UART简介 UART功能

今天小编要和大家分享的是UART简介 UART功能，接下来我将从UART的简介，UART的功能，UART的基本结构及端口介绍，UART的信号时序，这几个方面来介绍。

UART即为Universal AsynchrONous Receiver/Transmitter，译为通用异步收发器。UART是设备间进行异步通信的关键模块，用于控制计算机与串行设备的芯片。它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。

UART的简介

计算机与外部设备的连接，基本上使用了两类接口：串行接口与并行接口。并行接口是指数据的各个位同时进行传送，其特点是传输速度块，但当传输距离远、位数又多时，通信线路变复杂且成本提高。串行通信是指数据一位位地顺序传送，其特点是适合于远距离通信，通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本。

串行通信又分为异步与同步两类。UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发器）正是设备间进行异步通信的关键模块。它的重要作用如下所示：

处理数据总路线和串行口之间的串/并、并/串转换；

通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx和Tx）就可以完成通信过程；

采用异步方式，数据收发完毕后，可通过中断或置位标志位的方式通知微控制器进行处理，大大提高微控制器的工作效率。

若加入一个合适的电平转换器，如Sp3232E、Sp3485，UART还能用于RS-232、RS-485通信，或与计算机的端口连接。UART应用非常广泛，手机、工业控制、pC等应用中都要用到UART。

UART的功能

1．发送/接收逻辑

发送逻辑对从发送FIFO读取的数据执行“并→串”转换。控制逻辑输出起始位在先的串行位流，并且根据控制寄存器中已编程的配置，会面紧跟着数据位（注意：最低位LSB先输出）、奇偶校验位和停止位。

在检测到一个有效的起始脉冲后，接收逻辑对接收到的位流执行“串→并”转换。此外还会对溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和线中止（line-break）错误进行检测，并将检测到的状态附加到被写入接收FIFO的数据中。

2．波特率的产生

波特率除数（baud-ratedivisor）是一个22位数，它由16位整数和6位小数组成。波特率发生器使用这两个值组成的数字来决定位周期。通过带有小数波特率的除法器，在足够高的系统时钟速率下，UART可以产生所有标准的波特率，而误差很小。

3．数据收发

发送时，数据被写入发送FIFO。如果UART被使能，则会按照预先设置好的参数（波特率、数据位、停止位、校验位等）开始发送数据，一直到发送FIFO中没有数据。一旦向发送FIFO写数据（如果FIFO未空），UART的忙标志位BUSY就有效，并且在发送数据期间一直保持有效。BUSY位仅在发送FIFO为空，且已从移位寄存器发送最后一个字符，包括停止位时才变无效。即UART不再使能，它也可以指示忙状态。BUSY位的相关库函数是UARTBusy()

在UART接收器空闲时，如果数据输入变成“低电平”，即接收到了起始位，则接收计数器开始运行，并且数据在Baud16的第8个周期被采样。如果Rx在Baud16的第8周期仍然为低电平，则起始位有效，否则会被认为是错误的起始位并将其忽略。

如果起始位有效，则根据数据字符被编程的长度，在Baud16的每第16个周期对连续的数据位（即一个位周期之后）进行采样。如果奇偶校验模式使能，则还会检测奇偶校验位。

最后，如果Rx为高电平，则有效的停止位被确认，否则发生帧错误。当接收到一个完整的字符时，将数据存放在接收FIFO中。

4．中断控制

出现以下情况时，可使UART产生中断：

FIFO溢出错误

线中止错误（line-break，即Rx信号一直为0的状态，包括校验位和停止位在内）

奇偶校验错误

帧错误（停止位不为1）

接收超时（接收FIFO已有数据但未满，而后续数据长时间不来）

发送

接收

由于所有中断事件在发送到中断控制器之前会一起进行“或运算”操作，所以任意时刻UART只能向中断产生一个中断请求。通过查询中断状态函数UARTIntStatus()，软件可以在同一个中断服务函数里处理多个中断事件（多个并列的if语句）。

5．FIFO操作FIFO是“First-InFirst-Out”的缩写，意为“先进先出”，是一种常见的队列操作。Stellaris系列ARM的UART模块包含有2个16字节的FIFO：一个用于发送，另一个用于接收。可以将两个FIFO分别配置为以不同深度触发中断。可供选择的配置包括：1/8、1/4、1/2、3/4和7/8深度。例如，如果接收FIFO选择1/4，则在UART接收到4个数据时产生接收中断。

发送FIFO的基本工作过程：只要有数据填充到发送FIFO里，就会立即启动发送过程。由于发送本身是个相对缓慢的过程，因此在发送的同时其它需要发送的数据还可以继续填充到发送FIFO里。当发送FIFO被填满时就不能再继续填充了，否则会造成数据丢失，此时只能等待。这个等待并不会很久，以9600的波特率为例，等待出现一个空位的时间在1ms上下。发送FIFO会按照填入数据的先后顺序把数据一个个发送出去，直到发送FIFO全空时为止。已发送完毕的数据会被自动清除，在发送FIFO里同时会多出一个空位。

接收FIFO的基本工作过程：当硬件逻辑接收到数据时，就会往接收FIFO里填充接收到的数据。程序应当及时取走这些数据，数据被取走也是在接收FIFO里被自动删除的过程，因此在接收FIFO里同时会多出一个空位。如果在接收FIFO里的数据未被及时取走而造成接收FIFO已满，则以后再接收到数据时因无空位可以填充而造成数据丢失。

收发FIFO主要是为了解决UART收发中断过于频繁而导致CpU效率不高的问题而引入的。在进行UART通信时，中断方式比轮询方式要简便且效率高。但是，如果没有收发FIFO，则每收发一个数据都要中断处理一次，效率仍然不够高。如果有了收发FIFO，则可以在连续收发若干个数据（可多至14个）后才产生一次中断然后一并处理，这就大大提高了收发效率。

完全不必要担心FIFO机制可能带来的数据丢失或得不到及时处理的问题，因为它已经帮你想到了收发过程中存在的任何问题，只要在初始化配置UART后，就可以放心收发了，FIFO和中断例程会自动搞定一切。

6．回环操作

UART可以进入一个内部回环（Loopback）模式，用于诊断或调试。在回环模式下，从Tx上发送的数据将被Rx输入端接收。

7．串行红外协议

在某些Stellaris系列ARM芯片里，UART还包含一个IrDA串行红外（SIR）编码器/解码器模块。IrDASIR模块的功能是在异步UART数据流和半双工串行SIR接口之间进行转换。片上不会执行任何模拟处理操作。SIR模块的任务就是要给UART提供一个数字编码输出和一个解码输入。UART信号管脚可以与一个红外收发器连接以实现IrDASIR物理层连接。