嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-UART协议_UART的流控制机制.docx

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UART协议简介

1UART协议的历史和发展

UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器）协议，自20世纪70年代以来，一直是电子通信领域中不可或缺的一部分。最初，UART被设计用于在计算机和终端设备之间进行数据传输，以解决早期串行通信中不同设备之间的时钟同步问题。随着时间的推移，UART协议因其简单、可靠和成本效益高的特性，被广泛应用于各种电子设备中，包括微控制器、嵌入式系统、移动设备和物联网设备。

1.1发展历程

早期阶段：UART最初是为电传打字机设计的，用于在没有共享时钟信号的情况下进行数据传输。

个人计算机时代：随着个人计算机的普及，UART成为PC与外部设备（如打印机、调制解调器）通信的标准接口。

嵌入式系统和微控制器：随着微电子技术的发展，UART被集成到微控制器中，成为实现设备间串行通信的首选方式。

现代应用：在物联网和移动设备中，UART协议仍然被广泛使用，尽管其传输速度相比现代高速通信协议较慢，但在低速、短距离通信中，UART的简单性和成本效益使其成为理想选择。

2UART协议的基本原理和组成

UART协议是一种异步串行通信协议，允许在没有时钟信号的情况下进行数据传输。其基本原理是通过在数据位之间插入起始位和停止位来实现数据的同步和完整性。

2.1基本原理

起始位：UART通信开始时，发送设备会发送一个低电平的起始位，表示数据传输的开始。

数据位：紧随起始位之后，是数据位，通常为8位，用于传输实际数据。

奇偶校验位（可选）：数据位之后，可以有一个奇偶校验位，用于检测传输错误。

停止位：数据位和奇偶校验位之后，是停止位，通常为1位或1.5位或2位的高电平，表示数据传输的结束。

空闲状态：在没有数据传输时，UART线路上保持高电平状态。

2.2组成部分

UART通信主要由以下几部分组成：

发送器（Transmitter）：负责将并行数据转换为串行数据，并在数据线上发送。

接收器（Receiver）：负责从数据线上接收串行数据，并将其转换为并行数据。

波特率（BaudRate）：定义了数据传输的速度，即每秒传输的位数。

数据格式：包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位的配置。

2.3示例代码

以下是一个使用Arduino进行UART通信的简单示例，代码展示了如何设置波特率并发送数据。

//ArduinoUART通信示例

voidsetup(){

//设置串行通信波特率为9600

Serial.begin(9600);

}

voidloop(){

//发送字符串

Serial.println(Hello,UART!);

//暂停1秒

delay(1000);

}

2.4数据样例

在上述代码中，Arduino将每秒发送一次字符串Hello,UART!。假设波特率为9600，这意味着每秒可以传输9600位。对于一个8位的数据位，加上1位的起始位和1位的停止位，发送一个字符大约需要10位，即10/9600秒，或大约0.1毫秒。

2.5讲解描述

在上述示例中，Serial.begin(9600);用于初始化UART通信，设置波特率为9600。Serial.println(Hello,UART!);则用于发送数据。在发送数据时，Arduino会自动在数据前后添加起始位和停止位，以确保数据的正确传输。通过delay(1000);，我们控制了发送数据的频率，避免了数据的连续发送导致的接收端处理问题。

通过上述介绍，我们了解了UART协议的历史、基本原理和组成部分。UART协议因其简单性和可靠性，在电子通信领域中占据着重要地位，尤其是在低速、短距离的通信场景中。尽管其传输速度有限，但UART协议的广泛应用证明了其在现代电子设备中的不可或缺性。#UART的流控制机制

3流控制的重要性

在UART（通用异步收发传输器）通信中，流控制机制是确保数据传输稳定性和防止数据丢失的关键。由于UART通信是异步的，发送端和接收端的时钟并不完全同步，这可能导致数据在传输过程中过快或过慢，从而引起数据溢出或接收缓冲区的溢出。流控制通过在数据传输过程中动态调整数据流，避免了这些问题，确保了数据的完整性和通信的可靠性。

4硬件流控制：RTS/CTS和DSR/DTR

硬件流控制是通过额外的信号线来实现的，主要分为RTS/CTS（请求发送/清除发送）和DSR/DTR（数据设备就绪/数据终端就绪）两种机制。

4.1RTS/CTS

RTS/CTS是一种基于握手的流控制机制。RTS（RequesttoSend）信号由发送端发出，表示发送端准备发送数据；CTS（Cleart