能改变数据位。接收UART读取数据帧后，将计数值为1的位，检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0(偶数奇偶校验)，则数据帧中的1或逻辑高位总计应为偶数。如果奇偶校验位为1(奇数奇偶校验)，则数据帧中的1或逻辑高位总计应为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时，UART认为传输未出错。但是，如果奇偶校验位为0，而总和为奇数，或者奇偶校验位为1，而总和为偶数，则UART认为数据帧中的位已改变。

4、停止位

为了表示数据包结束，发送UART将数据传输线从低电压驱动到高电压并保持1到2位时间。

第一步：发送UART从数据总线并行接收数据。

至发送UART第二步：发送UART将起始位、奇偶校验位和停止位添加到数据帧。

数据帧第三步：从起始位到结束位，整个数据包以串行方式从发送UART送至接收UART。接收UART以预配置的波特率对数据线进行采样。

传输第四步：接收UART丢弃数据帧中的起始位、奇偶校验位和停止位。

第五步：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。

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