一文解读UART：计算机与外部设备通信的桥梁

2023-10-27 11:31:53

UART：计算机与外部设备的通信桥梁

在当今科技时代，电子设备和嵌入式系统之间的通信变得至关重要。无论是计算机与打印机交互，还是传感器与微控制器协作，都需要一种可靠而高效的数据传输机制。UART（通用异步收发传输器）作为一种流行的串口通信协议，恰恰应运而生，满足了这些通信需求。

UART：深入浅出的运作原理

UART 是一种异步通信协议，这意味着数据传输过程中不依赖同步时钟信号。发送方和接收方分别使用自己的时钟控制数据传输，并在数据帧中添加起始位和停止位，标记数据包的开始和结束。

以下是 UART 的工作流程：

数据转换： 发送方将数据转换为二进制形式。
起始位： 发送方在数据帧开头添加起始位。
数据传输： 发送方将数据位依次添加到数据帧中。
奇偶校验： 发送方可以添加奇偶校验位，用于检测数据传输错误（可选）。
停止位： 发送方在数据帧末尾添加停止位。
数据发送： 发送方通过串口发送数据帧。
数据接收： 接收方收到数据帧后，提取其中的数据。
数据转换： 接收方将数据转换为可理解的格式。

UART 的应用舞台

UART 的应用范围十分广泛，遍布各种电子设备和嵌入式系统中，包括计算机、微控制器、传感器、打印机、调制解调器等。它在这些设备中扮演着以下关键角色：

计算机外设通信： 计算机与打印机、键盘、鼠标等外设之间的数据传输。
嵌入式系统内部通信： 微控制器与传感器、显示器、执行器等模块之间的信息交换。
物联网设备互联： 智能家居设备、可穿戴设备等物联网设备之间的通信。

UART 的优势与不足

如任何技术方案，UART 也拥有自身的优点和缺点：

优势：

使用简便： 易于实现和使用。
成本低廉： 硬件成本相对较低。
配置灵活： 传输速率可配置，满足不同需求。
错误检测： 奇偶校验功能有助于检测数据传输错误。

缺点：

低传输效率： 异步通信方式导致数据传输效率较低。
抗噪能力差： 受噪声影响较大，容易出现数据传输故障。
流控需求： 需要额外的硬件来实现流控，避免数据丢失。

总结：UART 的强大作用

UART 作为一种经典的串口通信协议，在电子设备和嵌入式系统中发挥着不可替代的作用。通过理解 UART 的原理、工作方式和应用领域，我们可以充分利用其优势，构建稳定可靠的数据通信通道。

常见问题解答

UART与USB有什么区别？

UART是一种串行通信协议，而USB是一种并行通信协议。UART的传输速率较慢，而USB的传输速率较高。此外，UART需要单独的信号线进行通信，而USB只需一根线缆即可同时传输数据和电源。

如何提高UART的抗噪能力？

可以通过以下方法提高UART的抗噪能力：

使用差分信号线进行通信
采用光纤隔离
添加抗噪电路

UART中的奇偶校验如何工作？

奇偶校验是一种错误检测机制，通过在数据帧中添加一个额外的位来实现。这个额外位的值取决于数据帧中其他位的值，如果奇偶校验设置为偶校验，则额外的位将被设置为使数据帧中1的个数为偶数；如果奇偶校验设置为奇校验，则额外的位将被设置为使数据帧中1的个数为奇数。接收方通过检查奇偶校验位的值来验证数据是否正确传输。