單片機-第七章UART串行接口

單片機-第七章uart串行接口REPORTING2023WORKSUMMARY目錄CATALOGUEUART概述UART硬件結(jié)構(gòu)UART編程基礎(chǔ)UART的應(yīng)用UART的優(yōu)缺點UART與其他通信方式的比較UART的未來發(fā)展PART01UART概述UART定義UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用異步收發(fā)器，是一種常見的串行通信協(xié)議。它用于在不同設(shè)備之間進行異步串行通信，通過數(shù)據(jù)線的發(fā)送器和接收器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。UART采用異步通信方式，不需要建立時鐘同步信號，通過起始位和停止位實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。發(fā)送器將數(shù)據(jù)位、控制位和校驗位組合成完整的幀，通過數(shù)據(jù)線發(fā)送給接收器。接收器檢測到起始位后，根據(jù)特定的波特率（baudrate）逐位接收數(shù)據(jù)，直到接收到停止位為止。UART工作原理0102UART的傳輸速率常見的波特率有9600、19200、38400、57600和115200等，根據(jù)實際需要選擇合適的波特率以保證數(shù)據(jù)的傳輸速度和穩(wěn)定性。UART的傳輸速率通常以波特率（baudrate）表示，單位是每秒傳輸?shù)奈粩?shù)（bps）。PART02UART硬件結(jié)構(gòu)工作原理01發(fā)送器的主要功能是將單片機中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流，通過TXD引腳發(fā)送出去。它通常包括一個移位寄存器和一個數(shù)據(jù)緩沖寄存器。主要組件02發(fā)送器由數(shù)據(jù)緩沖寄存器、移位寄存器、波特率發(fā)生器、使能控制邏輯等組成。工作流程03當(dāng)發(fā)送器被使能時，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩沖寄存器中取出，經(jīng)過移位寄存器，通過TXD引腳發(fā)送出去。發(fā)送器接收器的主要功能是將通過RXD引腳接收到的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，供單片機處理。它通常包括一個移位寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。工作原理接收器由數(shù)據(jù)緩沖寄存器、移位寄存器、波特率發(fā)生器、使能控制邏輯等組成。主要組件接收器在使能信號的控制下，將接收到的串行數(shù)據(jù)流逐位移入移位寄存器，然后通過數(shù)據(jù)緩沖寄存器將數(shù)據(jù)取出供單片機處理。工作流程接收器波特率發(fā)生器在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，波特率發(fā)生器根據(jù)所需的波特率產(chǎn)生定時信號，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。工作流程波特率發(fā)生器用于產(chǎn)生串行通信所需的波特率（baudrate）。它通常由一個定時/計數(shù)器組成，通過不同的計數(shù)值或計數(shù)模式來產(chǎn)生所需的波特率。工作原理波特率發(fā)生器通常由定時/計數(shù)器組成，通過編程設(shè)置不同的計數(shù)值或計數(shù)模式來產(chǎn)生所需的波特率。主要組件PART03UART編程基礎(chǔ)配置波特率根據(jù)通信需求，設(shè)置合適的波特率，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。配置數(shù)據(jù)位和停止位根據(jù)通信協(xié)議，設(shè)置數(shù)據(jù)位和停止位的數(shù)量，以滿足通信要求。配置奇偶校驗為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕梢詥⒂闷媾夹ｒ灩δ?。初始化UART將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入UART的發(fā)送緩沖區(qū)。等待發(fā)送完成等待發(fā)送完成標(biāo)志位，確保數(shù)據(jù)完全發(fā)送出去。啟動發(fā)送通過發(fā)送使能信號啟動UART發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)配置接收中斷啟用UART接收中斷，以便在接收到數(shù)據(jù)時能夠及時處理。處理接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)實際需求，對接收到的數(shù)據(jù)進行處理或進一步處理。讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)從UART的接收緩沖區(qū)讀取接收到的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)PART04UART的應(yīng)用串口通信是單片機中常用的通信方式之一，通過UART串行接口，單片機可以實現(xiàn)與其他設(shè)備或計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。