UART（一）——起始位，停止位，奇偶校验位，数据位等概念

1. 概念

通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。

它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。

具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的，与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。在UART上追加同步方式的序列信号变换电路的产品，被称为USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)。

---

2. 接线

一般情况硬件连接比较简单，仅需要3条线，注意连接时两个设备UART电平，如电平范围不一致请做电平转换后再连接，如下图所示：

• TX：发送数据端，要接对面设备的RX
• RX：接收数据端，要接对面设备的TX
• GND：保证两设备共地，有统一的参考平面

1）正常 USART 模式下，通过这些引脚以帧的形式发送和接收串行数据：

• 发送或接收前保持空闲线路
• 起始位
• 数据（字长 8 位或 9 位），最低有效位在前
• 用于指示帧传输已完成的 0.5 个、1 个、1.5 个、2 个停止位
• 该接口使用小数波特率发生器 - 带 12 位尾数和 4 位小数
• 状态寄存器 (USART_SR)
• 数据寄存器 (USART_DR)
• 波特率寄存器 (USART_BRR) - 12 位尾数和 4 位小数。
• 智能卡模式下的保护时间寄存器 (USART_GTPR)。

2）在同步模式下连接时需要以下引脚：

• SCLK：发送器时钟输出。该引脚用于输出发送器数据时钟，以便按照 SPI 主模式进行同步发送（起始位和结束位上无时钟脉冲，可通过软件向最后一个数据位发送时钟脉冲）。RX 上可同步接收并行数据。这一点可用于控制带移位寄存器的外设（如 LCD 驱动器）。时钟相位和极性可通过软件编程。在智能卡模式下，SCLK 可向智能卡提供时钟。在硬件流控制模式下需要以下引脚：

• nCTS：“清除以发送”用于在当前传输结束时阻止数据发送（高电平时）。
• nRTS：“请求以发送”用于指示 USART 已准备好接收数据（低电平时）

---

3. 协议

UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

 

其中各位的意义如下：

• 起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。
• 资料位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。
• 奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。
• 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 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，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且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，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
• 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。
• 波特率：是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol）。一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如传输使用256阶符号，每8bit代表一个符号，资料传送速率为120字符/秒，则波特率就是120baud，比特率是120*8=960bit/s。这两者的概念很容易搞错。

---

4. 例如

以9600 8N1（9600波特率，8个数据位，没有校验位，1位停止位）为例，这是目前最常用的串口配置，现在我们传输’O’'K’两个ASCII值，'O’的ASCII为79，对应的二进制数据为01001111 ，'K’对应的二进制数据为01001011 ，传输的格式数据如下图所示：

串口波特率为9600，1bit传输时间大约为104us，传送一个数据实际是10个比特（开始位，8个数据位，停止位），一个bytes传输速率实际为9600*8/10=7680bps。