一、uart通讯协议之——rs232篇_rs232 uart

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一、uart通信协议

UART，全称是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，是一种双向、串行、异步的通信总线。典型的UART一般使用3根线，分别是发送线（TX）、接收线（RX）和地线（GND），无时钟线，故称为异步串行通信接口。通信时必须将双方的TX和RX交叉连接并且GND相连才可正常通信，如下图1所示：

UART可以实现全双工通信，常用于控制系统与外设通信，包括控制器与控制器，控制器与终端设备等。UART通信线路简单，成本低，传输距离远，但传输速度慢。

1.1 UART通信原理

1.1.1 接线方式

如上图1所示，发送端的TX线要对接接收端的RX线。

1.1.2 数据传输方式

UART只用1根线发送或者接收数据，数据在总线上是一位一位串行地传输。

1.1.3数据帧格式

UART在协议层中规定了数据帧的格式容，具体包括起始位、数据位、校验位以及停止位，通讯的双方必须将数据帧的格式约定一致才能正常收发数据；并且每传输一帧数据时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，一帧数据之间没有固定的时间间隔要求。

1.1.4通信速率

UART的通信速率使用波特率来表示，指每秒传输的数据位数，单位bps（bits per second），如常见的波特率115200，即表示1秒传输115200bit数据，由此可计算出每bit所维持时间约为1/115200s≈8.68us。
UART没有时钟线，是异步串行通信接口，故通讯的双方必须设置相同的波特率才能正常收发数据。

1.2 UART通信协议

1.2.1 空闲位

    空闲时数据线为高电平状态，代表无数据传输；
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1.2.2 起始位

    UART发送端发送1位低电平并保持一定时间（一位数据的时间就是波特率的倒数），表示传输字符的开始；当UART接收端检测到高电压到低电压转换时，它开始以设定的波特率频率读取数据帧中的数据；
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1.2.3 数据位

    在起始位之后，UART发送端开始发送数据，数据帧长度可以是5 位到 8 位；
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1.2.4 校验位

    数据位传送完成后，要进行奇偶校验，串口校验分几种方式：

（1）无校验（no parity）：不进行数据校验；

（2）奇校验（odd parity）：在奇校验中，校验位（parity bit）被设置为确保数据位中的 1 的数量是奇数。如果数据位中的 1 的数量已经是奇数，校验位被设置为 0，以使总的位数为奇数。如果数据位中的 1 的数量是偶数，校验位被设置为 1，以使总的位数为奇数。

（3）偶校验（even parity）：在偶校验中，校验位被设置为确保数据位中的 1 的数量是偶数。如果数据位中的 1 的数量已经是偶数，校验位被设置为 0，以使总的位数为偶数。如果数据位中的 1 的数量是奇数，校验位被设置为 1，以使总的位数为偶数。

（4）固定1校验：校验位始终为1;

（5）固定0校验：校验位始终为0;
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1.2.5 停止位

    它是数据传输结束标志，停止位长度可选，可以是1位、1.5位、2位的高电平。
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1.3 常见串口介绍

UART是串口通信中的一种，常见的串口还有RS232、RS422、RS485。
这些串口就是为了适应不同的环境条件而使用了不同的电平标准。假如微处理器和板载的蓝牙模块通信时，一般就使用TTL电平引脚直接连接即可。假如微处理器在工业现场，需要连接一个几十米外的装置，则应该考虑将TTL电平转为RS232、 RS422、 RS485。对于RS232、RS422、RS485等接口，仅仅是把TTL电平转换为不同的电平值，或者转换为差分信号。

1.4 常见串口通信方式

1.4.1 单工

数据传输只在一个方向上传输，只能你给我发送或者我给你发送，方向是固定的，不能实现双向通信，如：室外天线电视、调频广播等。

1.4.2 半双工

比单工先进一点，传输方向可以切换，允许数据在两个方向上传输，但是某个时刻，只允许数据在一个方向上传输，如：对讲机，IIC， CAN，SDIO，USB。

1.4.3 全双工

允许数据同时在两个方向传输。发送和接收完全独立，在发送的同时可以接收信号，或者在接收的同时可以发送。它要求发送和接收设备都要有独立的发送和接收能力，如：电话通信，SPI，UART等。

二、rs232通信协议

RS232 是 UART 的一种，是目前最常用的一种串行通讯接口，用于 pc 机跟外部板级通信。

2.1 rs232通信原理

1.1.1 接线方式

如上图1uart通信协议的接线方式所示，rs232也是发送端的TX线要对接接收端的RX线。

1.1.2 数据传输方式

rs232的两根数据线分别是rx(接收线)，tx(发送线)。
rx：位宽为 1 比特，pc 机通过串口往 FPGA 发 8 比特数据时，FPGA 通过串口
线 rx 一位一位地接收，从最低位到最高位依次接收，最后在 FPGA 里面位拼接成
8 比特数据。
tx：位宽为 1 比特，FPGA 通过串口往 pc 机发 8 比特数据时，FPGA 把 8 比特
数据通过 tx 线一位一位的传给 pc 机，从最低位到最高位依次发送，最后上位机
通过串口助手把这一位一位的数据位拼接成 8 比特数据。

1.1.3数据帧格式

数据帧包括：起始位（低电平）、数据位、停止位（高电平）
在不发送或者不接收数据的情况下，rx 和 tx 处于空闲状态（高电平）.
如果停止位以后不再发数据，将进入空闲状态，否则又将数据线拉低(进入起始位状态)

1.1.4通信速率

作为UART通信协议的一种，rs232通信也需要考虑通信速率，具体定义与上述相同。