一、UART介紹

　　通用異步收發(fā)傳輸器通常稱作UART，UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART用于主機(jī)與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機(jī)通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　基本結(jié)構(gòu)：

　?、?輸出移位寄存器，它接收從輸出緩沖器送來的并行數(shù)據(jù)，以發(fā)送時(shí)鐘的速率把數(shù)據(jù)逐位移出，即將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出。

　　⑶ 輸入移位寄存器，它以接收時(shí)鐘的速率把出現(xiàn)在串行數(shù)據(jù)輸入線上的數(shù)據(jù)逐位移入，當(dāng)數(shù)據(jù)裝滿后，并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。

　　⑷ 輸入緩沖寄存器，它從輸入移位寄存器中接收并行數(shù)據(jù)，然后由CPU取走。

　　⑸控制寄存器，它接收CPU送來的控制字，由控制字的內(nèi)容，決定通信時(shí)的傳輸方式以及數(shù)據(jù)格式等。例如采用異步方式還是同步方式，數(shù)據(jù)字符的位數(shù)，有無奇偶校驗(yàn)，是奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)，停止位的位數(shù)等參數(shù)。

　　⑹狀態(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器中存放著接口的各種狀態(tài)信息，例如輸出緩沖區(qū)是否空，輸入字符是否準(zhǔn)備好等。在通信過程中，當(dāng)符合某種狀態(tài)時(shí)，接口中的狀態(tài)檢測邏輯將狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位置“1”，以便讓CPU查詢。

　　UART數(shù)據(jù)傳輸流程：

　　（1）UART的TXD通常情況處于高電平的狀態(tài)

　?。?）UART準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，TXD從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑磸?變0）并維持一位的傳輸時(shí)間。這樣接收方在檢測到TXD傳輸?shù)碾娖接懈唠娖阶優(yōu)榈碗娖降臅r(shí)候準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)。

　　（3）UART一幀有5，6，7，8位的數(shù)據(jù)，TXD由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖讲⒈３忠晃坏臅r(shí)候開始傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)是一位一位的進(jìn)行高低電平傳輸。首先發(fā)送的是低位。

　　（4）UART如果使用校驗(yàn)位時(shí)，在發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)候會緊跟著一位校驗(yàn)位。有兩種校驗(yàn)方法：奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)

　?。?）最后發(fā)送停止位，TXD數(shù)據(jù)線恢復(fù)到正常狀態(tài)，停止位的長度有三種。1位，1.5位，2位

　　二、RS232介紹

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會（Electronic Industries Association，EIA） 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 （DB-9） 或是25個(gè)引腳 （DB-25） 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。

　　在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。RS-232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。（“RS-232-C”中的“-C”只不過表示RS-232的版本，所以與“RS-232”簡稱是一樣的）

　　RS232的9針接口：

　　最右邊的是串口接口 統(tǒng)稱為RS232接口（封裝DB9）

　　通信過程中只有兩個(gè)腳參與通信

　　2腳：電腦的輸入RXD

　　3腳：電腦的輸出TXD 通過2 ，3 腳就可以實(shí)現(xiàn)全雙工（可同時(shí)收發(fā)）的串行異步 通信

　　5腳：接地

　　RS232的引腳電路連接完成（就三個(gè)腳）

　　對于單片機(jī)

　　單片機(jī)的P3口是有兩個(gè)復(fù)用接口RXD 和TXD 這是單片機(jī)進(jìn)行串行通信的收發(fā)口 連接應(yīng)該錯(cuò)位的對應(yīng)到電腦的TDX RDX上

　　注意：單片機(jī)和rs232的電平標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的（各種電平標(biāo)準(zhǔn)見另一word）

　　單片機(jī)的電平標(biāo)準(zhǔn) TTL電平 ：+5V表示1 0V表示0

　　Rs232的電平標(biāo)準(zhǔn) +15/+13 V表示1 -15/-13 表示0

　　所以 單片機(jī)與電腦串口通信就應(yīng)該遵循下面的連接方式：

?

　　在單片機(jī)與上位機(jī)給出的rs232口之間 通過電平轉(zhuǎn)換電路（最上面圖中的Max232芯片） 實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換

　　三、RS485介紹

　　為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同 一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。

　　RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有四線制接法，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

　　rs485特點(diǎn)：

　　1. RS-485的電氣特性：采用差分信號正邏輯，邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2~6）V表示；邏輯”0“以兩線間的電壓差為-（2~6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

　　2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

　　3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。、

　　4. RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，傳輸速率越低，傳輸距離越長，如果需傳輸比RS-485最大通信距離更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　RS485通信原理：

　　RS485是一種在工業(yè)上作為數(shù)據(jù)交換的手段而廣泛使用的串行通信方式，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。它采用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。

　　通常情況下，RS485的信號在傳送出去之前會先分解成正負(fù)對稱的兩條線路（即我們常說的A、B信號線），當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號相減還原成原來的信號。發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2~6V，是一個(gè)正1邏輯狀態(tài);負(fù)電平在-2~6V，是一個(gè)負(fù)0邏輯狀態(tài);另有一個(gè)信號地C。在RS485中還有一“使能”端?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

