USART串口通讯

1. UART总线与USART接口

☞UART

UART： 通用异步通信收发器/SCI串行通讯接口。用于异步通信，可以实现全双工收发，即通信双方同时收发；两个器件无需共享同一个时钟信号就能进行通讯，即异步通讯。数据收发单位是数据帧，工作模式为中断方式，DMA工作方式。

• UART通讯双方需要设定相同的数据格式，收的格式和发的格式完全一样，一般数据帧的格式为

• UART通讯双方要设定相同的数据速率，这也是异步通讯都需要设置的，接收方与发送方必须要设置一致的波特率。
  
• UART规范主要定义了TTL电平的可配置通信数据格式，通信速率，异步采样机制。
  

☞差分传输

差分传输是一种信号传输技术，在两根线上都传输同一信号，这两个信号的振幅相同，相位相反，也叫做平衡传输方式，在这两根线上传输的信号就是差分信号，信号的接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1，设计电路时，差分走线必须是等长，等宽，紧密靠近且在同一层面的两根线。

☞USART与UART的区别

USART

通用同步异步收发器，USART在UART的基础上增加了同步机制，一种可被设置为同步、异步通信模式的全双工串行通讯接口。在同步模式下，发送器时钟引脚SCLK输出与SPI主模式相似的数据传输时钟，相位和极性可以通过寄存器来设置。

USART和UART的区别

• 位流同步机制不同，同步与异步；
• 可支持的协议数量不同，USART更为复杂，不但兼容UART，还可以传输多种不同协议的数据，比如LAN总线、Modbus、智能卡等等；
• 支持的外设能力有所不同，USART常用于系统正常运行，高功耗时的串行数据通信，当系统进入休眠等低功耗模式的时候，采用UART低速通信接口。

2. 串口通讯

串口通讯： Serial Communication，一种串行通讯方式。

• 物理层：通讯中，具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体上的传输；
• 协议层：协议层规定了通讯的逻辑，统一了收发双方数据打包和解包的标准；

☞物理层

RS232标准：规定了信号用途、通讯接口及信号电平标准。

通过串口线链接两个设备的DB9接口，串口信号线使用RS-232标准传输数据信号。

电平标准

RS-232增加了串口通讯的远距离传输及抗干扰能力。

RS-232信号线

RS-232串口标准常用于计算机、路由与调制解调器之间的通讯，在这种通讯系统中，设备分为数据终端设备DTE（比如计算机和路由）和数据通讯设备DCE（比如调制解调器）。

RS-232标准使用COM口，也就是DB9接口，使用串口线连接（公头+母头）。

• RXD：接收数据，DCE → DTE，输入，TXDa连接RXDb；
• TXD：发送数据，DTE → DCE，输出，TXDb连接RXDa；
• GND：信号地，地线，两个通讯设备之间地电位可能不一样，这样会影响收发双方的电平信号，所以两个串口设备之间必须使用地线连接，也就是所谓的共地。

☞协议层

串口通讯的数据包由发送设备通过自己的TXD接口传输到接收设备的RXD接口，协议层规定了数据包的内容，包括起始位、数据位、校验位、停止位，通讯双方的数据包格式必须约定一致才能正常收发数据。

波特率

异步通讯中没有时钟信号，在上面的DB9接口中就没有时钟线，所以两个设备之间要约定好波特率，即每个码元的长度，以便于对信号解码，常见的波特率有4800、9600、115200等。

波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，单位为波特。比特率指单位时间内传输的比特数，单位是bit/s也可以写作bps。波特率越大，传输速率越快。