UART串行通信协议

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收器/发送器）是一种串行通信协议，用于异步通信，即发送和接收设备不需要共享一个时钟信号来同步数据传输。以下是UART的详细介绍：

UART的基本特性

• 异步通信：UART不使用时钟信号来同步数据，而是依赖于数据包中的起始位和停止位来标识数据帧的开始和结束。

• 全双工通信：UART可以同时发送和接收数据，即全双工模式。

• 简单的物理连接：通常只需要两根线（TX和RX），分别用于发送和接收数据。
  

UART的数据传输：

• 波特率（Baud Rate）：数据传输的速率，以比特每秒（bps）计量。常见的波特率有9600bps, 19200bps, 38400bps, 57600bps, 115200bps等。
• 数据位：每个数据帧中包含的位数，通常是7或8位。8位是最常用的设置。
• 停止位：数据帧之后的一个或两个位，用于标识数据帧的结束。可以是1、1.5或2位。
• 起始位：数据帧开始前的一个0位，用于同步发送和接收设备的通信。
• 奇偶校验位（Parity Bit）：可选的额外位，用于错误检测。可以是无校验、偶校验或奇校验。

UART的硬件实现：

• TX（Transmit）引脚：发送数据到接收设备的引脚。
• RX（Receive）引脚：从发送设备接收数据的引脚。
• RTS/CTS（Request to Send / Clear to Send）：硬件流控制引脚，用于控制数据的发送和接收。

UART的通信过程：

1. 起始位：发送设备将TX线从高电平拉低，开始传输数据帧。
2. 数据位：发送设备按照最低位优先的顺序发送数据位。
3. 奇偶校验位（如果启用）：发送设备根据数据位的奇偶性发送奇偶校验位。
4. 停止位：发送设备将TX线拉高，结束数据帧的传输。
5. 空闲状态：在没有数据传输时，TX线保持高电平。

UART的应用场景：

• 微控制器间通信：在嵌入式系统中，UART常用于微控制器之间的数据交换。
• 设备与计算机通信：例如，通过串行端口连接到PC进行调试或数据传输。
• 传感器和模块通信：传感器通过UART接口将数据发送到微控制器或其他处理单元。

UART的测试和调试：

• 逻辑分析仪：用于监测和分析UART通信的信号质量。
• 串口调试工具：用于发送测试数据和接收设备响应，帮助开发人员验证通信协议的实现。

UART的优势和局限性：

• 优势：实现简单，成本低廉，适用于短距离通信。
• 局限性：传输速度相对较慢，不适合高速数据传输需求；没有内置的错误恢复机制，对噪声和干扰较为敏感。

UART作为一种成熟且广泛使用的通信协议，适用于多种应用场景，尤其是在嵌入式系统和工业控制领域。

UART常用板级通信总线的测试标准

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种常用的板级通信总线，它以异步方式传输数据，广泛应用于设备间的硬件通信。以下是UART的一些测试标准和实践：

1. 数据传输速率（波特率）：UART通信需要发送和接收设备设置相同的波特率，这是信息传输到信道的速率，通常以bps（位/秒）表示。常见的波特率有2400bps、9600bps、19200bps、115200bps等。

2. 数据帧格式：UART数据帧由起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位组成。数据位通常为8位，但某些实现可能使用7位或9位。起始位是1位，通常为0；停止位可以是1、1.5或2位，用于表示数据包结束。

3. 奇偶校验：奇偶校验用于错误检测，可以设置为无校验、偶校验或奇校验。这是通过在数据帧中添加一个额外的位来实现的，该位使得数据帧中1的总数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。

4. 连接和引脚配置：UART通常使用两根线进行通信，即TX（发送）和RX（接收）。在双向通信中，设备的TX引脚连接到另一设备的RX引脚，反之亦然。此外，某些UART实现可能包括硬件流控制引脚，如RTS（请求发送）和CTS（允许发送）。

5. 波特率计算：波特率可以通过特定的公式计算，这可能依赖于微控制器的时钟频率和UART的配置寄存器。

6. 测试和验证：在板级测试中，可以通过发送已知的数据序列并验证接收端是否正确接收来进行UART通信的测试。此外，可以使用逻辑分析仪等工具来监测UART信号的质量和完整性。

7. 回环测试：一种常见的测试方法是回环测试，其中UART的发送和接收引脚被连接在一起，发送的数据应该被接收端正确地回显。

8. 长时间传输和重复采集：在长时间UART传输测试中，可以使用逻辑分析仪的重复采集模式来动态观察信号状态，这有助于分析周期性突发信号。

9. 多组UART通讯解码：在复杂的系统中，可能需要同时对多组UART通信进行解码和分析，以确保数据的正确传输和接收。

通过遵循这些标准和实践，可以确保UART通信的可靠性和有效性，并在开发和测试过程中及时发现和解决问题。