最常见的嵌入式通信协议—— UART | 深入数据帧格式

最常见的嵌入式通信协议—— UART | 深入数据帧格式

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/joker520522/article/details/142465151

UART

UART（通用异步收发器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种串行、异步、全双工的通信协议，在嵌入式领域应用非常广泛。

硬件接线

• 通信双方TX、RX交叉连接
• 通信双方共地

数据帧格式

• 启动位：占1个位长，保持逻辑0电平
• 有效数据位：可选5、6、7、8、9个位长（通常是8bit），LSB在前，MSB在后，即最低有效位在前
• 校验位：1位，可选是否有，常见的是奇偶校验位
• 停止位：可选1、1.5、2个位长，保持逻辑1电平，停止位不仅仅表示传输的结束，也是在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，不同时钟的容忍程度越大
• 空闲位：总线空闲时默认逻辑1电平

波特率

波特率和比特率的定义

• 比特率：每秒钟传输的比特数，单位 bit/s，bps
• 波特率：每秒钟传输的码元数，单位 symbol/s，Baud

波特率和比特率之间的关系

举一个生活化的例子，如果把通信系统类比到公共交通运输系统，那么比特的概念就是运输的最小单位——人，而码元可以类比为出租车、公交车、火车等等不同的交通运输车辆。波特率可以理解为单位时间内的发车数量，比特率可以理解为单位时间内运输的出行人数。

比特率 = 波特率 * log2M，M 表示每个码元承载的信息量（ M 也可以认为是进制数）。

二进制系统中，每个码元都存在2种状态，所以波特率数值上等于比特率。

波特率的作用

在串口通信中，发送端和接收端需要规定好一个相同的波特率，才能保证通信正常。在描述波特率的作用时，我比较喜欢用打羽毛球来进行比喻。发送端是发球的人，接收端是接球的人，而波特率就是两个打球的人挥拍的频率，如果这两个人的节奏一致，羽毛球就可以很长时间不落地。而如果有快有慢，甲的球刚刚发出去，乙的球拍已经挥完放下了，就很容易出现丢球的情况。

8N1 表示的是什么意思？

8N1：8 表示的是数据位8位，N 表示的是无校验位，1 表示的是1位停止位

除了最常见的 8N1 之外，还有：

• 7E1：7个数据位，偶校验位，1个停止位
• 8O2：8个数据位，奇校验位，2个停止位

UART 通信分析实践

UART在波特率为9600、数据帧格式为默认 8-N-1 的情况下：

发送"Hello, World!"，请写出数据帧。

1. "Hello,World!"一共有12个字节，所以一共需要发送12个UART数据帧。
2. 根据ASCII码，将字节转成二进制表示：

3. 串口通信的数据位通常是 LSB 先发送，这意味着在传输字符的时候，二进制表示的 ASCII 码是从右向左发送的。

4. 数据格式默认8-N-1，所以开始位1位，结束位1位，无校验位。S 代表起始位，E 代表停止位:

每秒传输多少个有效字节？每秒传输多少个有效比特？

1. 1 byte = 8 bit，但是 UART 协议中包含开始位和结束位，所以每秒钟传输的字节数 = 9600/10 = 960
2. 根据计算出的每秒钟传输的字节数，每秒钟传输的比特数是 960*8 = 7680

Review

1. UART属于哪种类型的通信方式？
2. 请绘制出UART通信的硬件接线图。
3. 波特率和比特率之间的区别是什么？
4. UART在波特率为9600、数据帧格式为默认8-N-1的情况下，发送"Hi"，请写出数据帧。（“H” 的 ASCII 值为72， “i” 的 ASCII 值 为105）
5. UART在波特率为9600、数据帧格式为 7-E-1 的情况下，每秒传输多少个有效字节？每秒传输多少个有效比特?

参考：

1. 超简单的一种通信，2分钟搞懂，串口通讯的工作原理！- B站 - 爱上半导体
2. 一文搞懂比特率和波特率 - 知乎 - 奔跑的
3. 串口通信8N1 - CSDN - modi000
4. UART串口协议详解 - 知乎 - 曾小庆