UART

UART，是一种用于实现数字串行接口的电子电路。 这可以是一个独立的电子组件（UART 芯片或组件）或一个集成度更高的组件（例如微控制器）的功能块。

UART 接口用于通过数据线发送和接收数据，并形成了 PC 和微控制器上串行接口的标准。 具有各种接口（例如 RS-232 或 EIA-485）的接口在工业领域也很常见。

数据作为串行数字数据流传输，固定帧由一个起始位、五个到最多八个或九个数据位（取决于应用程序）、一个可选的奇偶校验位来检测传输错误和一个或两个停止位组成位组成。 发送器不需要通过它自己的控制线将传输时钟传送给接收器。 相反，接收器根据数据线的时钟计算发送器的时钟，并使用起始位和停止位与其同步。 通常停止位可以配置为位正常传输时间的 1.5 或 2 倍。 这称为 1.5 或 2 个停止位，必须在发送方和接收方均等设置。 由于接收器使用每个接收到的字节重新计算发送器的时钟并每次都重新同步，因此即使发送器和接收器之间的时钟差异很大也可以得到补偿。 即使是短期的时钟波动也能迅速得到补偿。 这就是为什么这种类型的数据传输称为“异步”而这种类型的同步称为“字节同步”。

异步操作模式的特点是发送器不在自己的控制线上将自己的时钟信号发送到接收器。 相反，接收器在帧的长度上同步，由接收到的最后一个停止位之后的新起始位的前沿和设置的波特率（在这种情况下对应于比特率）作为中介。 此串行接口称为异步接口，因为带有起始位的传输的开始可以在任何时间点发生。 为了能够保证同步，一个帧内可以传输的数据位数是有限制的。 如果一个帧中包含一个以上的字节，同步可能会丢失，这可能导致数据流的错误解释，从而导致错误的传输。 如果在传输暂停期间没有数据要传输，则发送器将线路设置为停止位的极性。 因为接收器与每个传输的帧重新同步，所以传输的帧没有必要在时间上相关。 发送器和接收器只需在单个帧的持续时间内同步工作，不再需要。 这称为“字节同步”或字符同步。

同步串行接口不需要一帧开始/停止位。 它们以其他方式确保参与者的同步性，例如通过使用额外的时钟线路或通过从线路代码中恢复时钟。

UART 的历史与 RS-232 数据通信的标准化密切相关。 虽然xxx批 UART 旨在实现几百位/秒的数据传输速率，并通过电源接口或调制解调器连接到电传打字机，但在后来的几年中，它们作为独立芯片达到了每秒几兆位。异步传输发生在与RS-232接口使用。 这个接口比较普遍。 UART 生成要在 RS-232 接口上传输的数据位以及为此所需的数据帧。 实际的 RS-232 接口还包括电平转换器和连接器等其他组件，它们不再是 UART 的一部分。

为了使 UART 模块能够通信，一个模块的接收线 (Rx) 和另一个模块的传输线 (Tx) 必须在连接器上彼此面对。 这意味着始终需要两种引脚分配类型（主机和从机），即使设备在平等的基础上相互通信也是如此。

避免单线 UART (SWART) 的修改。这个反极性问题。 如果 Rx 和 Tx 组合在一个引脚上，则只能进行单工传输，但任何模块都可以相互通信。 甚至多个 UART 模块也可以通过一根线（SWART 总线）进行通信。 SWART 特别适用于短距离和高达 115,200 波特的数据速率。

UART通常作为微控制器中的通信模块，或作为独立集成电路在计算机中实现，作为芯片组中的部分功能，以硬件描述语言的形式集成到现场可编程门阵列（FPGA）中或作为所谓的“软件UART”，只能有一个程序序列并直接控制某些输入/输出引脚（位碰撞）。 要发送或接收的数据通常以并行形式提供给 UART，例如通过 CPU 外部总线。

除了实际的UART，还有其他基于UART的接口模块。 通用名称是 DUART，缩写代表双 UART，它将两个 UART 组合在一个微芯片中。 USART代表通用同步/异步接收器发送器，还提供同步数据传输选项。

在简单的微控制器系统中，数据通常通过 UART 接口进行交换，这些接口无需握手即可实现，仅通过 Rx 和 Tx，并且没有 RS-232 所需的电平转换器。 由于电平转换器没有反转，因此通过非反转 TTL 电平或 CMOS 电平进行通信。 这种适用于短距离的实现方式也称为 CMOS-UART 或 TTL-UART，几乎所有的微控制器都支持它，也可以通过软件以相应的低传输速率（位碰撞）实现。

通过 CMOS-UART 连接 GPS 接收器在商业领域也很常见。