UART是用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備的芯片。有一點(diǎn)要注意的是,它提供了數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口,這樣計(jì)算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。
UART通信簡(jiǎn)介
在UART通信中,兩個(gè)UART直接相互通信。發(fā)送UART將來(lái)自CPU等控制設(shè)備的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行形式,并將其串行發(fā)送到接收UART,接收UART然后將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回接收設(shè)備的并行數(shù)據(jù)。在兩個(gè)UART之間傳輸數(shù)據(jù)只需要兩根線(xiàn)。數(shù)據(jù)從發(fā)送UART的Tx引腳流向接收UART的Rx引腳:
UART以異步方式發(fā)送數(shù)據(jù),這意味著沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)將發(fā)送UART的位輸出與接收UART的位采樣同步。發(fā)送UART不是時(shí)鐘信號(hào),而是將開(kāi)始和停止位添加到正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中。這些位定義數(shù)據(jù)包的開(kāi)始和結(jié)束,因此接收UART知道何時(shí)開(kāi)始讀取位。
當(dāng)接收UART檢測(cè)到起始位時(shí),它開(kāi)始以稱(chēng)為波特率的特定頻率讀取輸入位。波特率是數(shù)據(jù)傳輸速度的度量,以每秒位數(shù)(bps)表示。兩個(gè)UART必須以大致相同的波特率運(yùn)行。發(fā)送和接收UART之間的波特率只能相差10%左右。
兩個(gè)UART還必須配置為發(fā)送和接收相同的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。
UART如何工作
UART傳輸數(shù)據(jù)依靠的是UART總線(xiàn),數(shù)據(jù)總線(xiàn)用于通過(guò)CPU,存儲(chǔ)器或微控制器等其他設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART。數(shù)據(jù)以并行形式從數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳輸?shù)桨l(fā)送UART。在發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線(xiàn)獲得并行數(shù)據(jù)之后,它將添加起始位,奇偶校驗(yàn)位和停止位,從而創(chuàng)建數(shù)據(jù)包。接下來(lái),數(shù)據(jù)包在Tx引腳上逐位串行輸出。UART接收端則在其Rx引腳上逐位讀取數(shù)據(jù)包。然后,接收UART將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行形式,并刪除起始位,奇偶校驗(yàn)位和停止位。最后,接收UART將數(shù)據(jù)包并行傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線(xiàn):
UART傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被組織成數(shù)據(jù)包。每個(gè)數(shù)據(jù)包包含1個(gè)起始位,5到9個(gè)數(shù)據(jù)位(取決于UART),可選的奇偶校驗(yàn)位以及1或2個(gè)停止位:
開(kāi)始位
當(dāng)UART數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)不傳輸數(shù)據(jù)時(shí),它通常保持在高電壓電平。為了開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸,發(fā)送UART將傳輸線(xiàn)從高電平拉至低電平一個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)接收UART檢測(cè)到高電壓到低電壓轉(zhuǎn)換時(shí),它開(kāi)始以波特率的頻率讀取數(shù)據(jù)幀中的位。
數(shù)據(jù)框
數(shù)據(jù)框包含要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)。如果使用奇偶校驗(yàn)位,則它可以是5位到8位長(zhǎng)。如果不使用奇偶校驗(yàn)位,則數(shù)據(jù)幀可以是9位長(zhǎng)。在大多數(shù)情況下,數(shù)據(jù)首先以最低有效位發(fā)送。
奇偶校驗(yàn)位
奇偶校驗(yàn)描述數(shù)字的均勻性或奇數(shù)。奇偶校驗(yàn)位是接收UART在傳輸過(guò)程中判斷是否有任何數(shù)據(jù)發(fā)生變化的一種方法。電磁輻射、不匹配的波特率或長(zhǎng)距離傳輸時(shí),數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化。接收UART讀取數(shù)據(jù)幀后,它會(huì)計(jì)算值為1的位數(shù),并檢查總數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)。如果奇偶校驗(yàn)位為0(偶校驗(yàn)),則數(shù)據(jù)幀中的1位應(yīng)總計(jì)為偶數(shù)。如果奇偶校驗(yàn)位是1(奇校驗(yàn)),則數(shù)據(jù)幀中的1位應(yīng)總計(jì)為奇數(shù)。當(dāng)奇偶校驗(yàn)位與數(shù)據(jù)匹配時(shí),UART知道傳輸沒(méi)有錯(cuò)誤。但如果奇偶校驗(yàn)位為0,然而1位應(yīng)總計(jì)為奇數(shù);或者奇偶校驗(yàn)位是1,并且1位應(yīng)總計(jì)是偶數(shù),則數(shù)據(jù)幀中的位已經(jīng)改變。
停止位
為了通知傳輸數(shù)據(jù)包的結(jié)束,UART發(fā)送端會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)從低電壓驅(qū)動(dòng)至高電壓至少兩位持續(xù)時(shí)間。
UART傳輸步驟
1.發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線(xiàn)并行接收數(shù)據(jù):
2.發(fā)送UART將起始位,奇偶校驗(yàn)位和停止位添加到數(shù)據(jù)幀:
3.整個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)送UART串行發(fā)送到接收UART。接收UART以預(yù)先配置的波特率對(duì)數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行采樣:
4.接收UART丟棄數(shù)據(jù)幀中的起始位,奇偶校驗(yàn)位和停止位:
5.接收UART將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行并將其傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線(xiàn):
UART的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
沒(méi)有任何一種通信協(xié)議是完美的,以下是一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),可幫助您確定它們是否符合您項(xiàng)目的需求:
優(yōu)點(diǎn)
只使用兩根電線(xiàn)
不需要時(shí)鐘信號(hào)
有一個(gè)奇偶校驗(yàn)位
只要雙方設(shè)置后,就可以改變數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)
有完整的文檔并且具有廣泛的使用
缺點(diǎn)
數(shù)據(jù)幀的大小限制為最多9位
不支持多個(gè)從屬或多個(gè)主系統(tǒng)
每個(gè)UART的波特率必須在10%之內(nèi)