串口通信的时序

本文详细介绍了串口通信的时序结构,包括起始位、数据位、校验位和停止位的作用。同时讨论了串口的特性,如其简单易用、长距离传输和低成本,以及在工业控制、嵌入式系统和教育领域的应用。还提到了波特率这一关键参数的含义。

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串口通信的时序

串口通信的时序主要由起始位、数据位、校验位和停止位组成。

1.起始位:在每个字节的起始,首先发送一个低电平信号,用于同步发送方和接收方的时钟。
2.数据位 :随后发送数据位,数据位的数量由通信协议决定,常见的有5、6、7、8位。
3.校验位 :如果通信协议中设置了校验位,那么在数据位之后发送校验位。校验位的目的是检查数据在传输过程中是否发生错误。
4.停止位 :在每个字节的末尾,发送一个或多个高电平信号,用于标识字节的结束。停止位的数量也由通信协议决定,常见的有1、1.5、2位。35b94d043c1848dda0bc714effb13431.jpg

 

串口特点

1.简单易用 
2.距离较长
3.低速传输 4.成本低廉

串口的应用场景

1.工业控制 
2.嵌入式系统 
3.科学实验与教学研究 

波特率:表示每秒传输的符号(bit)数

 

 

### 串口通信时序图及相关协议分析 #### 什么是串口通信时序图? 串口通信时序图描述了数据在串行通信中的传输过程及其时间关系。它展示了信号线的状态变化以及如何通过这些状态完成一次完整的数据交换。典型的串口通信时序图会显示起始位、停止位、数据位和校验位的时间分布[^1]。 #### UART串口协议时序图详解 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一种常见的串口通信协议,其时序图通常由以下几个部分组成: - **起始位**:表示数据帧开始的一个低电平信号。 - **数据位**:实际要传输的数据,通常是5到9位不等。 - **可选奇偶校验位**:用于检测传输错误的额外比特。 - **停止位**:标记数据帧结束的一或两个高电平信号。 逻辑分析仪捕获的UART时序图能够清晰展示上述各阶段的具体波形形态,便于开发者调试和验证通信质量[^2]。 #### 不同类型的串口通信模式 除了基本的UART外,还有其他形式的串行总线技术适用于不同场景下的需求: ##### IIC (Inter-Integrated Circuit) 总线 I²C 是一种两线制同步串行总线标准,主要用于短距离芯片间通讯。它的特点是以较低速率工作但支持多主控器架构,在手机内部组件连接等方面应用广泛。相比传统RS系列接口,I²C减少了所需导线数量,简化了PCB布局设计难度的同时提高了抗干扰能力[^3]. ##### SPI(Serial Peripheral Interface) 不同于前述提到的各种异步或者准双向操作机制,SPI采用四条独立线路分别负责MOSI(Master Out Slave In),MISO(master in slave out),SCLK(serial clock)及SS(slave select).这种配置允许更快的数据吞吐率而且不需要复杂的握手流程来维持同步性.然而由于占用更多GPIO资源限制了节点数目扩展可能性因此更适合一对一近距离高速交互场合.[^4] #### 数据传输特性对比表 | 特征 | RS-232 | IIC | SPI | |--------------|-------------|-------------|---------------| | 导线数 | 多根 | 2 条 | 至少 4 条 | | 工作速度 | 较慢 | 中速 | 高速 | | 距离适应范围 | 远程可达几十米 | 几十厘米以内最佳性能发挥区域 | 同板级最优表现 | 以上表格总结了几类常见串行链接各自的优劣势考量因素. ```python def uart_frame_analysis(data_bits=8, parity='none', stop_bits=1): """ Simulate the timing of a single UART frame based on given parameters. Args: data_bits(int): Number of bits used to represent actual information per character transmitted over serial line. Common values include {5..9}. parity(str): Type of error checking employed; options are 'even','odd' or no check('none'). stop_bits(float): Defines how many high-level periods follow after last bit has been sent within one byte period. Can be either integer value like `1`or fractional such as`1.5`. Returns: dict: A dictionary containing details about each component part making up entire transmission cycle including their durations relative some arbitrary unit time base assumed constant throughout simulation run-time context. """ components = {} # Assuming start_bit always takes exactly same amount fixed duration regardless other settings specified above... components['start'] = {'duration':1,'level':'low'} if parity != 'none': components['parity']= {'value':calculate_parity_value(),'duration':1} components['data']=[{'value':bit,'duration':1}for bit in generate_data_sequence(length=data_bits)] components['stop']={'count':int(stop_bits),'levels':['high']*ceil(stop_bits)} return components # Helper functions omitted here for brevity's sake but would contain logic necessary implement functionality described previously.. ```
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