[嵌入式]UART串口通信

串行接口简称“串口”，即采用串行通信方式的接口。
串行通信将数据字节分成一位一位的形式，在一条数据线上逐个传送。
串行通信的特点：通信线路简单，但传输速度较慢。
因此，串行接口广泛应用于对数据传输速度要求不高的场合，如嵌入式、工业控制等领域中。

串行通信分为两种方式：

1. 同步串行通信
2. 异步串行通信

同步串行通信：需要通信双方在同一时钟的控制下，同步传输数据；
异步串行通信：通信双方使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。

UART 是一种采用异步串行通信方式的通用异步收发传输器（universal asynchronous receiver-transmitter）。
UART在发送数据时，将并行数据转换成串行数据来传输；
UART在接收数据时，将接收到的串行数据转换成并行数据。

UART 串口通信需要两根信号线来实现：

1. 一根用于串口发送
2. 一根负责串口接收

UART 在发送 / 接收过程中的一帧数据由 4 部分组成：

1. 起始位：标志着一帧数据的开始
2. 数据位：一帧数据中的有效数据
3. 停止位：标志着一帧数据的结束
4. 奇偶检验位：校验位分为奇校验和偶校验，用于检验数据在传输过程中是否出错；
   ①奇校验时，发送方应使数据位中 1 的个数与校验位中 1 的个数之和为奇数；接收方在接收数据时，对 1 的个数进行检查，若不为奇数，则说明数据在传输过程中出了差错。
   ②偶校验则检查 1 的个数是否为偶数。
   
   UART 通信过程中的数据格式及传输速率是可设置的，为了正确的通信，收发双方应约定并遵循同样的设置。
   数据位可选择为 5、6、7、8 位，其中 8 位数据位是最常用的，在实际应用中一般都选择 8 位数据
   位；
   校验位可选择奇校验、偶校验或者无校验位；
   停止位可选择 1 位（默认），1.5 或 2 位。
   串口通信的速率用波特率表示，它表示每秒传输二进制数据的位数，单位是 bps（位/秒），常用的波特率有 9600、19200、38400、57600 以及 115200 等。

在设置好数据格式及传输速率之后，UART 负责完成数据的串并转换，而信号的传输则由外部驱动电
路实现。
电信号的传输过程有着不同的电平标准和接口规范，针对异步串行通信的接口标准有 RS232、RS422、RS485 等，它们定义了接口不同的电气特性，如 RS-232 是单端输入输出，而 RS-422/485 为差分输入输出等。

RS-232 接口标准出现较早，信号采用负逻辑电平、单端传输方式工作。
通过一根信号线发送，一根信号线接收，加上一根地线，RS-232 可实现全双工通信。
由于单端传输方式抗干扰能力差，导致 RS-232 标准通信距离短（小于 15 米），数据传输速率低等问题。另外 RS-232 仅支持一对一通信，存在无法实现多个设备互联的缺点。

RS-422 由 RS-232 发展而来，它是为弥补 RS-232 之不足而提出的。

RS-422 采用差分传输（又称平衡传输）方式，将最大传输速率提高到 10Mbps；当传输速率在 100kbps 以下时，传输距离可达 1200 米。

由于采用差分传输方式，RS-422 需要 4 根信号线来实现全双工通信，两根用于发送、两根用于接收，一般会再加上一根地线。RS-422 允许在一条传输总线上连接最多 10 个接收器，从而实现单个设备发送，多个设备接收的功能。

为扩展应用范围，在 RS-422 基础上又制定了 RS-485 标准。RS-485 同样采用差分传输方式，但是 RS-485 只有 2 根信号线，由发送和接收共用，因此发送和接收不能同时进行，只能实现半双工通信。RS-485 增加
了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，各设备通过使能信号控制发送和接收过程。

RS232 接口标准出现较早，可实现全双工工作方式，即数据发送和接收可以同时进行。在传输距离较短时（不超过 15m），RS232 是串行通信最常用的接口标准。

补称RS232、RS422、RS485相关知识：
通常，我们会使用串行接口（串口）进行通讯，但串行接口只适合2个设备之间的通信，当我们进行一对多的通信时，造成的不便，制约了串行数据的收发。因此，使用RS232通讯协议以及RS422和RS485通讯协议可以很好的解决这个问题。

RS485、RS232、RS422的区别