日常记录（85）uart设计文档整理

UART设计文档整理

来源：创造力电子开发网的pdf。
UART 工作于 OSI 模型的数据链路层，实际应用中，可以增加一层应用层，方便设备间的通信。
Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，其物理层一般使用 RS-485，使用 UART 发收数据。

帧格式

奇偶校验

异或结果是偶检验，取反为奇校验

物理接口

RS232

常用的 IC 有 MAX232 等，当然还有其它公司生产的 IC，如 SP232 等，常以 232 作为标识。
在通信速率低于 20kb/s 时，RS-232所直接连接的最大物理距离为 15m。

• 在 TxD 和 RxD 上：
  逻辑“1”为-3V～-15V；
  逻辑“0”为+3～＋15V。
• 在 RTS、CTS、DSR、DTR 和 DCD 等控制线上：
  信号有效（接通，ON 状态，正电压）＝ +3V～+15V ；
  信号无效（断开，OFF 状态，负电压) ＝ -3V～-15V 。

RS485

RS-485 在工业应用现场应用比较广泛，，使用差分信号传输数据，所以抗共模干扰能力比 RS-232 强，通信距离可以超过 1Km。

波特率发生器

这个模块用于为 UART 的收/发器提供时钟，这个时钟为 UART 的波特率的 16 倍频，即如果波特率要求为 9600bps 时，该模块输出的时钟为 9600Hz×16=153600Hz。

接收器——rxd

接收器时刻监视 UART 总线的 RXD 线的电平，当检测到起始位，接收器启动接收状态机，根据寄存器的设定，解析 RXD 线的电平，
当完成一个字节接收，输出接收到的数据和线状态。接收器的设计主要是围绕“有限状态机”而进行。

• 状态机
  

发送器——txd

发送器是监视总线，当检测需要发送一个字节时，发送器启动发送状态机，根据寄存器的设定，逐位往 UART 总线的 TXD 线发送数据。
当发送完成一个字节，发送器输出发送状态。和接收器相似地，发送器的设计也是围绕“有限状态机”而进行。

总线电平滤波采样

由于使用环境的干扰等，RXD 线可能出现毛刺，所示需要 RXD 的输入需经滤波处理，处理方法是
在一位数据中间取三个点的电平值，少于 2 个点为电平“1”，则把该位判为电平“0”，否则判为电平“1”，这种方法称为“多数表决法”。
对 RXD 线上的滤波适用于起始位的检测、数据位接收、校验位接收和停止位的判别。

• 停止位的处理
  RXD停止位只判别1位，且在中间采样之后接收器马上重新监视RXD线电平的下降沿，开始检测下一帧的起始位。
  

同步时钟

由于 UART 的收/发两个设备的时钟可以存在差异，如果接收器在接收时和发送器的时钟不同步，增加了传输错误的机率，
所以，接收器需要在检测到起始位的起始边沿时，同步自身的时钟，这样将减小因双方时钟上的差异而导致数据传输错误的机率。
该功能的实现是在接收器空闲时，当检测到 RXD 线的电平从高到低的变化时，复位接收器的波特率计数器。