Uart协议——硬件时序

通信协议概述

电平标准：

Uart使用TTL电平标准，即3.3V/5V表示1，0表示0

补充一下另一种常见的电平标准 RS485

两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

硬件电路：

从硬件电路可以得到的信息是，uart是一种全双工，异步的协议

即：

全双工--发送的同时可以接收

异步  --没有时钟线，依赖其他约定来进行同步

同时，可以看到TX和RX是不需要上拉/下拉的，这是因为：

UART的输出使用的是推挽输出，TX由自身的推挽输出保证电平；RX由对端的推挽输出保证电平

时序

任何一种协议在电路上的表现就是高低电平两种状态，而UART由于没有时钟线，因此必须解决通信双方的时许问题；

同时也没有SPI那种单独的使能信号，因此也需要有一种状态来表明通信开始和结束

基于以上两个问题，引出UART的重要参数

波特率：用于两个设备间同步信息的速率

起始位：一个bit的时间，必须为低电平

停止位：可配置的bit时间，必须为高电平，也必须要有

校验位：可配置奇偶检验，可以不配置

数据位：1表示1，0表示0，低位先行

波特率

含义：

波特率是通信双方同步的基准，他的意义是单位时间内传输的符号数

对于UART来说，如果波特率为115200，也就意味着1秒传输115200个bit的数据，如果设置none校验，1停止位，那么一秒就能传输11520帧数据，也就是11520byte有效数据

时钟来源：

       波特率对于UART的时钟来说，都是一个非常低的速率，因此，都是通过对UART的时钟进行分频DIV来生成的。分配后的时钟也并不会对电平进行直接采样，这里还涉及一个超采样OSC的概念

超采样：

       为了尽可能地保证信号的可靠，防止采样时因为毛刺对通信的影响，会对接收到的电平进行超采样，假设以实际波特率8倍的速率对接收信号进行采样，一般而言，有两种超采样方式：

1. 取中间3次超采样的值，如果中间三个值是101，则认为该次信号为高
2. 简单得选取最中间的值

由于UART总是用在短途通信，尤其是调试上，因此这两种方式都没啥问题

起始/停止/校验位

UART没有像SPI的EN信号，单独控制通信的开始与结束，因此他必须有方式来告之对方接收端通信开始，通信结束

这里就涉及几个概念：

-idle电平，在UART中，空闲时为高电平

-起始条件，既然空闲是高电平，那么起始条件就理所当然的是一个下降沿，这也就是UART中的起始位，固定为1个bit长度

-终止条件，从通信状态回到空闲状态，也就是停止位，一个上升沿，高电平的时间可配置，支持1/1.5/2个bit

       由于uart是没有时钟的，因此除了超采样之外，还提供了可选的校验位，他在数据位和停止位之间，所谓偶校验，就是让数据位中的高电平+校验位中高电平的数量保持偶数，奇校验同理

数据位

数据位的长度也是可配的，一般常用的有8位和9位

8位数据长度是最常用的，有效的数据就是一个byte，非常适合用于端对端的通信

唯一可以聊的就是他是低位先行的

如果发送0X55，即01010101

在时序上，是按照 10101010来发送的

PS：这里再补充一下内存中的大端序，小端序，要记住这个顺序是字节序，也就是一个字节内的数据是始终不变的，大端序小端序决定的是相邻字节的排序

再补充一下MSB和LSB

MSB指的是Most Significant Bit，这里就是P前面那个0

LSB 指的是 Least Significant Bit，这里就是S后面那个1

另一种较为常见的是9bit数据位

在多机通信（multi-drop 或 multi-processor communication）中，通常有一个主机（Master）和多个从机（Slaves）。在这种场景下：

• 9-bit 作为地址位：主机发送数据时，使用 9-bit 模式，其中第 9 位（MSB）用于区分数据帧和地址帧。
• 从机的行为：
  • 当接收到地址帧（第 9 位 = 1）时，从机检查是否匹配自己的地址，如果匹配，就继续接收数据。
  • 当接收到数据帧（第 9 位 = 0）时，仅被选中的从机会处理数据，而其他从机则忽略它。

这种方式减少了从机不必要的处理，提高了系统效率。