二十三、uart串口协议
一、概述
通用异步收发传输器，通常称为UART,是一种异步收发传输器。将数据由串口通信与并行通信件做传输转换，作为并行输入称为串行输出的芯片。
- 一种通用串行数据总线，用于异步通信。
- 总线双向通信，可以实现全双工传输。
二、协议介绍
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一个字符一位一位的传输。其中每一位的意义属下：
- 起始位：先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符开始。
- 数据位：紧接着起始位之后，数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始后传送，靠时钟定位。
- 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验数据传送的正确性。
- 停止位：是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，但是数据传输率也就越慢。
- 空闲位：处于逻辑"1"状态，表示当前线路上没有数据传输。
时序图如下：
三、工作原理
1、发送数据过程
- 空闲状态，线路处于高电平。
- 当收到发送指令后，拉低线路的一个数据位的时间T,接着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，一帧数据发送完成。
2、数据接收过程
- 空闲状态，线路处于高电平。
- 当检测到线路的下降沿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接收 数据或存入缓冲。
由于UART是异步传输，没有传输同步时钟，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，这样即使每个数据有一个时钟的误差，接收端也能正确的采样到数据。
3、UART的接收数据时序
- 当检测到数据的下降沿时，表明线路上有数据进行传输，这是计数器CNT开始计数，当计数器为24=16+8时，采样的值为第0位数据；
- 当计数器的值为40时，采样的值为第一位数据，依次类推，进行后面6个数据的采样。如果需要进行奇偶校验，则当计数器的值为152时，采样的值即为奇偶位。
- 当计数器的值为168时，采样的值为“1”表示停止位，数据接收完成。
一个标准的10位异步串行通信协议（1个起始位、1个停止位和8个数据位）收发时序，如下图所示：
