一文搞懂UART

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UART简介

    通用异步收发传输器( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter )，通常称作 UART， 是一种异步收发传输器。将数据由串行通信与并行通信间作传输转换， 作为并行输入成为串行输出的芯片 UART 是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。

02

半双工和全双工

• 全双工：发送和接收可同时进行。 

• 半双工：任何时候只能处于发送和接收的某一状态。

03

接口定义

Uart接口很简单，就两根线(RX和TX)。

*注意: 连接时要共地。

04

UART 通信协议

UART的工作原理是将要传输的数据一位接一位地传输。

数据包格式如下:

数据包由起始位、数据帧、奇偶校验位和停止位组成。

其中每一位(Bit) 的意义如下：

• 起始位：发出一个逻辑'0'的信号，表示传输字符的开始, 平时不传输时一直处于高电平(即逻辑'1')。

• 数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是5~8，从最低位开始传送。如果不使用奇偶校验位，数据帧长度可以是9位。

• 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验) 或奇数(奇校验) ，以此来校验数据传送的正确性。

• 停止位：表示数据包的结束。可以是1位、 1.5位、 2位的高电平。停止位有两个作用，一个是结束标志，另一个是做时钟校准。

05

UART工作原理

• 发送数据过程：

空闲状态，线路处于高电平；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间 T，接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电平），一帧数据发送结束。

• 接收数据过程：

空闲状态， 线路处于高电位；当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位） 时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据， 数据接收完毕后， 接着接收并比较奇偶校验位是否正确， 如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。

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TTL电平

• 高电平(逻辑'1')

1.输出：大于2.4V

2.输入：大于2.0V

• 低电平(逻辑'0')

1.输出：小于0.8V

2.输入：小于1.2V

上面指的是5V的TTL电平，5V的TTL和5V的CMOS都是通用的逻辑电平。3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。低电压逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。

07

RS232和RS485

(1)RS232

RS232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准。RS232是9Pin接口。

引脚	名称	说明
1	DCD	载波检测
2	RXD	接收数据
3	TXD	发送数据
4	DTR	数据终端准备好
5	GND	信号地
6	DSR	数据准备好
7	RTS	请求发送
8	CTS	清除发送
9	RI	振铃提示

1）工业控制的RS232口一般只使用Rx、Tx、GND三个引脚。

2）逻辑电平：

逻辑“1”：-3V~-15V

逻辑“0”：+3V~+15V

3）PC与单片机(MCU)之间串口通信需要进行电平转换。比如使用MAX232芯片进行转换，完成TTL电平与RS232电平的转换。

(2)RS485

1) RS485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。

2) RS485采用差分信号来表示电平：

输出:

逻辑电平“1”：-2V~-6V (AB线电压差)

逻辑电平“0”：+2V~+6V (AB线电压差)

输入:

逻辑电平“1”：大于+200mV(AB线电压差)

逻辑电平“0”：小于+200mV(AB线电压差)

3) MAX485芯片用来完成将TTL电平转换为RS－485电平。

(3)RS232和RS485的对比

• RS232：

1、传输距离大概在15米左右

2、只允许一对一通信

3、全双工

• RS485：

1、传输距离大概1200米

2、总线上允许接多达32个发射器和43个接收器

3、半双工

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总结

    UART是通信协议，RS232和RS485是规定了电气特性、逻辑电平和各种信号线的功能。