UART相关知识总结

推荐一篇博文，文章对UART协议的解析非常棒！： https://blog.csdn.net/update7/article/details/112852158

（以下速率描述内容摘自https://blog.csdn.net/ss343fd/article/details/54880037）

RS232：传输速率一般不超过20Kbps，速率低，抗干扰能力差，RS-232C能传输的最大距离不超过15m（50英尺）。

RS422：定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。

RS485：增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。最高传输速率10Mbps，抗干扰能力强，可以传距离1.5km。

平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

USART ⇒ USART:(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter USART在通信线上，一般有四根管理数据发收的线，分别是TX、RX、CTS、RTS。 USART支持同步模式发收，可以做数据流控。就是通过CTS、RTS两根线进行流控管理。

UART ⇒ 通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，仅支持异步发送。

关于UART两个基本的概念：波特率、数据帧需要了解。     波特率：单位为bps，意为 bit per second，即是每秒传送的bit的数量。串口常见的波特率为9600，14400，57600、115200等。

    以9600为例，意思为1秒传输了9600bit，那么传输1bit所用的时间为：1 /9600 ≈ 104us。这里计算出来的时间到底有何作用呢，可以理解为特定波特率下，UART的逻辑电平保持的时间长度，比如9600波特率下，发送bit 1，需要维持逻辑高电平104us，发送bit 0，则需要维持低电平104us。下文将会结合时序图进行分析。

    数据帧：UART的帧数据结构通常为,起始位(1bit)、数据位(5-8bit)、奇偶校验位(1bit 可选)、停止位(1/1.5/2 bit)，一般UART不需要奇偶校验，发送8bit数据情况下，UART的一帧数据长度为10bit

    这里放一张UART帧数据的图示。（该图从参考博文中引用）     图中所发UART数据为0x33 (二进制：0 11001100 1),由于数据是从低位(LSB)开始发送，所以实际上发送的数据为11001100的反序，即00110011 (0x33)。     可以看到数据帧中，0(起始位1bit) 11001100(8bit数据) 1(停止位1bit) 这里省略了奇偶检验位。

    空闲位为1，表示逻辑高电平，当UART处于空闲状态时，一直保持高电平，发送数据结束时，最后恢复为高电平，即逻辑电平为1。

起始位为0,表示逻辑低电平，占用1bit，当状态由空闲(高电平)->起始位(低电平)，表示准备开始发送UART数据。这里就涉及到波特率的问题了，若想在9600波特率下表示起始位，则需要维持低电平时间至少104us左右。

    数据位一般为5-8bit，最常用的多为7bit、8bit，7bit可以传输一个ASCII码。8bit刚好是1字节数据。     当起始位开始后，逻辑高电平表示bit 1，逻辑低电平表示bit 0，9600波特率下，电平时间同样需要维持至少104us左右。需要注意的是UART发送数据是采用LSB格式，即低位先发出。图中发送0x33，那么对应的数据格式的二进制为 1100 1100.

    一般情况，可以不使用奇偶检验。即是加入奇偶校验位，只能判断数据传输出错并丢弃数据帧，但不可以像TCP协议一样触发重传机制。     奇偶检验分为奇校验、偶校验。关于奇偶校验的理解，可以参考文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/29693940     文章中奇偶校验的理解非常易懂：     奇校验：保持除起始位外，数据中1的个数位奇数。如发送数据0x33(1100 1100)，1100 1100中1的个数为4，奇校验为了保持1的总数为奇数，校验位需要再补一个1，从而使数据位与校验位1的总个数为5，为奇数。

(PS:下文两张奇偶校验图示从上述参考博文引入)     偶校验：保持除起始位外，数据中1的个数位偶数。同样道理。如发送 0x33 (1100 1100) 。数据位中，1的个数为4，已经是偶数，那么校验位则无需再补充1，填0即可。

    停止位为逻辑高电平，表示一帧数据已经传输结束。9600波特率下，高电平至少维持104us。停止位有1、1.5、2bit。以这里的理解为高电平保持的时间，即分别是1 x 104us、1.5 x 104us、2 x 104us。

若想连续发送多帧UART数据，则每一帧数据都需要重复上述的过程，直至所有的数据帧发送完毕。

需要了解波特率的定义，bit per second，每秒发送的bit数，通过该概念可以算出电平维持时间，1秒/波特率

传输数据过程，为LSB，低位数据先发。逻辑高电平表示数据bit 1， 逻辑低电平表示数据bit 0.

空闲位，为高电平。

启动位，为低电平， 启动过程相当于从高电平（空闲位）切换至低电平，表示启动。

数据传输位数，5-8bit。

奇偶校验，非必要。 表示需要维持数据位中1的数量，奇数/偶数。 通过校验位来补全1的数量，为奇数或者偶数。

停止位有1、1.5、2bit，一般为1bit。

接线需要TX、RX反接，需要共GND。

数据帧格式 空闲位 + 起始位 + 5-8bit数据位 + 奇偶（可选） + 1/1.5/2bit的停止位