UART 概述
通用异步收发器（UART）是一种全双工、串行、异步通信协议，常用于设备间数据传输。包含两根信号线：
- RXD（接收信号线）
- TXD（发送信号线）
通信方式
单工
- 通信方向固定，仅支持单向传输（如广播）。
- 单根信号线实现数据传输。
半双工（如I2C）
- 通信双方可切换发送/接收角色。
- 单根信号线双向传输，但同一时刻只能单向传输。
全双工（UART）
- 通信双方同时收发数据。
- 双信号线（RXD/TXD）实现双向实时传输。
数据传输规则
LSB优先
- 数据位传输从最低位（LSB）开始。
串行 vs 并行
| 特性 | 串行 | 并行 |
|---|---|---|
| 速率 | 较慢（逐位传输） | 较快（多线同时传输） |
| 硬件成本 | 低 | 高 |
| 抗干扰性 | 强（适合远距离，如RS485） | 弱（30米内有效） |
串口通信时序
- 空闲状态：高电平。
- 起始位：高→低电平跳变，标志通信开始。
- 数据位：8位（LSB优先），可配置为5-9位。
- 校验位（可选）：奇偶校验（见下文）。
- 停止位：高电平，标志帧结束（通常1-2位）。
奇偶校验
问题：无法检测偶数个位错误。
- 奇校验：数据位+校验位中"1"的总数为奇数。
- 偶校验：数据位+校验位中"1"的总数为偶数。
串口参数配置
常见参数组合：
9600,8,N,1（波特率9600，8位数据，无校验，1位停止）2400,8,E,1（偶校验）115200,8,O,1（奇校验）
参数说明：
- 波特率：bps（如9600=9600bit/s）。
- 校验位 ：
N（无）、E（偶）、O（奇）。
同步与异步通信
- 同步（如I2C/SPI）：依赖共享时钟线（SCL/SCLK）同步数据。
- 异步（UART）：无时钟线，通过预定义波特率同步。
寄存器配置（以8051为例）
SCON/PCON寄存器
- 工作模式：
SM0=0，SM1=1（8位UART）。 - 允许接收：
REN=1。 - 中断标志：
TI（发送完成）、RI（接收完成），需软件清零。
定时器配置
- 模式：
TMOD=0x20（定时器1，8位自动重载）。 - 波特率：写入
TH1/TL1初值，TCON.TR1=1启动。
中断配置
- 全局中断：
IE.EA=1。 - 串口中断：
IE.ES=1。
主从应答机制
- 主机 ：发起通信请求（如发送指令
01控制LED）。 - 从机：解析指令并执行操作，返回应答信号。
补充要点
- 差分信号（如RS485）：增强抗干扰能力，适合长距离通信。
- 硬件流控 ：通过
RTS/CTS信号线控制数据流，避免缓冲区溢出。 - 现代应用：USB转UART芯片（如CH340）简化嵌入式调试。
常见问题
- 波特率误差：需保证收发双方误差<2%（如晶振精度影响）。
- 电平标准：UART通常为TTL电平（0-3.3V/5V），与RS232（±12V）需电平转换。
通过合理配置参数和寄存器，UART可实现稳定可靠的设备间通信。