总线数据传输中的UART技术

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1、2021/7/151第四讲总线数据传输中的UART技术主讲人：于海滨二教中楼309室shoreyhb@hdu.edu.cnUARTUART:UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter（通用异步接收/发送装置）实质是一种通用串行总线，用于异步通信可以实现全双工传输和接收在嵌入式设计中，UART通常用于嵌入式系统板与PC机之间通信，典型的例子就是串口2021/7/152典型UART设备的发送流程首先将接收到的并行数据转换成串行数据（并串转换）传输时消息帧从一个低位起始位开始，后面是7个或8个数据位，一个可用的奇

2、偶位和一个或几个高位停止位如果选择了奇偶，UART就在数据位后面加上奇偶位。奇偶位可用来帮助错误校验2021/7/153典型UART设备的接收流程接收器发现开始位后，获知数据准备发送，做好接收数据准备在接收过程中，UART从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行UART也产生额外的信号来指示发送和接收的状态。例如，如果产生一个奇偶错误，UART就置位奇偶标志2021/7/154UART的数据方向数据传输可以首先从最低有效位(LSB)开始有些UART允许灵活选择先发送最低有效位或最高有效位(MSB)2021

3、/7/155UART的通信速度微控制器中的UART传送数据的速度范围为每秒几百位到1.5Mb例如，嵌入在ElanSC520微控制器中的高速UART通信的速度可以高达1.1152Mbps。UART波特率还受发送和接收线对距离（线长度）的影响市场上有只支持异步通信和同时支持异步与同步通信的两种硬件可用于UART前者就是UART名字本身的含义，在摩托罗拉微控制器中被称为串行通信接口（SCI）；Microchip微控制器中的通用同步异步收发器（USART）和在富士通微控制器中的UART是后者的两个典型例子2021/7/156UART的实现方式芯片内部集成U

4、ART，直接选用具有UART接口的MCU例如单片机、ARM在MCU的并行总线上扩展UART芯片，如Ti的TL16C552，用硬件来实现异步数据传输优点：软件实现简单缺点：总线还要扩展其他设备，使目标系统复杂化利用MCU的通用I/O或同步串口采用软件模拟异步时序，实现软件UART优点：硬件简单缺点：软件实现复杂，加大MCU负担，不适合通信数据量大的场合2021/7/157计算机中的UARTUART是计算机中串行通信端口的关键部分在计算机中，UART相连于产生兼容RS232规范信号的电路当一个微控制器中的UART相连于PC时，它需要一个RS232驱动器

5、来转换电平2021/7/158RS232C串行总线电气连接方式2021/7/159TTL、CMOS和RS232电平TTL电平输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V一般认为TTL电平逻辑“1”为5VCMOS电平“1”逻辑电平电压接近于电源电压，“0”逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限一般CMOS工艺器件的电源电压为3.3V，因而一般意义上的CMOS电平逻辑“1”即为3.3VRS232C电平为EI

6、A电平逻辑“1”：+3V~+25V；逻辑“0”：-3V~-25V2021/7/1510TTL、CMOS和RS232电平之间的相互转换TTL电平与CMOS电平之间的相互转换少量总线最简单方式：用两个电阻对电平分压多根总线同时需要转换：总线隔离器2021/7/151174LVT16245TTL电平与RS232C电平之间的相互转换MAX2322021/7/1512RS232C总线主要特点非平衡连接方式非平衡线缆通常是一个同轴电缆，在非平衡线缆中，电流通过导体流过去，并通过大地返回平衡连接通常是包含两个导体的双绞线或双股电缆，两根电线都连接到发生器(发送方

7、)和接收方，并且它们都有相同的电流，但是电流是反方向的信道噪声会叠加在信号上并全部反映到接收器中，因而会加大通信误码率，但却最大限度降低了通信成本采用点对点通信只用一对收发设备完成通信工作，其驱动器负载为3～7kΩ公用地线所有信号线共用一条信号地线，在短距离通信时有效地抑制了噪声干扰；但不同信号线间会通过公用地线产生干扰2021/7/1513RS232C总线机械特性（1）RS-232-C总线的接口连接器采用DB-25插头和插座，其中阳性插头（DB-25-P）与数据终端设备DTE相连，阴性插座（DB-25-S）与数据通信设备DCE相连2021/7/1

8、514RS232C总线机械特性（2）通常使用的RS-232-C接口信号只有9根引脚。最基本的三根线是发送数据线2、数据线3