今天的主角是 UART，我們通常說的串口，UART 包含 TTL 電平和 RS-232 電平兩種，嵌入式系統(tǒng)里面，單片機(jī)的串口一般都是 TTL 電平。

今天的內(nèi)容關(guān)于 UART 的幀格式，比較簡單，玩過單片機(jī)的小伙伴應(yīng)該都知道。

UART 的英文全稱是：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，意為通用異步收發(fā)傳輸器。

UART 因?yàn)橛袃筛€數(shù)據(jù)線 TX 和 RX，可以以全雙工的形式進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同一時(shí)刻，兩條鏈路的發(fā)送器和接收器可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

區(qū)別于全雙工的，還有另一種，是半雙工，因?yàn)橹挥幸桓鶖?shù)據(jù)線，所以數(shù)據(jù)傳輸是這樣。

或者是下面這樣，同一時(shí)刻，只有一條鏈路在傳輸數(shù)據(jù)。

除了雙工形式，還有一種是半工，只有發(fā)送器到接收器這一個(gè)鏈路。

說完了 UART 的工作模式，下面進(jìn)入主題——UART 幀格式，也可以稱之為 UART 協(xié)議，單片機(jī)與 PC 之間的通信，為了保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，雙方都必須遵從 UART 協(xié)議。

UART 數(shù)據(jù)幀格式

其中各位的含義如下：

起始位：發(fā)送 1 位邏輯 0（低電平），開始傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)位：可以是 5~8 位的數(shù)據(jù)，先發(fā)低位，再發(fā)高位，一般常見的就是 8 位（1 個(gè)字節(jié)），其他的如 7 位的 ASCII 碼。

校驗(yàn)位：奇偶校驗(yàn)，將數(shù)據(jù)位加上校驗(yàn)位，1 的位數(shù)為偶數(shù)（偶校驗(yàn)），1 的位數(shù) 4 為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）。

停止位：停止位是數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的標(biāo)志，可以是 1/1.5/2 位的邏輯 1（高電平）。

空閑位：空閑時(shí)數(shù)據(jù)線為高電平狀態(tài)，代表無數(shù)據(jù)傳輸。

如果我們傳輸數(shù)據(jù) 0X33（00110011），那么對(duì)應(yīng)的波形就是如下這樣，因?yàn)槭?LSB 在前，所以 8 位數(shù)據(jù)依次是 11001100

發(fā)送 0X33 數(shù)據(jù)幀格式

如果再發(fā)其他數(shù)據(jù)，再依次循環(huán)這個(gè)過程即可。

UART 是異步傳輸，以 1 個(gè)字符為傳輸單位，傳輸 2 個(gè)字符之間的時(shí)間間隔，比如傳輸 0X33 后再傳輸 0X35，這兩者時(shí)間間隔是未知的。

但是同一字符內(nèi)相鄰位間的時(shí)間間隔是確定的，比如 0X33 低兩位的 1 和 1 之間的時(shí)間間隔是確定的，這涉及到 UART 傳輸速率的概念——波特率。

波特率的單位是 bps，全稱是 bit per second，意為每秒鐘傳輸?shù)?bit 數(shù)量。

波特率 9600bps，代表每秒鐘傳輸 bit 的數(shù)量為 9600，那么傳輸 1bit 數(shù)據(jù)的時(shí)間就是 1/9600=104us，波特率 115200bps，代表傳輸 1bit 數(shù)據(jù)的時(shí)間是 8us。

兩個(gè)串口之間是如何發(fā)送和接受數(shù)據(jù)呢？

首先，UART1 以 9600 波特率發(fā)送 0X33，先在數(shù)據(jù)線上放 1 個(gè) 104us 脈寬的低電平（起始位），然后是連續(xù) 2 個(gè) 104us 脈寬的高電平（2bit 邏輯 1），依次類推。

其次，UART2 以 9600 波特率接收 0X33，通過數(shù)這些數(shù)據(jù)的脈寬，來確認(rèn)數(shù)據(jù)。

為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，減少誤差，一般 UART1 和 UART2 之間的波特率差別小于 10%，一次最多只能傳輸 1 個(gè)字節(jié)（8bit），也有效減小了累計(jì)誤差。

審核編輯 黃昊宇