学习笔记——UART（通用异步收发器）

UART（通用异步收发器）

一、基本概念

1. UART定义：Universal Asynchronous Receiver Transmitter

   • 通用异步收发器，用于异步通信的硬件接口

   • 包含自己的一套通信规则和协议

   • 特点：异步、全双工、串行通信协议

二、硬件连接

接线方式：

MCU <---> 外部设备 TXD <---> RXD （发送线对接收线） RXD <---> TXD （接收线对发送线） VCC <---> VCC （电源正极） GND <---> GND （接地）

注意：必须交叉连接（TXD接RXD，RXD接TXD）

三、通信方式

四、数据传输特点

1. 发送顺序

LSB优先原则（低位先行）

数据：A6 = 1010 0110 发送顺序：0 → 1 → 1 → 0 → 0 → 1 → 0 → 1 LSB MSB

2. 传输形式比较

并行传输问题：距离增加会导致信号偏移和电磁干扰

五、通信时序

数据帧格式：

起始位 + 数据位(5-9位) + 校验位(可选) + 停止位(1/1.5/2位)

• 起始位：1位低电平（0）

• 停止位：1位或多位高电平（1）

六、奇偶校验

1. 校验类型

2. 校验示例

数据：1010 0110 (有4个'1') 奇校验：校验位=1（总共有5个'1'，奇数） 偶校验：校验位=0（总共有4个'1'，偶数）

七、通信参数

格式：波特率 数据位 校验位 停止位

9600 8 N 1 → 波特率9600，8位数据，无校验，1位停止位 2400 8 E 1 → 波特率2400，8位数据，偶校验，1位停止位 115200 8 O 1 → 波特率115200，8位数据，奇校验，1位停止位

常见波特率：

2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200

八、同步与异步

九、串口寄存器配置（以51单片机为例）

1. SCON寄存器配置

SCON &= ~(3 << 6); // 清bit6、bit7（SM0、SM1） SCON |= (1 << 6); // 设置SM0=0，SM1=1 → 模式1：8位UART，波特率可变 SCON |= (1 << 4); // 设置REN=1，允许接收数据

2. SCON重要标志位

• TI（发送中断标志）

  • 8位数据发送完毕后自动置1

  • 必须用软件清零

  • TI = 0;

• RI（接收中断标志）

  • 8位数据接收完毕后自动置1

  • 必须用软件清零

  • RI = 0;

3. PCON寄存器配置

PCON |= (1 << 7); // SMOD=1，波特率翻倍 PCON &= ~(1 << 6); // SMOD0=0，通过SM0和SM1确定串口模式

十、波特率计算

定时器1工作模式（8位自动重装）

• 波特率公式：

  波特率 = (2^SMOD × 晶振频率) / (32 × 12 × (256 - TH1))

• 常用波特率对应的初值（12MHz晶振，SMOD=1）：

  9600 → TH1 = 0xFD 4800 → TH1 = 0xFA 2400 → TH1 = 0xF4

十一、主机与从机概念

十二、重点内容总结

1. 串口概念：异步、全双工、串行通信

2. 通信方式区别：单工（单向）、半双工（双向分时）、全双工（双向同时）

3. 发送顺序：LSB优先，低位先行

4. 串行vs并行：串行-单线慢成本低，并行-多线快成本高

5. 通信时序：起始位+数据位+校验位+停止位

6. 奇偶校验：奇校验-总'1'数为奇数，偶校验-总'1'数为偶数

7. 通信参数：波特率、数据位、校验位、停止位

8. 常见波特率：2400、9600、115200等

9. 同步vs异步：有无时钟线同步

10. 波特率产生：依靠定时器1（通常模式2，8位自动重装）

11. 定时器模式：16位定时器需软件重装，8位自动重装自动重载

12. 16位vs8位定时器：16位-范围大需软件干预，8位-范围小但自动重装

13. 主机vs从机：主机主动发起，从机被动响应

14. Modbus协议：常见的主从式通信协议格式

十三、关键知识点

• 数据帧结构：理解起始位、数据位、校验位、停止位的组合

• 波特率计算：掌握定时器初值计算方法

• 寄存器操作：熟练掌握SCON、PCON的位操作

• 工作模式：掌握模式1（8位UART，波特率可变）的配置

• 通信流程：理解数据收发的中断处理流程