UART通信协议应用示例

UART 串口通信协议非常简单，因为没有时钟同步，只需要3 根线即可完成通信，即RXD、TXD 和GND，而且RXD 和TXD 是保持相互独立，通信时序完全一样。下面重点介绍UART 通信数据帧结构，以及传输实现过程。

1. 数据帧格式

所谓数据帧是指UART 在进行串行通信时，控制位和数据位组成的一组数据集合。其格式主要由起始位、数据位、奇偶校验位、停止位构成，如图5.28 所示。

图5.28　UART 数据帧结构

（1）起始位：先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符的开始。

（2）数据位：指发送有效数据内容，通常可以设置为5～8 位，低位在前，高位在后。

（3）奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式，有4 种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。

（4）停止位：它是一个字符数据的结束标志，可以是1 位、1.5 位、2 位的高电平。

（5）波特率：这是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的二进制位数。

2. 发送/接收时序(www.xing528.com)

一个标准的10 位（1 个起始位、1 个停止位和8 个数据位）异步串行通信协议的发送和接收时序分别如图5.29 和5.30 所示。

图5.29　UART 发送时序

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T，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。

图5.30　UART 接收时序

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。

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。

UART 的接收数据时序为：当检测到数据的下降沿时，表明线路上有数据进行传输，这时计数器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1 位数据，以此类推，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，一帧数据接收完成。