UART串口协议

一、简介

UART：通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，是一种串行、异步收发传输器。

二、特点

1、两条数据线（RX、TX），可双向通信，可以实现全双工（同时发送和接收）；

2、异步，传输数据的两个设备间时钟不需要同步，不像I2C有一根线SCL进行同步；

3、串行，计算机内部为并行数据，发送时将字符整理为1位、1位的串行数据流发送，接收时将1位、1位转换为字符，供计算机内部并行数据的器件使用；

三、工作逻辑

一根线负责发送，一根线负责接收，从而实现全双工通信。数据的成功传输绕不开以下几个逻辑，未传数时的状态，什么时候开始发送、识别发送了什么、发送数据是否正确、什么时候终止发送。从这个角度看UART的工作原理如下：

1. 未传数时的状态：当未进行数据传输时，传输线处于空闲状态，为高电平即逻辑“1”的状态；

2. 什么时候开始发送：数据开始发送，则传输线状态应改变，以识别数据开始传输，故从空闲状态高电平拉低为低电平（“1”—>“0”），即为确认开始发送数据；

3. 识别发送了什么：a) 没有时钟同步，发送的数据就是一串高低电平的变化，因此需约定“1位”的数据有多长即位周期（与波特率相关），才能识别出到底发送了什么； b）发送的数据，先发的bit是高位，还是低位，也是需要注意的；

4. 发送数据是否正确：数据发送过程中，由于时钟不同步，可能出现误码的情况，因此存在一个校验位，该位为奇偶校验位，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），以次来校验数据传送的正确性。

5. 什么时候终止发送：数据结束标志，其状态应该回到空闲态，表示无数据传输，一般为1/1.5/2位（高电平）。

上述的几个传输状态对应着UART传输数据的帧结构，分别由空闲位、起始位、数据位、奇偶校验位、停止位构成，示意图如下：

同时需注意，UART是异步传输，没有同步时钟，为了保证数据的正确性，UART采用16倍数据波特率的时钟进行采样。每个数据有16个时钟采样，取中间的采样值，以保证采样不会滑码或误码。一般UART一帧的数据位数为8（1次传1个字符，1个字符8位），这样即使每个数据有一个时钟的误差，接收端也能正确地采样到数据。（检测到下降沿开始计数）