学习笔记——UART（通用异步收发器）
UART（通用异步收发器）
一、基本概念
UART定义：Universal Asynchronous Receiver Transmitter
通用异步收发器，用于异步通信的硬件接口
包含自己的一套通信规则和协议
特点：异步、全双工、串行通信协议
二、硬件连接
接线方式：
MCU <---> 外部设备 TXD <---> RXD （发送线对接收线） RXD <---> TXD （接收线对发送线） VCC <---> VCC （电源正极） GND <---> GND （接地）
注意：必须交叉连接（TXD接RXD，RXD接TXD）
三、通信方式
| 类型 | 数据线 | 数据传输方向 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 单工 | 1根 | 单向固定 | 一方固定发送，一方固定接收 |
| 半双工 | 1根 | 双向分时 | 双方都能收发，但不能同时进行 |
| 全双工 | 2根 | 双向同时 | 双方可同时收发数据（UART采用） |
四、数据传输特点
1. 发送顺序
LSB优先原则（低位先行）
数据：A6 = 1010 0110 发送顺序：0 → 1 → 1 → 0 → 0 → 1 → 0 → 1 LSB MSB
2. 传输形式比较
| 类型 | 数据线 | 传输速率 | 硬件成本 | 传输距离 | 抗干扰性 |
|---|---|---|---|---|---|
| 串行 | 1根 | 慢 | 低 | 远 | 好 |
| 并行 | 多根 | 快 | 高 | 近 | 差 |
并行传输问题：距离增加会导致信号偏移和电磁干扰
五、通信时序![]()
数据帧格式：
起始位 + 数据位(5-9位) + 校验位(可选) + 停止位(1/1.5/2位)
起始位：1位低电平（0）
停止位：1位或多位高电平（1）
六、奇偶校验
1. 校验类型
| 类型 | 校验位 | 校验规则 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| 奇校验 | '1' | 数据位'1'+校验位=奇数个'1' | 无法检测偶数个bit错误 |
| 偶校验 | '0' | 数据位'1'+校验位=偶数个'1' | 无法检测偶数个bit错误 |
| 无校验 | 无 | 无校验位 | 无错误检测 |
2. 校验示例
数据：1010 0110 (有4个'1') 奇校验：校验位=1（总共有5个'1'，奇数） 偶校验：校验位=0（总共有4个'1'，偶数）
七、通信参数
格式：波特率 数据位 校验位 停止位
9600 8 N 1 → 波特率9600，8位数据，无校验，1位停止位 2400 8 E 1 → 波特率2400，8位数据，偶校验，1位停止位 115200 8 O 1 → 波特率115200，8位数据，奇校验，1位停止位
常见波特率：
2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
八、同步与异步
| 类型 | 时钟线 | 特点 |
|---|---|---|
| 同步 | 有 | 有时钟线同步通信频率 |
| 异步 | 无 | 无时钟线，UART采用此方式 |
九、串口寄存器配置（以51单片机为例）
1. SCON寄存器配置![]()
SCON &= ~(3 << 6); // 清bit6、bit7（SM0、SM1） SCON |= (1 << 6); // 设置SM0=0，SM1=1 → 模式1：8位UART，波特率可变 SCON |= (1 << 4); // 设置REN=1，允许接收数据
2. SCON重要标志位
TI（发送中断标志）
8位数据发送完毕后自动置1
必须用软件清零
TI = 0;
RI（接收中断标志）
8位数据接收完毕后自动置1
必须用软件清零
RI = 0;
3. PCON寄存器配置![]()
PCON |= (1 << 7); // SMOD=1，波特率翻倍 PCON &= ~(1 << 6); // SMOD0=0，通过SM0和SM1确定串口模式
十、波特率计算
定时器1工作模式（8位自动重装）
波特率公式：
波特率 = (2^SMOD × 晶振频率) / (32 × 12 × (256 - TH1))
常用波特率对应的初值（12MHz晶振，SMOD=1）：
9600 → TH1 = 0xFD 4800 → TH1 = 0xFA 2400 → TH1 = 0xF4
十一、主机与从机概念
| 角色 | 功能 | 特点 |
|---|---|---|
| 主机 | 拥有通信控制权 | 发起通信，发送指令 |
| 从机 | 响应主机指令 | 不能主动发起，只能应答 |
十二、重点内容总结
串口概念：异步、全双工、串行通信
通信方式区别：单工（单向）、半双工（双向分时）、全双工（双向同时）
发送顺序：LSB优先，低位先行
串行vs并行：串行-单线慢成本低，并行-多线快成本高
通信时序：起始位+数据位+校验位+停止位
奇偶校验：奇校验-总'1'数为奇数，偶校验-总'1'数为偶数
通信参数：波特率、数据位、校验位、停止位
常见波特率：2400、9600、115200等
同步vs异步：有无时钟线同步
波特率产生：依靠定时器1（通常模式2，8位自动重装）
定时器模式：16位定时器需软件重装，8位自动重装自动重载
16位vs8位定时器：16位-范围大需软件干预，8位-范围小但自动重装
主机vs从机：主机主动发起，从机被动响应
Modbus协议：常见的主从式通信协议格式
十三、关键知识点
数据帧结构：理解起始位、数据位、校验位、停止位的组合
波特率计算：掌握定时器初值计算方法
寄存器操作：熟练掌握SCON、PCON的位操作
工作模式：掌握模式1（8位UART，波特率可变）的配置
通信流程：理解数据收发的中断处理流程