UART（通用异步收发传输器）是一种串行通信协议，常用于嵌入式系统、微控制器和计算机之间的通信。以下是UART通信原理与数据传输全过程的详细解析。
UART基本概念
1. UART简介
UART是一种全双工通信接口，支持同步和异步通信。它主要用于数据传输，不需要额外的时钟信号，由发送端和接收端内部同步。
2. UART特性
- 异步通信
- 全双工操作
- 可配置的波特率
- 可编程的帧格式
- 错误检测和校验
UART通信原理
1. 信号线
UART通信主要通过以下三条信号线实现：
- TXD（发送数据）：发送端的数据通过此线传输到接收端。
- RXD（接收数据）：接收端的数据通过此线传输到发送端。
- GND（地）：用于提供信号参考电压。
2. 信号调制与解调
UART通信采用非归零制（NRZ）的信号调制方式，即高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0。
3. 波特率与帧格式
- 波特率：单位时间内传输的位数。
- 帧格式：通常包括起始位、数据位、停止位和可选的校验位。
数据传输全过程
1. 发送过程
- 起始位：发送端首先发送一个逻辑0的起始位，表示数据的开始。
- 数据位：接着发送数据位，通常为8位。
- 停止位：数据位发送完毕后，发送一个或多个逻辑1的停止位，表示数据的结束。
- 可选校验位：在某些应用中，发送端还会发送一个校验位，用于错误检测。
2. 接收过程
- 起始位检测：接收端检测到起始位后，开始接收数据。
- 数据位接收：接收数据位，并将接收到的数据存储在缓冲区。
- 停止位检测：接收停止位，确认数据接收完毕。
- 错误检测：根据帧格式中的校验位，对接收到的数据进行错误检测。
图解UART通信
以下是UART通信过程的图解：
graph LR
A[发送端] --> B{发送起始位?}
B -- 是 --> C[发送数据位]
C --> D{发送停止位?}
D -- 是 --> E[发送校验位?]
E --> F[发送完成]
A --> G{接收端}
G --> H{检测起始位?}
H -- 是 --> I[接收数据位]
I --> J{检测停止位?}
J -- 是 --> K[接收完成]
K --> L{检测错误?}
L -- 是 --> M[错误处理]
L -- 否 --> N[数据接收成功]
总结
UART通信原理与数据传输过程涉及信号线、信号调制、波特率、帧格式等多个方面。通过理解这些基本概念，我们可以更好地掌握UART通信技术，为嵌入式系统和微控制器之间的数据传输提供支持。