串口(UART)波特率及帧结构
USART全称: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter 通用同步/异步收发器.
UART全称: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器.
- Universal：通用的
- Asynchronous：异步的（不需要时钟线）
- Receiver：接收器
- Transmitter：发送器
一、串口波特率（Baud Rate）
1. 定义
波特率 = 每秒传输的位数（bit/s）表示串口通信速度，收发双方必须完全一致，否则乱码。
定义：波特率表示每秒传输的符号（码元）个数。在串口通信中，一个符号通常就是一个二进制位（bit），波特率也常等同于比特率（每秒传输的位数，bps）。
单位：bps(bits per second)，例如9600 bps。
关键理解：波特率决定了每个位（Bit）占据的时间宽度。
公式：每位时间 = 1 / 波特率 (秒)
举例：如果波特率 = 9600 bps，那么传输1个位需要的时间约为 1/9600 ≈104.17 微秒。
2. 标准常用波特率
- 9600（最常用、最稳）
- 19200
- 38400
- 57600
- 115200（高速常用）
- 230400、460800、921600（芯片调试用）
建议：
- 对于绝大多数单片机与PC或模块间的通信，9600和115200是最稳定、最常用的两个速率。
- 9600抗干扰能力强，适合长线或环境嘈杂的场合；
- 115200速度快，适合大数据量短距离传输。
3. 关键规则
- 波特率越高，传输越快，但抗干扰越差、距离越短
- 距离 >10 米 → 建议用9600 / 19200
- 板间短距离 → 可用115200
- 任何时钟源（如单片机晶振、USB转串口芯片）都有精度误差。只要通信双方的波特率误差在±3%以内，通常都能正常通信。误差过大则会导致数据采样错位，产生乱码。
二、串口（UART）数据帧结构
串口一帧数据固定由5 个部分按顺序组成：起始位 → 数据位 → 校验位 → 停止位 → 空闲位
1. 起始位（Start Bit）
- 位数：1 位
- 电平：低电平（0）
- 作用：告诉接收方 “数据要开始了”，用于同步
2. 数据位（Data Bits）
- 位数：5 / 6 / 7 / 8 位（最常用8 位）
- 顺序：低位先发（LSB first）
- 作用：存放真正要传输的数据（ASCII、字节等）
3. 校验位（Parity Bit）
- 位数：0 或 1 位（可选）
- 类型：
- 奇校验（Odd）：1 的总数为奇数
- 偶校验（Even）：1 的总数为偶数
- 无校验（None）：最常用
- 作用：简单检错
4. 停止位（Stop Bits）
- 位数：1 / 1.5 / 2 位（最常用1 位）
- 电平：高电平（1）
- 作用：表示一帧结束，给接收方恢复时间
5. 空闲位（Idle Bit）
- 电平：高电平（1）
- 位数：任意（无数据时总线保持高）
- 作用：表示总线空闲，等待下一帧
最常见标准格式（99% 场景）
8N1：1 位起始 (0) + 8 位数据 + 0 位校验 + 1 位停止 (1)一帧共10 位
一帧完整波形（电平：1 = 高，0 = 低）
空闲 起始 数据位(低位先发) 停止 空闲 ↑ ↑ ↑↑↑↑↑↑↑↑ ↑ ↑ 【1】 【0】 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 【1】 【1】标准帧结构分层示意图
┌──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┐ │ 空闲位 │ 起始位 │ 数据位 │ 校验位 │ 停止位 │ │ (高电平)│ (1位低) │ 5~8位 │ 0~1位 │ 1~2位高 │ └──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴──────────┘ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 无数据 同步开始 有效数据 检错 帧结束