通俗易懂的 UART 協議幀格式

看下面這個圖，大家已經知道今天的主角是 UART，我們通常說的串口，UART 包含 TTL 電平和 RS-232 電平兩種，嵌入式系統裏面，單片機的串口一般都是 TTL 電平。

今天的內容關於 UART 的幀格式，比較簡單，玩過單片機的小夥伴應該都知道。

UART 的英文全稱是：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，意爲通用異步收發傳輸器。

UART 因爲有兩根線數據線 TX 和 RX，可以以全雙工的形式進行發送和接收數據，同一時刻，兩條鏈路的發送器和接收器可以同時傳輸數據。

區別於全雙工的，還有另一種，是半雙工，因爲只有一根數據線，所以數據傳輸是這樣。

或者是下面這樣，同一時刻，只有一條鏈路在傳輸數據。

除了雙工形式，還有一種是半工，只有發送器到接收器這一個鏈路。

說完了 UART 的工作模式，下面進入主題——UART 幀格式，也可以稱之爲 UART 協議，單片機與 PC 之間的通信，爲了保證數據通信的可靠性，雙方都必須遵從 UART 協議。

UART 數據幀格式

其中各位的含義如下：

• 起始位：發送 1 位邏輯 0（低電平），開始傳輸數據。

• 數據位：可以是 5~8 位的數據，先發低位，再發高位，一般常見的就是 8 位（1 個字節），其他的如 7 位的 ASCII 碼。

• 校驗位：奇偶校驗，將數據位加上校驗位，1 的位數爲偶數（偶校驗），1 的位數 4 爲奇數（奇校驗）。

• 停止位：停止位是數據傳輸結束的標誌，可以是 1/1.5/2 位的邏輯 1（高電平）。

• 空閒位：空閒時數據線爲高電平狀態，代表無數據傳輸。

如果我們傳輸數據 0X33（00110011），那麼對應的波形就是如下這樣，因爲是 LSB 在前，所以 8 位數據依次是 11001100

發送 0X33 數據幀格式

如果再發其他數據，再依次循環這個過程即可。

UART 是異步傳輸，以 1 個字符爲傳輸單位，傳輸 2 個字符之間的時間間隔，比如傳輸 0X33 後再傳輸 0X35，這兩者時間間隔是未知的。

但是同一字符內相鄰位間的時間間隔是確定的，比如 0X33 低兩位的 1 和 1 之間的時間間隔是確定的，這涉及到 UART 傳輸速率的概念——波特率。

波特率的單位是 bps，全稱是 bit per second，意爲每秒鐘傳輸的 bit 數量。

波特率 9600bps，代表每秒鐘傳輸 bit 的數量爲 9600，那麼傳輸 1bit 數據的時間就是 1/9600=104us，波特率 115200bps，代表傳輸 1bit 數據的時間是 8us。

兩個串口之間是如何發送和接受數據呢？

首先，UART1 以 9600 波特率發送 0X33，先在數據線上放 1 個 104us 脈寬的低電平（起始位），然後是連續 2 個 104us 脈寬的高電平（2bit 邏輯 1），依次類推。

其次，UART2 以 9600 波特率接收 0X33，通過數這些數據的脈寬，來確認數據。

爲了確保數據傳輸的正確性，減少誤差，一般 UART1 和 UART2 之間的波特率差別小於 10%，一次最多隻能傳輸 1 個字節（8bit），也有效減小了累計誤差。

今天的文章內容到這裏就結束了，希望對你有幫助，我們下一期見。

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