单片机——通信协议（UART协议解析篇）

一、引言

        在嵌入式系统设计中，UART通信是一种广泛使用的串行通信协议，它通过两条信号线实现全双工的数据传输和接收。UART通信协议以其简单、灵活和易于集成的特点，在嵌入式设备之间以及与外部设备进行通信时发挥着重要作用。本文将详细介绍UART通信的工作原理、特点和实现方式。

二、UART通信工作原理

        UART通信是一种异步串行通信方式，它使用两条信号线进行数据传输：发送数据线（TX）和接收数据线（RX）。在UART通信中，字符是传输的基本单位，每个字符由一位起始位、若干位数据位（根据需要可变）和一位停止位组成。数据在发送端被逐位发送，在接收端逐位接收。

UART通信协议的主要特点包括：

1. 异步串行通信：UART通信的字符间时间间隔是不固定的，但在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。
2. 全双工通信：UART通信支持同时进行数据发送和接收，实现了数据的双向传输。
3. 可配置的数据格式：根据需要，可以配置不同的数据格式，包括数据位的数量、起始位和停止位的数量等。

协议，如图所示：

 

• 报头

        报头是确定您是否在与正确的设备通信的唯一标识符。

• 命令(CMD)选择

        命令将取决于用于创建两个设备之间通信的命令列表。

• 每个命令的数据长度(DL)

        数据长度将取决于所选的命令。您可以根据所选的命令来使数据长度最大化，因此它会随选择而变化。在这种情况下，数据长度可以调整。

• 数据n（可变数据）

        数据是要从设备传输的有效载荷。

• 报尾1（T1为0xE1）和报尾2（T2为0xE2）

        报尾是在传输结束后添加的数据。就像报头一样，报尾也可以唯一标识符。

• 循环冗余校验（CRC公式）

        循环冗余校验公式是一种附加的错误检测模式，用于检测原始数据是否发生意外更改。发送设备的CRC值必须始终等于接收器端的CRC计算值。

三、UART通信的实现方式

        在嵌入式系统中，UART通信的实现通常依赖于硬件抽象层（HAL）库或类似的库函数。这些库函数提供了与硬件设备交互的接口，使开发者能够轻松地配置和管理UART通信。

以下是一个简单的UART通信实现示例：

1. 初始化UART：首先，需要初始化UART硬件设备，包括配置信号线、设置波特率、数据位、停止位等。初始化过程通常涉及到设置UART控制寄存器和波特率寄存器等。
2. 发送数据：在发送数据之前，需要将待发送的数据写入发送缓冲区。然后启动发送过程，数据就会从发送缓冲区逐位发送出去。
3. 接收数据：在接收数据时，首先需要从接收缓冲区读取数据。当接收到新的字符时，可以通过读取接收缓冲区来获取数据。
4. 错误处理：在UART通信过程中，可能会遇到各种错误情况，如发送或接收过程中断、数据溢出等。因此，需要对这些错误情况进行检测和处理，以保证通信的稳定性和可靠性。

四、结论     

  优点

• 仅使用两根电线

• 无需时钟信号

• 具有奇偶校验位以允许进行错误检查

• 只要双方都设置好数据包的结构

• 有据可查并得到广泛使用的方法

  缺点

• 数据帧的大小最大为9位

• 不支持多个从属系统或多个主系统

• 每个UART的波特率必须在彼此的10％之内

        UART通信是一种简单、灵活且易于集成的串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统设计中。通过了解和掌握UART通信的工作原理和实现方式，开发者可以更好地利用这一协议进行嵌入式设备间的串行通信，提高系统的可靠性和稳定性。随着嵌入式技术的不断发展，我们有理由相信，UART通信将在未来的嵌入式应用中发挥更大的作用。