UART串口通讯总结

1. 串口的基本概念

UART全称为Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用异步收发器，是串行通信一种通信技术，常用于单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的板级通信。

 串口有三根线，分别如下：

（1）TXD:发送；

（2）RXD:接收；

（3）GND:接地

串口通信是异步通讯，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

2.串口配置基本属性

（1）波特率

波特率是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如9600波特表示每秒钟发送9600个bit。在时钟周期中，若波特率为4800，则表示时钟是4800Hz，同时表示串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。串口通常用的波特率为1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200、128000、256000。其中如果串口速率越高，其传输的距离和稳定性就有所下降。一般常用为9600和115200。

（2）数据位

数据位表征通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，其中需指定有效数据位，一般有5、7和8位。常规使用一般定义为8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。 　　

（3）停止位

停止位表征单包数据的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，在传输中可能存在不同步的情况，因此停止位不仅仅是表示传输的结束，同时也是校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 　　

（4）奇偶校验位

在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。

例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位，保证逻辑高为奇数个。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰，通信的传输和接收数据是否不同步。

3.串口（Serial port）和RS-232

在PC机和单片机的串口通讯中，需要接一块电平转换芯片，用于将TTL/CMOS（单片机电平）转换为RS232（PC机电平）。

TTL/CMOS电平范围：0~1.8/2.5/3.3/5V(不同单片机范围不同)，高电压表示1，低电压表示0。

RS232逻辑电平范围：-12V~12V，-5~-12表示高电平，+5~+12V表示低电平。

RS-232定义了各种形态的串口接口，常见的有DE-9、DB-25。

因此理论上，PC机与单片机中的通讯转换原理应为：

 PC(串口)<---------->电平转换电路<---------->单片机(串口)

现在常用的是通过USB转串口实现：

PC(USB接口)<---------->USB转串口<---------->单片机(串口)

4. 串口通讯流控制

在串行通讯处理中，常有RTS/CTS和XON/XOFF选项，表示流控制选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，
（1）流控制在串行通讯中的作用
这流的“流”，指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。 PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止）。 

（2）硬件流控制
硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。
硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。

这种硬件握手方式的过程为：在编程时，根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。
常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。 
（3）软件流控制
由于电缆线的限制，在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。

常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。
应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。