uart通讯协议

　　uart通讯协议属于串口通讯，可以将uart通讯协议分为物理层和协议层来进行理解，下面对uart的相关内容做一个简单的介绍

1.uart的基本概念

　　UART是一种双向、串行、异步的通信总线，仅用一根数据接收线和一根数据发送线就能实现全双工通信。典型的串口通信使用3根线完成，分别是：发送线（TX）、接收线（RX）和地线（GND）^物理层，通信时必须将双方的TX和RX交叉连接并且GND相连才可正常通信，如下图所示：

 

 

2.uart特性

　　UART 不使用时钟信号来同步发送器和接收器设备，而是以异步方式传输数据。发送器根据其时钟信号生成的位流取代了时钟信号，接收器使用其内部时钟信号对输入数据进行采样。同步点是通过两个设备的相同波特率（UART和大多数串行通信一样，发送和接收设备需要将波特率）来管理的。

　　如果波特率^协议层不同，发送和接收数据的时序可能会受影响，导致数据处理过程出现不一致。允许的波特率差异最大值为10%，超过此值，位的时序就会脱节。

3.uart帧协议^协议层

　　在uart中，传输模式为数据包形式。数据包由1位起始位、5到9位数据帧、1位奇偶校验位和1到2位停止位组成。如下图所示

3.1、起始位

　　当不传输数据时， UART 数据传输线通常保持高电压电平。若要开始数据传输，发送UART 会将传输线从高电平拉到低电平并保持1 个时钟周期；当接收 UART 检测到高到低电压跃迁时，便开始以波特率对应的频率读取数据帧中的位

3.2、数据位

　　数据帧包含所传输的实际数据。如果使用奇偶校验位，数据帧长度可以是5 位到 8 位。如果不使用奇偶校验位，数据帧长度可以是9 位。在大多数情况下，数据以最低有效位优先方式发送

 3.3、奇偶校验位

　　奇偶性描述数字是偶数还是奇数。通过奇偶校验位，接收 UART判断传输期间是否有数据发生改变。电磁辐射、不一致的波特率或长距离数据传输都可能改变数据位。校验位可以配置成 1 位偶校验或 1 位奇校验或无校验位。

　　接收UART 读取数据帧后，将统计数值为 1 的位，检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0 （偶数奇偶校验），则数据帧中的1或逻辑高位总计应为偶数。如果奇偶校验位为 1 （奇数奇偶校验），则数据帧中的1 或逻辑高位总计应为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时，UART 认为传输未出错。但是，如果奇偶校验位为0 ，而总和为奇数，或者奇偶校验位为 1 ，而总和为偶数，则UART 认为数据帧中的位已改变

 3.4、停止位

　　为了表示数据包结束，发送 UART 将数据传输线从低电压驱动到高电压并保持1 到 2 位时间

4.uart通信步骤

　　读取数据总线→将数据整合成uart协议所规定的数据帧格式→发送整合数据→验证以及解析整合数据

5.实现uart

　　5.1、软件实现

　　5.2、硬件实现

　　　　用于实现uart通讯协议的硬件模块被称为uart控制器，uart控制器的作用就是将并行数据整合成uart协议所规定的数据形式，而不需要从软件上去实现uart。uart控制器常常被称为uart，即Universal  Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器，此时uart为一种用于实现uart的硬件设备，而非表示uart通讯协议，这点需要进行区分

　　　　现在绝对大多数芯片都在内部集成了uart控制器，因此芯片GPIO口接收和发送的数据格式均满足uart通讯协议

文章参考：

UART：了解通用异步接收器/发送器的硬件通信协议

串口通信（UART）介绍

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