串口（uart/usart）基础介绍

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前言

我要把linux驱动设备的硬件协议先吃透先

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一、UART

1. uart介绍

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种通信协议和硬件接口，用于在计算机系统和外部设备之间进行异步数据传输。它是一种简单且常见的串行通信方式，广泛应用于嵌入式系统、单片机和通信设备中。它在全双工模式下工作。

2. 工作原理

uart通过发送和接收数据来实现实时通信，它使用起始位和停止位来识别每个数据字节的开始与结束，实现数据的异步传输。
UART的引脚有：
TXD (Transmit Data)：发送数据引脚，用于发送端发送数据。
RXD（Receive Data): 接收端引脚，用于接收端接收数据。
GND：共用地

3. 数据结构

uart需要用指定的一种数据格式进行传输，数据格式如下：
一般uart数据都包括：起始位，数据位，奇偶校验位，停止位。如图所示

起始位： 从高到低，一个逻辑0，表示数据传输的起始；
数据位：实际要传输的数据，可以是5，6，7，8个逻辑1或者0构成一个字符，发送和接收端必须保证相同的数据位数设置，确保数据的正确一致性；
校验位：可以是奇校验也可以是偶校验，或者无校验。奇校验：传输的数据中（不包含校验位）有奇数个逻辑“1”，那么校验位为0，反之为1。偶校验：传输的数据中（不包含校验位）有偶数个逻辑“1”，那么校验位为0，反之为1。
停止位：字符数据结束标志，可以是1位，1.5位，2位的高电平，适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度就越大，数据传输率越低。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示没有数据传输。

4.波特率

UART通过设置波特率来控制数据传输的速率。波特率表示每秒传输的位数。
发送和接收端必须使用相同的波特率设置。

假如有一个起始位，一个停止位，数据位8位，没有奇偶校验位，传输一个字节的数据，实际传输10bit，那么计算方式如下：

1. 波特率为9600表示串口每秒可以传输 9600bit，每传输1bit所需时间：
   1 s/ 9600bit = 1000000 (u s)/9600(bit)=1000/9.6 =104.1667us
2. 波特率为115200 表示串口每秒可以传输115200bit，每传输1bit所需时间：
   1 s / 115200 b i t = 1000000 ( u s ) / 115200 ( b i t ) = 1000 / 115.2 = 8.6806 u s
   其他波特率计算如下：
   

二、USART

1. usart介绍

USART（Universal Synchronous /Asynchronous Receiver / Transmitter，异步同步通信接口）是一种通信协议和硬件接口，用于在计算机系统和外部设备之间进行串行数据传输。它可以在全双工或半双工模式下工作，并支持同步或异步通信。

2. 工作原理

USART通过发送和接收数据位来实现同步或异步串行数据传输。它提供了更高的灵活性与数据传输速率。

USART主要有三根数据线：

3.数据格式

与uart类似，但USART是以同步模式工作的，数据的传输是通过外部时钟进行同步的。发送端与接收端共享系统的CLK。同步通信允许更高的数据传输速率和更精确的数据同步。
异步模式跟uart一样。

4. 波特率

与uart一致

UART与USART的区别

同步通信支持：USART支持同步通信，而UART仅支持异步通信。

时钟需求：USART需要一个时钟信号（CLK）来同步数据传输，而UART不需要外部时钟信号。UART的数据传输完全依赖于波特率的设定，而USART通过时钟信号来确保数据传输的同步。

数据传输速率：由于USART支持同步通信，因此在相同的波特率下，USART能够实现更高的数据传输速率。相比之下，UART的数据传输速率受限于异步通信的性质，通常较低。

硬件复杂性：USART相对于UART具有更复杂的硬件实现。由于支持同步通信和更高的数据传输速率，USART需要更多的硬件资源来实现时钟信号的生成和同步处理。UART的硬件实现相对简单，适用于一些低复杂性和低速率的应用。

引用：https://blog.csdn.net/CSDN_PBB/article/details/131102031