一文搞懂 UART 通信协议
1、UART 简介
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）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），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 接口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（波特率是指信息传输到信道的速率）设置为相同的值。对于串行端口，设定的波特率将用作每秒传输的最大位数）来管理的。 如果波特率不同，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。
下面总结了关于 UART 必须了解的几点：
3、UART 协议帧
在 UART 中，传输模式为数据包形式。数据包由起始位、数据帧、奇偶校验位和停止位组成。
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
第 1 步：数据从数据总线到发送器。
第 2 步：发送 UART 将起始位、奇偶校验位和停止位添加到数据帧。
第 3 步：从起始位到结束位，整个数据包以串行方式从发送器送至接收器。
接收 UART 以预配置的波特率对数据线进行采样。
第 4 步：接收器丢弃数据帧中的起始位、奇偶校验位和停止位。
第 5 步：接收器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。
拓展学习：
3、 一文看懂Modbus协议
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【不脱发的程序猿】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/59a42e8031e03e19a3636a216】。文章转载请联系作者。
【研究方向】物联网、嵌入式、AI、Python 2018.02.09 加入
嵌入式工程师，创客爱好者，公众号：美男子玩编程，全网粉丝10万+。 CSDN博客专家、微软MVP、华为云云享专家、阿里云专家博主、知乎认证科学技术领域答主。
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