差别

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--- 标准:bus:uart:start [2025/09/08 08:58] – hwwiki
+++ 标准:bus:uart:start [2025/09/16 18:53] (当前版本) – [协议] hwwiki
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 UART是Universal Asynchronous Receiver-Transmitter通用异步收发器的缩写。
+===== 信号及连接 =====
+UART设备有两种DCE（Data Communication Equipment）和 DTE（Data Terminal Equipment）。路由器、Modem或者通讯模块一般为DCE，而打印机、计算机等终端一般为DTE。DCE和DTE、DCE和DCE、DTE和DTE之间都可以连接，但需要注意其信号定义及信号流向。
+以常见的DCE和DTE连接为例，UART信号定义如下表所示[([[https://usermanual.wiki/Huawei/%E5%8D%8E%E4%B8%BA%E6%A8%A1%E5%9D%97UART%E4%B8%B2%E5%8F%A3%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%8C%87%E5%AF%BCV100R00103Chinesepdf.265411997.pdf|华为：UART 串口设计指导]])]。
+线、4线、2线（不包括GND线）的连接图如下。无需硬件流控(RTS CTS)，用2线连接，需要硬件流控则用4线或8线连接。
+硬件流控的流程如下[([[https://www.microchip.com.cn/newcommunity/Uploads/202504/68119aac0100a.pdf|Microchip：AN4885 通过UART将PCI1xxx与RS-232、RS-422和RS-485接口进行连接]])]：
+  * 发送数据：发送器首先将RTS置为有效以通知接收器它有数据要发送，然后等待接收器将CTS置为有效。一旦RTS和CTS均置为有效，发送器就开始发送数据。发送器从LSb开始每次发送一位。发送器发送完成后，会立即发送停止信号并将RTS置为无效。只要接收器将CTS置为无效，发送器就会暂停发送。
+  * 接收数据：当接收器检测到发送器已将RTS信号置为有效时，会通过将CTS信号置为有效进行响应。当接收器检测到起始位后，会开始读取线路中传入的数据，然后将该数据存入移位寄存器中。当移位寄存器已满时，接收器会将数据推入FIFO寄存器中。接收器所连接的系统后续会负责清空FIFO寄存器。如果FIFO和移位寄存器均已满，接收器会将CTS置为无效，以便为系统留出更多的时间来读取寄存器，从而避免丢失数据。
+|  DCE  |||  DTE  |||  特性  |  信号方向  |
+|  名称  |  描述  |  输入输出  |  名称  |  描述  |  输入输出  |:::|:::|
+|  UART_RX  |  数据接收端  |  DI  |  TXD  |  数据发送端  |  DO  |  DTE 发送串行数据，DCE接收  |  DTE→DCE  |
+|  UART_TX  |  数据发送端  |  DO  |  RXD  |  数据接收端  |  DI  |  DCE发送，DTE 接收串行数据  |  DCE→DTE  |
+|  UART_CTS  |  清除发送  |  DI  |  RTS  |  请求发送  |  DO  |  DTE通知 DCE 请求发送，DCE切换到接收  |  DTE→DCE  |
+|  UART_RTS  |  请求发送  |  DO  |  CTS  |  清除发送  |  DI  |  DCE通知 DTE 请求发送，DTE切换到接收  |  DCE→DTE  |
+|  UART_DTR  |  DTE就绪  |  DI  |  DTR  |  DTE就绪  |  DO  |  DTE准备就绪，通知DCE  |  DTE→DCE  |
+|  UART_DSR  |  DCE就绪  |  DO  |  DSR  |  DCE就绪  |  DI  |  DCE通知DTE 准备就绪  |  DCE→DTE  |
+|  UART_DCD  |  载波检测  |  DO  |  DCD  |  载波检测  |  DI  |  DCE通知DTE，数据链路已连接  |  DCE→DTE  |
+|  UART_RING  |  振铃指示  |  DO  |  RING  |  振铃指示  |  DI  |  DCE通知 DTE 有远程呼叫或短信息  |  DCE→DTE  |
+{{:标准:bus:uart:8线uart.png?600|}}
+{{:标准:bus:uart:4线uart.png?600|}}
+{{:标准:bus:uart:2线uart.png?600|}}
+===== 硬件设计注意事项 =====
+==== 上拉电阻 ====
+UART起始位（Start bit）为高电平拉低到低电平，即空闲时需要保持高电平。
+一般在Tx和Rx线上都加一个上拉电阻，以保证空闲状态的高电平，避免起始位识别错误[([[https://blog.mbedded.ninja/electronics/communication-protocols/uart-communication-protocol/|UART Communication Protocol：Pull-up Resistors On TX Lines]])]。
+==== 来自UART的电流倒灌 ====
+当两个通讯的UART设备，一个设备断电，另一个设备仍在工作，则工作设备Tx或Rx等线上的电流，可能倒灌进未工作设备导致异常。可以通过加二极管或电压转换芯片等来隔离[([[https://blog.mbedded.ninja/electronics/communication-protocols/uart-communication-protocol/|UART Communication Protocol：Backfeeding Through UART]])]。
+==== 电平转换 ====
+  * TTL 1.8/3.3/5V之间的电平转换：用三极管（400KHz以下）、MOS管（1MHz以下）搭建转换电路，或直接用转换芯片（参考{{ :元器件:ic:logic:translators_level-shifters:ti_voltage_translation_buying_guide.pdf | Voltage Translation Buying Guide}}）
+  * TTL和RS232之间的电平转换：MAX3221等芯片
+  * TTL和RS485之间的电平转换：MAX485等芯片
+===== 协议 =====
+UART协议帧结构如下，详见[[https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/|DreamSourceLab：UART协议分析 > 2.协议规范]]。
+当两个设备需要通过UART协议进行通讯时，它们需要同时约定好以下内容：
+  * 每一位信号的时间长度T（波特率 = 1/T，最大波特率921600）
+  * 帧结构中每一项的具体位数
+  * 是否有校验位，以及校验位的机制（奇/偶/..）
+{{:标准:bus:uart:uart协议帧结构.png?600|}}
+==== 不同物理层的实现 ====
+常用的物理层有：TTL/CMOS电平1.8V/3.3V/5.0、RS232（单端）、RS485（差分），电平差异如下图，具体差异见[[https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/|DreamSourceLab：UART协议分析 > 1.2.不同的物理层实现]]。
+{{:标准:bus:uart:图_1‑2_不同的物理层电平标准.png?600|}}
+===== 测试 =====
+串口的测试有两种仪器，逻辑分析仪和示波器，软件工程师看协议推荐用逻辑分析仪，硬件工程师看信号推荐用示波器。
+具体详见[[https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/|DreamSourceLab：UART协议分析 > 3.1. 示波器vs逻辑分析仪]]。
+逻辑分析仪测试详见[[https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/|DreamSourceLab：UART协议分析 > 3.   使用逻辑分析仪分析UART通讯]]。
+UART通讯中的信号错误，详见[[https://www.ti.com/content/dam/videos/external-videos/en-us/9/3816841626001/6313217959112.mp4/subassets/uart_protocol_overview_and_error_sources_0.pdf|TI：UART Protocol Overview]]。
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 Tera Term下载地址[[https://sourceforge.net/projects/tera-term/|SOURCEFORGE: Tera Term]]
+脚本示例：{{ :标准:bus:uart:temperatuer_query.zip |}}
 ==== SSCOM ====