uart協議
時間：2025-11-19 來源：華清遠見
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發傳輸器）是一種異步串行通信協議，核心作用是實現設備間的低成本、近距離數據傳輸，廣泛用于嵌入式系統、工業控制等場景。
它的核心特點是 “異步”—— 無需時鐘信號同步，僅通過兩根數據線（TX 發送、RX 接收）即可完成雙向通信，硬件結構和協議邏輯都相對簡單。
一、UART 核心工作原理
數據幀結構（協議核心）UART 數據以 “幀” 為單位傳輸，每幀包含固定格式的信號，確保接收方準確解析，標準幀結構如下（從左到右）：
起始位：1 位低電平，標志數據幀開始（打破空閑時的高電平狀態，觸發接收方準備）。
數據位：5-9 位（最常用 8 位），實際傳輸的二進制數據（如 ASCII 碼，8 位可覆蓋 0-255 所有字符）。
校驗位（可選）：1 位，用于校驗數據是否傳輸錯誤，支持兩種模式：
奇校驗：數據位 + 校驗位中 “1” 的總數為奇數；
偶校驗：數據位 + 校驗位中 “1” 的總數為偶數；
無校驗：省略校驗位（適合傳輸可靠性要求不高的場景，如普通指令）。
停止位：1-2 位高電平，標志數據幀結束（接收方通過高電平判斷一幀數據完成）。
波特率（通信速率）收發雙方必須約定相同的 “波特率”（單位：bps，比特 / 秒），即每秒傳輸的二進制位數（含起始位、校驗位、停止位），常見波特率有：9600、19200、38400、115200 bps（115200 為嵌入式開發常用速率）。
二、UART 硬件連接方式
UART 是 “點對點” 通信（不支持多設備共享總線），核心需 3 根線（全雙工，即收發可同時進行）：
三、UART 典型應用場景
嵌入式開發：單片機（如 STM32、51 單片機）與電腦之間的 “串口調試”（通過 USB 轉 UART 模塊，輸出日志、發送指令）。
工業控制：傳感器（如溫濕度傳感器、GPS 模塊）向控制器（如 PLC）傳輸數據（速率要求低，對可靠性要求中等）。
外設通信D：打印機、調制解調器（Modem）、藍牙模塊（經典藍牙的串口透傳模式）與主機的低速數據交互。
消費電子：智能家居設備（如掃地機器人、智能插座）的本地調試或簡單指令傳輸。
四：嵌入式虛擬仿真平臺中的uart控制器
仿真系統中，UART控制器原理結構圖如下：
基礎串口數據收發:
1. 使能時鐘
2. 配置串口通信協議
在協議配置中設置波特率為“115200”、數據位“8位”、奇偶校驗“None”、停止位“1位”，并且不啟用硬流控。
3. 串口控制
在串口控制中需要依次將“使能UART時鐘”、“USART使能（UE）”、“使能發送器（TE）”、“使能接收器（RE）”勾選上，串口模式選擇“Asynchronous”。
4. 點擊左邊寄存器映射下的“運行”按鈕，開始仿真
在虛擬仿真系統中，模擬了一個虛擬透傳串口，數據流向的基本過程為，UART控制器給虛擬透傳串口發送數據，然后透傳串口將接收到的數據，再發送給UART控制器，所以UART會接收到同樣的數據。點擊“寫入”，將內存中的數據寫入到發送數據寄存器(TDR)中，當數據從內存寫入到發送數據寄存器(TDR)之后，TDR中的數據會自動并行傳輸到發送位移寄存器中，然后數據會通過發送位移寄存器，按照LSB的方式將數據一位一位的從Tx引腳移出
如仿真系統中的動畫所示：發送位移寄存器，按照LSB的方式將數據一位一位的從Tx引腳發出。
可以發現，當內存數據被寫入到發送數據寄存器(TDR)后，USART_SR寄存器中的TXE位被控制器清0，串口狀態欄下的TXE位變成N，說明發送數據寄存器不為空，有待發送的數據
實際應用中，TXE位即可作為數據寫到TDR寄存器時機標志位，當TXE被控制器置1時，則表明可以往TDR寄存器中寫入下一次需要發送的數據。
