[嵌入式]UART通信协议

通信基础

• 并行通信：多个数据bit位同时传输

• 串行通信：数据bit只能一位一位传输

• 同步串行通信：信息发送设备与接收设备需要时钟同步两者间除数据线连接，还需要额外的时钟线连接
• 异步串行通信：信息发送设备与接收设备之间无时钟连接，信息中包含特殊标志位Start/Stop，接收没备根据特殊标志位利用本地时钟对数据采样
• 单工通信：信息只能单一方向传输。例如：广播、遥控器

双工通信

• 半双工：数据支持双向传输，发送和接收不能同时进行，同一时间只能发送数据或者接收数据。例如：$I^{2}C$

• 全双工 ：数据支持双向传输，接收和发送同时进行。例如：电话、网口、UART

UART

通用异步收发器，是一种通用的串行、异步通用总线。该总线有两条数据线，可以实现全双工发送和接收，在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。

UART帧格式

• 起始位：起始信号一般由一个逻辑“0”的数据位表示

• 数据位：在起始位后，紧接着的是传输数据的主体内容，即有效数据。通常有效数据的长度有5-8位长

• 校验位：在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信很容易收到外界干扰，导致数据传输出现偏差，因此，可以在传输过程中加上数据校验位来解决这个问题。校验方法有奇偶校验，0校验，1校验以及无校验

• 停止位：停止信号可由1,1.5或2个逻辑“1”的数据位表示

• 波特率：用于描述UART通信时的通信速度，其单位为bps（bit per second）即每秒钟传送的码元。

UART硬件连接

硬件连接

• UART控制器：一般情况下处理器中都会集成UART控制器，我们使用UART进行通信时候只需对其内部的相关寄存器进行设置即可

UART存在的问题

• 电气接口不统一

UART只是对信号的时序进行了定义，而未定义接口的电气特性

UART通信时一般直接使用处理器使用的电平，即TTL电平，但不同的处理器使用的电平存在差异，所以不同的处理器使用UART通信时一般不能直接相连

UART没有规定不同器件连接时连接器的标准，所以不同器件间通过UART通信时连接很不方便

• 抗干扰能力差

UART一般直接使用TTL信号来表示0和1，但TTL信号的抗干扰能力较差，数据在传输过程中很容易出错

• 通信距离极短

因为TTL信号的抗干扰能力较差，所以其通信距离也很短，一般只能用于一个电路板上的两个不同芯片之间的通信