UART

UART

• UART
  • 1. 什么是UART？
  • 2. 硬件接线
  • 3. 数据帧格式
  • 4. 波特率
    • 4.1. 波特率和比特率的定义
    • 4.2. 波特率和比特率之间的关系
    • 4.3. 波特率的作用
  • 5. UART通信分析实践
    • 5.1. 发送"Hello, World!"，请写出数据帧。
    • 5.2. 每秒传输多少个字节？每秒传输多少个比特？
  • 6. 总结
  • others

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参考链接：

1. 超简单的一种通信，2分钟搞懂，串口通讯的工作原理！
2. UART串口协议详解 - 曾小庆的文章 - 知乎
3. 有待补充：透彻理解UART通信，没有比这篇更详细的了！ - 亿佰特物联网应用的文章 - 知乎

1. 什么是UART？

通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，
是一种串行、异步、全双工的通信协议，在嵌入式领域应用的非常广泛。

2. 硬件接线

• 通信双方TX、RX交叉连接
• 通信双方共地
  

3. 数据帧格式

• 启动位：
  • 占1个位长
  • 保持逻辑0电平
• 有效数据位：
  • 可选5、6、7、8、9个位长（通常是8bit）
  • LSB在前，MSB在后，即最低有效位在前）
• 校验位：
  • 1位，可选是否有
  • 常见的是奇偶校验位
• 停止位：
  • 可选1、1.5、2个位长
  • 保持逻辑1电平
• 空闲位：
  • 总线空闲时默认逻辑1电平

4. 波特率

4.1. 波特率和比特率的定义

波特率有一个很重要的相关概念，称为比特率。

• 比特率：每秒钟传输的比特数，单位bit/s，bps
• 波特率：每秒钟传输的码元数，单位symbol/s，Baud

4.2. 波特率和比特率之间的关系

比特率 = 波特率 * log2M，M表示每个码元承载的信息量（M也可以认为是进制数）。

二进制系统中，每个码元都存在2种状态，所以波特率数值上等于比特率。

4.3. 波特率的作用

在串口通信中，发送端和接收端需要规定好一个相同的波特率，才能保证通信正常。

在描述波特率的作用时，我比较喜欢用打羽毛球来进行比喻。发送端是发球的人，接收端是接球的人，而波特率就是两个打球的人挥拍的频率，如果这两个人的节奏一致，羽毛球就可以很长时间不落地，而如果有快有慢，就很容易出现丢球的情况。

5. UART通信分析实践

UART在波特率为9600bps、数据帧格式为默认8-N-1的情况下：

5.1. 发送"Hello, World!"，请写出数据帧。

1. "Hello, World!"一共有12个字节，所以一共需要发送12个UART数据帧。
2. 根据ASCII码，将字节转成二进制表示：

   字符	二进制
   H	01001000
   e	01100101
   l	01101100
   l	01101100
   o	01101111
   ,	00101100
   W	01010111
   o	01101111
   r	01110010
   l	01101100
   d	01100100
   !	00100001

3. 数据格式默认8-N-1，所以开始位1位，结束位1位，无校验位。
   0010010001 / 0011001011 /
   0011011001 / 0011011001 /
   0011011111 / 0001011001 /
   0010101111 / 0010101111 /
   0011100101 / 0011011001 /
   0011001001 / 0001000011 /
4. 注意数据帧之间要有空闲位

5.2. 每秒传输多少个字节？每秒传输多少个比特？

1. 1byte = 8bit，但是UART协议中包含开始位和结束位，所以每秒钟传输的字节数 = 9600/10 = 960
2. 根据计算出的每秒钟传输的字节数，每秒钟传输的比特数是 960*8 = 7680（即一个byte的传输速率是7680bps）

6. 总结

1. UART属于哪种类型的通信方式？
2. 请绘制出UART通信的硬件接线图。
3. 波特率和比特率之间的区别是什么？
4. UART在波特率为9600bps、数据帧格式为默认8-N-1的情况下，发送"Hello, World!"，请写出数据帧。
5. UART在波特率为9600bps、数据帧格式为默认8-N-1的情况下，每秒传输多少个字节(Byte)？每秒传输多少个比特(bit)?

others

我之前总是UART、串口，两个概念傻傻分不清楚。
严格来说，串口是串行通信接口的简称，所有按位发送和接收的接口都可以被称作是串口。而UART是一种常见的串口协议，其余常见的串口协议包括RS232、RS485等等。
但其实也不用分的那么清楚，在谈论单片机的时候，大家提到串口，双方都会默认就是UART。