接口协议(3) - UART
UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，通用异步收发器(串口)，还有一种USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)，通用同步异步收发器，后者比前者多了同步时钟信号，两者支持全双工，半双工，单向通信中的一种或几种。一般是LSB通信，有些支持可配置的MSB/LSB通信。
1. 通信速率
有很多种不同速率，常见的有4800、9600、38400、115200、256000 bps等波特率，查了一些厂商的数据手册，常见的可支持到4/4.5/5Mbps。
2. UART接口
有0(低电平)和1(高电平)两种数据状态，在空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。
2.1 DB9
DTE，数据终端；DCE，数据设备。
| ID | Name | Symbol | Type | Comment |
| 1 | 载波检测 | DCD | Output | Data Carrier Detect，数据载波检测，用于DTE 告知对方，本机是否收到对方的载波信号。 |
| 2 | 接收数据 | RXD | Input | Receive Data，数据接收信号，即输入。 |
| 3 | 发送数据 | TXD | Output | Transmit Data，数据发送信号，即输出。两个设备之间的 TXD 与 RXD 应交叉相连。 |
| 4 | 数据终端就绪 | DTR | Output | Data Terminal Ready，数据终端就绪，用于DTE向对方告知本机是否已准备好。 |
| 5 | 地线 | GND | - | Ground，信号地线。 |
| 6 | 数据设备就绪 | DSR | Input | Data Set Ready，数据发送就绪，用于DCE告知对方本机是否处于待命状态。 |
| 7 | 请求发送 | RTS | Output | Request To Send，请求发送，DTE请求DCE本设备向DCE端发送数据。 |
| 8 | 允许发送 | CTS | Input | Clear To Send，允许发送，DCE回应对方的RTS发送请求，告知对方是否可以发送数据。 |
| 9 | 响铃指示 | RI | Input | Ring Indicator，响铃指示，表示DCE端与线路已接通。 |
DB9接口，当两个设备连接时，其中TXD和RXD交叉连接，CTS和RTS交叉连接，DTR和DSR交叉连接，串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号，使用逻辑1表示信号有效，逻辑0表示信号无效。
2.2 流控制
TXD：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。
RXD：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。
RTS：清除发送，如果使能RTS流控制，当UART接收器准备好接收新数据时就会将RTS变成低电平；当接收寄存器已满时，RTS将被设置为高电平。
CTS：发送请求，如果使能CTS流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测CTS引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。
2.3 TXD/RXD
只使用TXD和RXD两条线，这种实际使用比较多。
3. 起始信号
1 bit逻辑0表示开始。
4. 结束信号
可选0.5/1/1.5/2 bit个逻辑1表示结束。
5. 数据位
可选5/6/7/8 bit逻辑位，如ASCII是7位，扩展BCD码是8位，LSB(小端)传输，有些器件可配置MSB/LSB。
6. 校验位
| ID | Name | Type | Comment |
| 0 | 奇校验 | odd | 奇校验要求有效数据和校验位中"1"的个数为奇数。 |
| 1 | 偶校验 | even | 偶校验要求有效数据和校验位中"1"的个数为偶数。 |
| 2 | 0校验 | space | 0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为"0"。 |
| 3 | 1校验 | mark | 1校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为"1"。 |
| 5 | 无校验 | noparity | 无校验则没有校验位。 |
7. 空闲位
处于逻辑1状态，表示当前线路上没有数据。
8. 工作原理
一般是一帧一帧发送的，而不是连续发送，一帧即起始位 + 数据位 + 校验位 + 停止位。
发送数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间，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(停止位为高电位)，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。
8.1 TXD/RXD
(此为过采样方式，只是其中一种方式)由于UART是异步传输，没有传输同步时钟。为了能保证数据传输的正确性，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，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。
8.2 流控制
RTS流控制
如果RTS流控制被使能，只要UART接收器准备好接收新的数据，RTS就变成有效(接低电平)。当接收寄存器内有数据到达时，RTS被释放，由此表明希望在当前帧结束时停止数据传输。
CTS流控制
如果CTS流控制被使能，发送器在发送下一帧前检查CTS输入。如果CTS有效(被拉成低电平)，则下一个数据被发送，否则下一帧数据不被发出去。若CTS在传输期间被变成无效，当前的传输完成后停止发送。
9. Others
同步模式
USART，在UART的基础上增加了时钟线，USART和UART的TX保持一致，但RX采样方式从电平方式变为边沿方式，时钟拥有极性(CPOL)和相位(CPHA)，类似于SPI，拥有4种模式:
| SPI Mode | CPOL | CPHA | 采样时刻 |
| 0 | 0 | 0 | 奇数边沿 |
| 1 | 0 | 1 | 偶数边沿 |
| 2 | 1 | 0 | 奇数边沿 |
| 3 | 1 | 1 | 偶数边沿 |
红外模式
IrDA是一个半双工通信协议。一般支持到115200bps，如果发送器忙，IrDA接收线上的任何数据将被IrDA解码器忽视；如果接收器忙，从UART到IrDA的TX上的数据将不会被IrDA编码。
单线模式
Single-wire模式下，TX和RX在硬件控制器内部互联，对外只使用TX，不使用RX，一般支持全双工、半双工其中一种或多种。
智能卡模式
SmartCard模式是一个单线半双工通信协议。8位数据位加校验位，发送和接收时为1.5个停止位，对外只使用TX线，不使用RX线，硬件控制器内部使用SW_RX(Software RX)和TX相连。在发送开始位和数据字节期间，发送器的输出使能位TX_EN被置起，在发送停止位期间被释放(弱上拉)。如果TX_EN不被使用，在停止位期间TX被拉到高电平：这样的话，只要TX配置成开漏，接收器也可以驱动这根线。