串口通信具有簡單、可靠、成本低等優(yōu)點，因此在工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。串口通信在單片機開發(fā)過程中，UART串行接口可以用于調(diào)試和測試目的。通過UART接口，開發(fā)人員可以將調(diào)試信息發(fā)送到其他設(shè)備或計算機上，以便更好地了解程序運行狀態(tài)和排查錯誤。調(diào)試和測試03在需要長時間監(jiān)測或記錄數(shù)據(jù)的場景中，UART串行接口具有重要應(yīng)用價值。01UART串行接口可以用于數(shù)據(jù)記錄和傳輸。02單片機可以配置UART接口以定期或按需將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備或計算機上，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和傳輸功能。數(shù)據(jù)記錄和傳PART05UART的優(yōu)缺點UART采用簡單的線型結(jié)構(gòu)，只需要兩根線（TX和RX）即可實現(xiàn)全雙工通信，布線方便，成本低。通信簡單靈活性高可靠性高通用性強UART的通信速率可以根據(jù)需要進行調(diào)整，且不受通信距離的限制，可以在各種距離和速率下穩(wěn)定工作。UART具有錯誤檢測和糾正功能，能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。UART是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行通信協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備和系統(tǒng)中。優(yōu)點傳輸速度慢功耗較高易受干擾傳輸距離有限缺點相對于其他高速通信協(xié)議，UART的傳輸速度較慢，不適合傳輸大量數(shù)據(jù)。由于UART采用線型結(jié)構(gòu)，容易受到外界電磁干擾的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。在傳輸數(shù)據(jù)時，UART需要持續(xù)供電，相對于其他低功耗通信方式，功耗較高。UART的傳輸距離受限于信號的衰減和噪聲干擾，一般在幾百米范圍內(nèi)有效。PART06UART與其他通信方式的比較SPI接口支持全雙工通信模式，即數(shù)據(jù)可以同時進行發(fā)送和接收。全雙工通信SPI接口采用同步傳輸方式，所有設(shè)備在同一個時鐘信號下進行數(shù)據(jù)傳輸。同步傳輸SPI接口的傳輸速度較快，通?？梢赃_到幾Mbps。傳輸速度快為了實現(xiàn)同步傳輸，SPI接口需要使用額外的時鐘線。需要額外的硬件SPI接口半雙工通信I2C接口支持半雙工通信模式，即數(shù)據(jù)只能在一個方向上進行發(fā)送或接收。異步傳輸I2C接口采用異步傳輸方式，設(shè)備可以在不同的時鐘信號下進行數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速度慢I2C接口的傳輸速度較慢，通常只有幾百kbps。需要地址識別I2C接口的每個設(shè)備都需要一個唯一的地址，以便進行數(shù)據(jù)傳輸。I2C接口并行接口可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)位，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。并行?shù)據(jù)傳輸并行接口的傳輸速度較快，但具體速度取決于數(shù)據(jù)線的數(shù)量。傳輸速度快為了實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸，需要多條數(shù)據(jù)線，增加了硬件成本。硬件成本高并行接口在長距離傳輸時，由于信號線之間的相互干擾，可能會導(dǎo)致信號畸變。長距離傳輸時信號容易畸變并行接口PART07UART的未來發(fā)展高速UART隨著技術(shù)的進步，UART的傳輸速率已經(jīng)從傳統(tǒng)的9600bps提升到了更高的速度，例如460800bps和921600bps。這種高速UART主要用于需要更快數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，如工業(yè)自動化和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。多通道UART為了滿足多設(shè)備通信的需求，未來的UART可能會支持多個通道同時傳輸，從而提高總體的數(shù)據(jù)吞吐量。提高傳輸速率為了支持更多的數(shù)據(jù)位和校驗位，UART可能會支持更多種類的數(shù)據(jù)格式，如7數(shù)據(jù)位、8數(shù)據(jù)位、校驗位等。這可以提供更好的數(shù)據(jù)完整性和糾錯能力。除了傳統(tǒng)的奇偶校驗外，未來的UART可能會支持更高級的錯誤檢測和糾正技術(shù)，如循環(huán)冗余檢查（CRC）和海明碼。增加數(shù)據(jù)位和校驗位高級錯誤檢測和糾正擴展數(shù)據(jù)格式異步傳輸和同步傳輸?shù)慕Y(jié)合混合模式UART為了滿足不同類型通信的需求，未來的UART可能會支持異步和同步兩種模式。