　　接收端與發(fā)送端的電平邏輯規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當(dāng)在接收端AB之間（DT）=（D+）-（D-）有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV~6V之間。

　　例如：發(fā)送“1”時(shí)，驅(qū)動器收到控制器發(fā)送來的高電平，之后A端輸出高電平，B端輸出低電平;接收器A端收到高電平，B端收到低電平，兩個(gè)信號相減得到“1”。同理，發(fā)送“0”時(shí)，驅(qū)動器收到控制發(fā)送來的低電平，之后A、B兩端分別輸出低、高電平，接收端A、B則接收到低、高電平，兩個(gè)信號相減后得到“0”。

　　如果受到干擾，則接收端AB之間（DT）=［（D+）+Noise］-［（D-）+Noise］= （D+）-（D-），由此可以看出干擾信號被消除。

　　四、串口uart和RS232，RS485聯(lián)系

　　串口通訊是電子工程師和嵌入式開發(fā)工程師面對的最基本問題，RS232則是其中最簡單最常用的通訊方式。但是初學(xué)者往往搞不清有關(guān)的名詞如UART和RS232或RS485之間是什么關(guān)系，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常被放到語句中同等的位置使用。在百度搜索二者的區(qū)別，可以看到排在最前面的答案充斥著混淆的概念。就此，談?wù)勎覍@幾個(gè)概念的理解，希望能幫初學(xué)者厘清它們之間的關(guān)系。

　　通訊問題，和交通是一樣的。串口通信，我們這里可以用公交來類比。

　　公交運(yùn)行可以簡單分成兩個(gè)部分：

　　1、車站

　　2、公路

　　其中車站決定了車上裝什么（人），怎么發(fā)送（班次）等。

　　當(dāng)汽車跑在路上，就要遵守公路交通的規(guī)則，過橋有過橋的規(guī)則，高速有高速的規(guī)則，和車站沒有關(guān)系了。

　　回到串口通訊，其實(shí)，UART就相當(dāng)于車站，而RS232/RS485則對應(yīng)于公路的規(guī)則。

　　UART，是通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），既然是“器”，顯然，它就是個(gè)設(shè)備而已，要完成一個(gè)特定的功能的硬件，它本身并不是協(xié)議。那么它要完成什么功能呢？它的最基本功能，是串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。我們知道，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)以Byte為基本單位，對一個(gè)Byte的存取是并行的，即，同時(shí)取得/寫入8個(gè)bit。而串行通信，需要把這個(gè)Byte“打碎”，按照時(shí)間順序來收發(fā)以實(shí)現(xiàn)串行。例如：

　　內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是： 1 1 1 0 0 1 0 1

　　串行發(fā)送的實(shí)際效果是（按時(shí)間排序【注1】）：

　　1

　　0

　　1

　　0

　　0

　　1

　　1

　　1

　　接收則是上述過程的逆過程。

　　這就是UART做的最基本工作，進(jìn)一步的，它還要控制“發(fā)車的班次”，比如確認(rèn)一個(gè)Byte的這8個(gè)bit是什么時(shí)候開始的，又是什么時(shí)候結(jié)束的，兩個(gè)班次之間至少要隔多長時(shí)間的緩沖，等等。這一部分，也具有協(xié)議的特征，但是相對于道路上的協(xié)議，更具有一般性，或曰，是與車在什么道路上開，相對獨(dú)立的。

　　那么道路上的規(guī)定是什么樣的呢？

　　RS232/RS485，是兩種不同的電氣協(xié)議，也就是說，是對電氣特性以及物理特性的規(guī)定，作用于數(shù)據(jù)的傳輸通路上，它并不內(nèi)含對數(shù)據(jù)的處理方式。比如，最顯著的特征是：RS232使用3－15v有效電平，而UART，因?yàn)閷﹄姎馓匦圆]有規(guī)定，所以直接使用CPU使用的電平，就是所謂的TTL電平（可能在0~3.3V之間）。更具體的，電氣的特性也決定了線路的連接方式，比如RS232，規(guī)定用電平表示數(shù)據(jù)，因此線路就是單線路的，用兩根線才能達(dá)到全雙工的目的；而RS485， 使用差分電平表示數(shù)據(jù)，因此，必須用兩根線才能達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的基本要求，要實(shí)現(xiàn)全雙工，必需用4根線。但是，無論使用RS232還是RS485，它們與UART是相對獨(dú)立的，但是由于電氣特性的差別，必須要有專用的器件和UART接駁，才能完成數(shù)據(jù)在線路和UART之間的正常流動。

　　RS232甚至規(guī)定了接口的具體樣式，圖為DB9接口

　　總結(jié)：

　　從某種意義上，可以說，線路上存在的僅僅是電流，RS232/RS485規(guī)定了這些電流在什么樣的線路上流動和流動的樣式；在UART那里，電流才被解釋和組裝成數(shù)據(jù)，并變成CPU可直接讀寫的形式。