串口-UART

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¹⁾。

8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²⁾：

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	特性	信号方向
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

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³⁾。

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⁴⁾。

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 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