干货 | 通俗易懂的UART协议帧格式
2023-10-18
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看下面这张图，大家应该已经猜到了今天的主角是UART。
我们通常说的串口，UART包含TTL电平和RS-232电平两种，嵌入式系统里面，单片机的串口一般都是TTL电平。
今天的内容关于UART的帧格式，比较简单，玩过单片机的小伙伴应该都知道。
UART的英文全称是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，意为通用异步收发传输器。
UART因为有两根线数据线TX和RX，可以以全双工的形式进行发送和接收数据，同一时刻，两条链路的发送器和接收器可以同时传输数据。
区别于全双工的，还有另一种，是半双工，因为只有一根数据线，所以数据传输是这样。
或者是下面这样，同一时刻，只有一条链路在传输数据。
除了双工形式，还有一种是半工，只有发送器到接收器这一个链路。
说完了UART的工作模式，下面进入主题——UART帧格式，也可以称之为UART协议，单片机与PC之间的通信，为了保证数据通信的可靠性，双方都必须遵从UART协议。
（UART数据帧格式）
其中各位的含义如下：
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起始位 ：发送1位逻辑0（低电平），开始传输数据。
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数据位 ：可以是5~8位的数据，先发低位，再发高位，一般常见的就是8位（1个字节），其他的如7位的ASCII码。
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校验位 ：奇偶校验，将数据位加上校验位，1的位数为偶数（偶校验），1的位数4为奇数（奇校验）。
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停止位 ：停止位是数据传输结束的标志，可以是1/1.5/2位的逻辑1（高电平）。
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空闲位 ：空闲时数据线为高电平状态，代表无数据传输。
如果我们传输数据0X33（00110011），那么对应的波形就是如下这样，因为是LSB在前，所以8位数据依次是11001100。
（发送0X33数据帧格式）
如果再发其他数据，再依次循环这个过程即可。
UART是异步传输，以1个字符为传输单位，传输2个字符之间的时间间隔，比如传输0X33后再传输0X35，这两者时间间隔是未知的。
但是，同一字符内相邻位间的时间间隔是确定的，比如0X33低两位的1和1之间的时间间隔是确定的，这涉及到UART传输速率的概念——
波特率
。
波特率的单位是bps，全称是bit per second，意为每秒钟传输的bit数量。
波特率9600bps，代表每秒钟传输bit的数量为9600，那么传输1bit数据的时间就是1/9600=104us，波特率115200bps，代表传输1bit数据的时间是8us。
那么，两个串口之间是如何发送和接受数据呢？
首先，UART1以9600波特率发送0X33，先在数据线上放1个104us脉宽的低电平（起始位），然后是连续2个104us脉宽的高电平（2bit逻辑1），依次类推。
其次，UART2以9600波特率接收0X33，通过数这些数据的脉宽，来确认数据。
为了确保数据传输的正确性，减少误差，一般UART1和UART2之间的波特率差别小于10%，一次最多只能传输1个字节（8bit），也有效减小了累计误差。
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