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串口UART串行总线协议

高工
2019-01-16 10:53:00    评分

串口UART

串行端口是异步的(不传输时钟相关数据),两个设备在使用串口通信时,必须先约定一个数据传输速率,并且这两个设备各自的时钟频率必须与这个速率保持相近,某一方的时钟频率相差很大都会导致数据传输混乱。


###1 硬件连接

UART可以理解为可以用一线总线就可以完成数据的传输,连接图如下


VCC 用来给设备提供电源的,如果设备有电源,可以省略

TX 顾名思义 就是CPU发送数据给设备-对应接设备的RX

RX 顾名思义 就是CPU接收设备的数据-对应接设备的TX

GND 地线的作用,做嵌入式的应该必须要了解,没有GND怎么有参考信号


###2 软件通信协议

UART作为异步串口通信协议的一种,工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

串口通信协议还有很多其他的,详细可以看这个串口通信协议


UART协议定义,如下图



其中各位的意义如下:


起始位:先发出一个逻辑”0”的信号,表示传输字符的开始。

资料位:紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等,构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送,靠时钟定位。

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

停止位:它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容忍程度越大,但是数据传输率同时也越慢。

空闲位:处于逻辑“1”状态,表示当前线路上没有资料传送。

波特率:是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数(symbol)。一个符号代表的信息量(比特数)与符号的阶数有关。例如资料传送速率为120字符/秒,传输使用256阶符号,每个符号代表8bit,则波特率就是120baud,比特率是120*8=960bit/s。这两者的概念很容易搞错。

波特率计算示例

如图:


第一个字节的10位(1位起始位,8位数据位和1位停止位)共占约1.05ms,这样可计算出其波特率约为:10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s

一般UART设置窗口如下图



##3 示波器逻辑分析仪测量UART波形

如果你是一个做嵌入式软件的,但是你不会量波形,会很丢脸,至少我可以知道示波器有一个AutoSet的按钮,当然,你也可以用逻辑分析仪,这个对软件工程师来说更加方便。

下面列举协议分析的图片

连续的数据波形:0xFF,0x00,…,0x80的波形。可以看出,如果要发送0b0000 0001, 按时间顺序则是,低(起始位),高(1),低(0),低(0),低(0),低(0),低(0),低(0),低(0)。但是后面的7个连续的低电平连接在一起,就形成了一个较长低电平。







管理员
2019-01-16 11:07:14    评分
2楼

谢谢楼主分享


专家
2019-01-17 10:05:51    评分
3楼

串口 差不多是最典型的异步通讯的应用吧


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