目录
[一、UART 核心定义与通信属性](#一、UART 核心定义与通信属性)
[1.1 基础概念](#1.1 基础概念)
[1.2 UART 接线方式](#1.2 UART 接线方式)
[2.1 通信方式分类](#2.1 通信方式分类)
[2.2 数据传输核心规则](#2.2 数据传输核心规则)
[3.1 核心通信参数](#3.1 核心通信参数)
[3.2 字符帧结构](#3.2 字符帧结构)
[3.3 奇偶校验原理](#3.3 奇偶校验原理)
[五、51 单片机 UART 寄存器配置](#五、51 单片机 UART 寄存器配置)
[5.1 SCON 寄存器](#5.1 SCON 寄存器)
[5.2 PCON 寄存器](#5.2 PCON 寄存器)
[5.3 波特率产生配置](#5.3 波特率产生配置)
[5.4 中断允许配置](#5.4 中断允许配置)
一、UART 核心定义与通信属性
1.1 基础概念
UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）即通用异步收发器，是硬件电路中的通信接口，拥有独立的通信规则（协议），核心属性为异步、全双工、串行通信。
- 异步：无时钟线同步，通信双方通过预设参数保持节奏一致；
- 全双工：双向同时通信，收发独立不冲突；
- 串行：数据逐位依次传输，硬件成本低、抗干扰性强。
1.2 UART 接线方式
UART 通信需 4 根基础线路，核心遵循 "交叉连接" 原则：
- VCC：接电源正极（为模块供电）；
- GND：接地（双方共地，确保电平参考一致）；
- RXD：数据接收线；
- TXD：数据发送线；
**注意：**使用串口与外部设备进行通信时，需要交叉连接 TXD - RXD，RXD - TXD
二、通信核心分类与规则
2.1 通信方式分类
| 通信方式 | 数据传输方向 | 数据线数量 | 核心特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 单工 | 单向固定 | 1 根 | 发送方和接收方固定，无法双向传输 | 红外遥控、串口打印（仅发送） |
| 半双工 | 双向但不同时 | 1 根 | 双方可收发数据，但同一时刻仅能单向传输 | 对讲机、I2C 总线（软件半双工） |
| 全双工 | 双向同时 | 2 根（TXD+RXD） | 收发独立，可同时进行数据传输 | 单片机与电脑、蓝牙模块通信 |
三种通信方式
2.2 数据传输核心规则
**发送顺序：**遵循 LSB 优先的原则，低位先行。
示例：数据 0xA6（二进制 10100110）：
| 位序号 | bit7 | bit6 | bit5 | bit4 | bit3 | bit2 | bit1 | bit0 |
| 发送数据 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 发送顺序 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
|---|
传输形式：
- 串行：
- 通过一根数据线将多个bit按照先后次序，逐个bit逐个bit发送
- 传输速率慢
- 硬件成本低
- 传输距离远，抗干扰性好
- 并行：
- 通过多根数据线将多个bit同时发送
- 传输速率快
- 硬件成本高
- 传输距离近，抗干扰性差（距离增加后会造成多根数据线的信号偏移，会受到电磁波的干扰，会出现一些误差）
三、串口通信关键参数与帧结构
3.1 核心通信参数
串口通信参数格式为 "波特率 数据位 校验位 停止位"，需双方完全一致才能正常通信：
- 波特率：每秒传输的二进制位数（bit/s），常用值为 2400、4800、9600、115200；
- 数据位：每帧数据的有效位数，常用 8 位；
- 校验位：用于检测传输错误，分 3 类：
- 奇校验（O）：数据位中 "1" 的个数 + 校验位 = 奇数；
- 偶校验（E）：数据位中 "1" 的个数 + 校验位 = 偶数；
- 无校验（N）：无需校验位（最常用）；
- 停止位：每帧数据的结束标志，常用 1 位。
- 示例参数：9600 8 N 1（9600 波特率、8 位数据位、无校验、1 位停止位）。
3.2 字符帧结构
每帧数据（1 个字符）的传输顺序为：空闲→起始位→数据位→校验位→停止位→空闲：
串口通信时序图
- 起始位：1 位低电平（0），标识数据开始；
- 数据位：5~9 位（常用 8 位），按 LSB 优先传输；
- 校验位：0 或 1 位（依校验方式选择）；
- 停止位：1~2 位高电平（1），标识数据结束。
3.3 奇偶校验原理
- 奇校验：
- 若数据位 "1" 的个数为偶数，校验位为 "1"，使总个数为奇数；若为奇数，校验位为 "0"；
- 偶校验：
- 若数据位 "1" 的个数为奇数，校验位为 "1"，使总个数为偶数；若为偶数，校验位为 "0"。
核心局限：仅能检测奇数个 bit 错误，无法检测偶数个错误；
四、同步与异步通信区别
- 同步通信：双方通过时钟线同步通信频率，节奏一致；
- 异步通信：无时钟线，依赖预设参数（波特率等）保持同步，UART 即采用此类方式。
五、51 单片机 UART 寄存器配置
UART 功能通过 SCON、PCON 寄存器及定时器 1（波特率发生器）配置
5.1 SCON 寄存器
- 将 SCON 寄存器中的 bit6 和 bit7 清 0
- 再将 SCON 寄存器中的 bit6 置 1，代表串口工作在 8 位 UART，波特率可变模式
- 将 SCON 寄存器中的 REN 位置 1，代表允许串口接收数据：
- TI 位，用来查询 8 位数据是否发送完毕，发送完毕后会自动置 1；必须用软件清 0
- RI 位，用来查询 8 位数据是否接收完毕，接收完毕后会自动置 1；必须用软件清 0
5.2 PCON 寄存器
- 将 PCON 寄存器中的 SMOD 位置 1，波特率翻倍
- 将 PCON 寄存器中的 SMOD0 位清 0，代表通过 SCON 寄存器中的 SM0 和 SM1 这两个位共同指定串口工作模式
5.3 波特率产生配置
-
依赖模块：定时器 1（作为波特率发生器）；
-
定时器 1 模式：需配置为8 位自动重装载模式（TMOD 寄存器中 M1=1、M0=0）；
-
初值计算公式：
-
- FOSC：单片机晶振频率（常用 11.0592MHz 或 12MHz）；
- SMOD：PCON 寄存器中的波特率加倍位（0 或 1）；
-
辅助配置：TCON 寄存器中 TR1=1（启动定时器 1），TF1（溢出标志位）可通过软件清 0。
5.4 中断允许配置
- 需开启总中断允许位 EA（IE 寄存器 B7 位），EA=1；
- 开启串口中断允许位 ES（IE 寄存器 B4 位），ES=1；
- IE 寄存器地址：A8H（可位寻址），其他位无需改动（默认清 0）。
5.5 串口初始化顺序
六、主机与从机通信定义
- 主机：拥有通信绝对控制权，所有通信由主机发起；
- 从机：无法主动发起通信，仅根据主机下发的指令执行对应操作，并向主机回复应答。
七、重点内容
- 串口概念
- 单工、半双工、全双工区别
- 串口发送数据的顺序
- 串行和并行的概念及区别
- 串口通信的时序/过程
- 奇校验和偶校验
- 串口通信的参数（波特率、数据位、校验位、停止位）
- 常见的波特率
- 同步和异步的概念
- 串口的波特率是如何产生的
- 串口波特率产生所依赖的定时器模式
- 16 位定时器和8位自动重装载定时器的区别
- 主机和从机
- Modbus 协议的数据格式