UART序列槽通訊

UART序列槽通訊總結

• • 前言
  • 序列槽的基本概念
  • 序列槽配置的基本屬性
  • 序列槽（Serial port）和RS-232
  • 序列槽通訊流控制

前言

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序列槽的基本概念

UART全稱為Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發器，是串行通信一種通信技術，常用于單片機和電腦之間以及單片機和單片機之間的闆級通信。

序列槽有三根線，分别如下：

（1）TXD:發送；

（2）RXD:接收；

（3）GND:接地

序列槽通信是異步通訊，端口能夠在一根線上發送資料同時在另一根線上接收資料。序列槽通信最重要的參數是波特率、資料位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通信的端口，這些參數必須比對。

序列槽配置的基本屬性

（1）波特率

波特率是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如9600波特表示每秒鐘發送9600個bit。在時鐘周期中，若波特率為4800，則表示時鐘是4800Hz，同時表示序列槽通信在資料線上的采樣率為4800Hz。序列槽通常用的波特率為1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200、128000、256000。其中如果序列槽速率越高，其傳輸的距離和穩定性就有所下降。一般常用為9600和115200。

（2）資料位

資料位表征通信中實際資料位的參數。當計算機發送一個資訊包，其中需指定有效資料位，一般有5、7和8位。正常使用一般定義為8位。如何設定取決于你想傳送的資訊。比如，标準的ASCII碼是0～127（7位）。擴充的ASCII碼是0～255（8位）。如果資料使用簡單的文本（标準 ASCII碼），那麼每個資料包使用7位資料。每個包是指一個位元組，包括開始/停止位，資料位和奇偶校驗位。由于實際資料位取決于通信協定的選取，術語“包”指任何通信的情況。 　　

（3）停止位

停止位表征單包資料的最後一位。典型的值為1，1.5和2位。由于資料是在傳輸線上定時的，并且每一個裝置有其自己的時鐘，在傳輸中可能存在不同步的情況，是以停止位不僅僅是表示傳輸的結束，同時也是校正時鐘同步的機會。适用于停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是資料傳輸率同時也越慢。 　　

（4）奇偶校驗位

在序列槽通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，序列槽會設定校驗位（資料位後面的一位），用一個值確定傳輸的資料有偶個或者奇個邏輯高位。

例如，如果資料是011，那麼對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗，校驗位為1，這樣就有3個邏輯高位，保證邏輯高為奇數個。高位和低位不真正的檢查資料，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收裝置能夠知道一個位的狀态，有機會判斷是否有噪聲幹擾，通信的傳輸和接收資料是否不同步。

序列槽（Serial port）和RS-232

在PC機和單片機的序列槽通訊中，需要接一塊電平轉換晶片，用于将TTL/CMOS（單片機電平）轉換為RS232（PC機電平）。

TTL/CMOS電平範圍：0~1.8/2.5/3.3/5V(不同單片機範圍不同)，高電壓表示1，低電壓表示0。

RS232邏輯電平範圍：-12V——12V，-5 —— -12表示高電平，+5——+12V表示低電平。

RS-232定義了各種形态的序列槽接口，常見的有DE-9、DB-25。

是以理論上，PC機與單片機中的通訊轉換原理應為：

PC(序列槽)<---------->電平轉換電路<---------->單片機(序列槽)

現在常用的是通過USB轉序列槽實作：

PC(USB接口)<---------->USB轉序列槽<---------->單片機(序列槽)

序列槽通訊流控制

在串行通訊進行中，常有RTS/CTS和XON/XOFF選項，表示流控制選項，目前流控制主要應用于數據機的資料通訊中（數據機.note）。

（1）流控制在串行通訊中的作用

這流的“流”，指的是資料流。資料在兩個序列槽之間傳輸時，常常會出現丢失資料的現象，或者兩台計算機的處理速度不同，如桌上型電腦與單片機之間的通訊，接收端資料緩沖區已滿，則此時繼續發送來的資料就會丢失。現在我們在網絡上通過MODEM進行資料傳輸，這個問題就尤為突出。流控制能解決這個問題，當接收端資料處理不過來時，就發出“不再接收”的信号，發送端就停止發送，直到收到“可以繼續發送”的信号再發送資料。是以流控制可以控制資料傳輸的程序，防止資料的丢失。 PC機中常用的兩種流控制是硬體流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟體流控制XON/XOFF（繼續/停止）。

（2）硬體流控制

硬體流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（資料終端就緒/資料設定就緒）流控制。

硬體流控制必須将相應的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發送/清除發送）流控制時，應将通訊兩端的RTS、CTS線對應相連，資料終端裝置（如計算機）使用RTS來起始數據機或其它資料通訊裝置的資料流，而資料通訊裝置（如數據機）則用CTS來起動和暫停來自計算機的資料流。

這種硬體握手方式的過程為：在程式設計時，根據接收端緩沖區大小設定一個高位标志（可為緩沖區大小的75％）和一個低位标志（可為緩沖區大小的25％），當緩沖區内資料量達到高位時，我們在接收端将CTS線置低電平（送邏輯0），當發送端的程式檢測到CTS為低後，就停止發送資料，直到接收端緩沖區的資料量低于低位而将CTS置高電平。RTS則用來标明接收裝置有沒有準備好接收資料。

常用的流控制還有還有DTR/DSR（資料終端就緒/資料設定就緒）。我們在此不再詳述。由于流控制的多樣性，我個人認為，當軟體裡用了流控制時，應做詳細的說明，如何接線，如何應用。

（3）軟體流控制

由于電纜線的限制，在普通的控制通訊中一般不用硬體流控制，而用軟體流控制。一般通過XON/XOFF來實作軟體流控制。

常用方法是：當接收端的輸入緩沖區内資料量超過設定的高位時，就向資料發送端發出XOFF字元（十進制的19或Control-S，裝置程式設計說明書應該有詳細闡述），發送端收到XOFF字元後就立即停止發送資料；當接收端的輸入緩沖區内資料量低于設定的低位時，就向資料發送端發出XON字元（十進制的17或Control-Q），發送端收到XON字元後就立即開始發送資料。一般可以從裝置配套源程式中找到發送的是什麼字元。

若傳輸的是二進制資料，标志字元也有可能在資料流中出現而引起誤操作，這是軟體流控制的缺陷，而硬體流控制不會有這個問題。