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UART串口協議詳解

作者:時間:2024-01-24來源:硬件大叔PRINCE收藏

(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一種異步全雙工串行通信協議,由Tx和Rx兩根數據線組成,因為沒有參考時鐘信號,所以通信的雙方必須約定串口波特率、數據位寬、奇偶校驗位、停止位等配置參數,從而按照相同的速率進行通信。

本文引用地址:http://www.7menf.com/article/202401/455078.htm

以一個字符為傳輸單位,通信中兩個字符間的時間間隔多少是不固定的,然而在同一個字符中的兩個相鄰位間的時間間隔是固定的。當波特率為9600bps時,傳輸一個bit的時間間隔大約為104.16us;波特率為115200bps時,傳輸一個bit的時間間隔大約為8us。

數據傳送速率用波特率來表示,即每秒鐘傳送的二進制位數。例如數據傳送速率為120字符/秒,而每一個字符為10位(1個起始位,7個數據位,1個校驗位,1個結束位),則其傳送的波特率為10×120=1200字符/秒=1200波特。

數據通信時序圖:


其中各位的意義如下:

起始位:先發出一個邏輯”0”信號,表示傳輸字符的開始

數據位:可以是5~8位邏輯”0”或”1”;如ASCII碼(7位),擴展BCD碼(8位);小端傳輸,即LSB先發,MSB后發

校驗位:數據位加上這一位后,使得“1”的位數應為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)

停止位:它是一個字符數據的結束標志??梢允?位、1.5位、2位的高電平(用于雙方同步,停止位時間間隔越長,容錯能力越強)

空閑位:處于邏輯“1”狀態,表示當前線路上沒有數據傳送

注:是按字符傳輸的,接收設備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內能和發送設備保持同步就能正確接收。下一個字符起始位的到來又使同步重新校準(依靠檢測起始位來實現發送與接收方的時鐘自同步的)


圖-1 起始位和停止位

圖-2 數據位

上圖是uart協議傳輸一個”A”字符通過示波器的uart解碼而得到的波形示意圖。根據此圖來介紹一下uart的一些基本參數。

波特率:此參數容易和比特率混淆,其實他們是由區別的。具體可以百度更清楚。但是我認為uart中的波特率就可以認為是比特率,即每秒傳輸的位數(bit)。一般選波特率都會有9600,19200,115200等選項。其實意思就是每秒傳輸這么多個比特位數(bit)。

起始位:先發出一個邏輯”0”的信號,表示傳輸數據的開始。

數據位:可以選擇的值有5,6,7,8這四個值,可以傳輸這么多個值為0或者1的bit位。這個參數最好為8,因為如果此值為其他的值時當你傳輸的是ASCII值時一般解析肯定會出問題。理由很簡單,一個ASCII字符值為8位,如果一幀的數據位為7,那么還有一位就是不確定的值,這樣就會出錯。

校驗位:數據位加上這一位后,使得“1”的位數應為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗),以此來校驗數據傳送的正確性。就比如傳輸“A”(01000001)為例。

1、當為奇數校驗:”A”字符的8個bit位中有兩個1,那么奇偶校驗位為1才能滿足1的個數為奇數(奇校驗)。圖-1的波形就是這種情況。

2、當為偶數校驗:”A”字符的8個bit位中有兩個1,那么奇偶校驗位為0才能滿足1的個數為偶數(偶校驗)。

此位還可以去除,即不需要奇偶校驗位。

停止位:它是一幀數據的結束標志??梢允?bit、1.5bit、2bit的空閑電平??赡艽蠹視X得很奇怪,怎么會有1.5位~沒錯,確實有的。所以我在生產此uart信號時用兩個波形點來表示一個bit。這個可以不必深究。

空閑位:沒有數據傳輸時線路上的電平狀態。為邏輯1。

傳輸方向:即數據是從高位(MSB)開始傳輸還是從低位(LSB)開始傳輸。比如傳輸“A”如果是MSB那么就是01000001(如圖-2),如果是LSB那么就是10000010(如下圖的圖-4)

uart傳輸數據的順序就是:剛開始傳輸一個起始位,接著傳輸數據位,接著傳輸校驗位(可不需要此位),最后傳輸停止位。這樣一幀的數據就傳輸完了。接下來接著像這樣一直傳送。在這里還要說一個參數。

幀間隔:即傳送數據的幀與幀之間的間隔大小,可以以位為計量也可以用時間(知道波特率那么位數和時間可以換算)。比如傳送”A”完后,這為一幀數據,再傳”B”,那么A與B之間的間隔即為幀間隔。

圖-3

圖-4

上兩圖和下兩圖傳送的數據和波特率都是一樣的,但是有幾個參數是故意設置反了從而形成對比。有助于更深入的理解。


看完以上講解,你是否真的理解了的傳輸協議呢?請看一下三圖,能否說出串口發送的是什么數據呢?

TTL電平波形1

TTL電平波形2

RS232電平波形




關鍵詞: 異步通信 UART

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