UART串口通信實(shí)驗(yàn)及工作原理

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一種異步收發(fā)傳輸器，是設(shè)備間進(jìn)行異步通信的關(guān)鍵模塊。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)線將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式一位一位地發(fā)送出去，在傳輸?shù)倪^(guò)程中高電平表示發(fā)送的數(shù)據(jù)為“1”，低電平表示數(shù)據(jù)為“0”。異步通信的發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。

UART具有雙向通信能力，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，這提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。此外，UART的串行數(shù)據(jù)傳輸不需要使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)同步傳輸，而是依賴于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間預(yù)定義的配置。

UART通信過(guò)程需要設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、開始/停止位等參數(shù)。波特率決定了發(fā)送數(shù)據(jù)的速度，而數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和開始/停止位則用于確保數(shù)據(jù)的正確傳輸和接收。

在UART通信中，兩個(gè)UART直接相互通信。發(fā)送UART將控制設(shè)備（如CPU）的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行形式，以串行方式將其發(fā)送到接收UART。只需要兩條線即可在兩個(gè)UART之間傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從發(fā)送UART的Tx引腳流到接收UART的Rx引腳。

UART屬于異步通訊，這意味著沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，取而代之的是在數(shù)據(jù)包中添加開始和停止位。這些位定義了數(shù)據(jù)包的開始和結(jié)束，因此接收UART知道何時(shí)讀取這些數(shù)據(jù)。

當(dāng)接收UART檢測(cè)到起始位時(shí)，它將以特定波特率的頻率讀取。波特率是數(shù)據(jù)傳輸速度的度量，以每秒比特?cái)?shù)（bps）表示。兩個(gè)UART必須以大約相同的波特率工作，發(fā)送和接收UART之間的波特率只能相差約10％。

UART串口通信實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)位：8bit，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率115200bps

uart_rxd：數(shù)據(jù)線

clk_cont：循環(huán)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器0-433

115200bps，1bit耗時(shí)1/115200s=8680.5ns

系統(tǒng)時(shí)鐘50MHZ，1時(shí)鐘周期20ns

8680.5/20=434.025，

可認(rèn)為每434個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送1bit位數(shù)據(jù)

rx_cnt：接收數(shù)據(jù)位數(shù)計(jì)數(shù)器。Clk_cnt每計(jì)數(shù)434，rx_cnt+1.記錄接收了多少位（包括起始位和結(jié)束位）。為0是起始位，為9是結(jié)束位。

start_flag：檢測(cè)到uart_rxd下降沿拉高

rx_flag：檢測(cè)到start_flag拉高，它也拉高。檢測(cè)到停止位拉低。

uart_data（寄存器）：在rx_cnt為1時(shí)將數(shù)據(jù)bit0存入寄存器第0位… …

uart_done：傳輸完成標(biāo)志位，rx_cnt為9時(shí)拉高

工作原理

發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線獲取并行數(shù)據(jù)后，它會(huì)添加一個(gè)起始位，一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位來(lái)組成數(shù)據(jù)包并從Tx引腳上逐位串行輸出，接收UART在其Rx引腳上逐位讀取數(shù)據(jù)包。

UART數(shù)據(jù)包含有1個(gè)起始位，5至9個(gè)數(shù)據(jù)位（取決于UART），一個(gè)可選的奇偶校驗(yàn)位以及1個(gè)或2個(gè)停止位：

在實(shí)際應(yīng)用中，UART廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備和系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸和通信。例如，在計(jì)算機(jī)硬件中，UART用于連接計(jì)算機(jī)的內(nèi)部和外部設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)等。在嵌入式系統(tǒng)中，UART也扮演著重要角色，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信。

審核編輯：黃飛