UART协议快速扫盲

文章目录

1 UART发展历史
- 1.1 早期的串行通讯设备
- 1.2 早期的芯片级UART
- 1.3 现代UART的发展
2 预备知识
3 协议层
- 起始位
- 数据
- 校验位
- 停止位
- 波特率
4 传输过程
5 物理层
6 优缺点

1 UART发展历史

1.1 早期的串行通讯设备

后来电传打印机（teleprinters ）普遍使用5、6、7或8个数据位来表示各种字符编码，最终成为计算机外围设备。电传打字机（ teletypewriter 简称 tty）成为小型计算机十分出色的通用I/O设备。

由于历史的发展原因，早期在Unix终端是一个名字为ASR33的电传打字机，而电传打字机的英文单词为Teletype（或Teletypewritter），缩写为tty。因此，终端设备也被称为tty设备。这就是TTY这个名称的来源。

1.2 早期的芯片级UART

DEC（Digital Equipment Corporation）公司的Gordon Bell 为该公司的PDP系列计算机设计了第一个UART，不过体积庞大，UART的线路占据了整个电路板；

后来DEC将串行线路单元的设计浓缩为早期的UART单芯片，以方便自己使用。

DEC是美国一家计算机公司；

西部数据（Western Digital）公司在1971年左右将其开发为第一个广泛可用的UART单芯片 WD1402A。这是中型集成电路的早期产品。

Western Digital是美国计算机硬盘驱动器制造商和数据存储公司。

1.3 现代UART的发展

对于仍然需要RS-232串行COM端口的用户，现在通常使用外部USB转UART转换器，常见的有CH340，Silicon Labs 210x的驱动程序，现在很多处理器和芯片都内置了UART。

2 预备知识

通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称为UART），在UART通信中，两个UART直接通信。

发送端的UART将来自控制设备（如CPU）的并行数据转换为串行数据，以串行方式将其发送到接收端的UART，然后由接收端的UART将串行数据转换为并行数据以用于接收设备的正常处理。

这里只需要两条线RX/TX即可在两个UART之间传输数据。具体如下图所示；

3 协议层

UART传输的数据被封装成数据包。每个数据包包含1个起始位，5~9个数据位（取决于UART的具体设置），一个可选的奇偶校验位以及1个或2个停止位，具体如下图所示；

Time	Baud Rate
3333µs (3.3ms)	300
833µs	1200
416µs	2400
208µs	4800
104µs	9600
69µs	14400
52µs	19200
34µs	28800
26µs	38400
17.3µs	57600
8µs	115200
4.34µs	230400

4 传输过程

发送端UART从数据总线转换并行数据：

发送端UART将起始位，奇偶校验位和停止位添加到数据包中：

整个数据包从发送端UART串行发送到接收端UART；接收端UART按照预先配置好的波特率对数据线进行采样：

接收端UART解析接收的数据，丢弃数据包中的起始位，奇偶校验位和停止位：

接收UART将串行数据转换回并行数据，并将其传输到接收端的数据总线：

5 物理层

UART、RS232、RS485在串口通信中，主要区别是电平的不同，其中UART通常使用TTL电平，下面介绍这几个存在的差异；

TTL

TTL全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路(Transistor-Transistor Logic)

输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V；
输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V。

RS232

RS232 逻辑1电平(MARK)=-3V～-15V，逻辑0电平(SPACE)=+3～+15V；

同样的，对于传输数据0x55，即二进制的01010101，RS232和TTL的区别如下；

RS485

RS485是差分信号进行串行传输；

逻辑1以两线间的电压差为+(2~6)V表示；
逻辑"0"以两线间的电压差为-(2~6)V表示；

在工业通信中，使用RS485比较多，因为RS485是差分信号，可以抑制共模干扰，因此在恶劣的环境中拥有很好的抗干扰性，比较稳定；

6 优缺点

没有任何通信协议是完美的，以下是UART的一些利弊，可帮助您确定它们是否适合您的项目需求：

优点

通信只需要两条数据线；
无需时钟信号；
有奇偶校验位，方便通信的差错检查；
只需要接收端和发送端设置好数据包结构，即可稳定通信；

缺点

数据帧最大支持9位数据；
不支持多主机或多从机的主从系统；

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作者：小麦大叔
来源：CSDN
原文：https://great.blog.csdn.net/article/details/109084542
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