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uart通信

前瞻

uart:通用异步收发器,全双工、串行、异步通信方式。        

uart通信协议有两根数据线:TXD收和RXD发。传输速率用波特率表示( bit/s   每秒传输多少bit,常见:1200 2400 4800 9600 115200)

 串口:不管是单片机开发还是嵌入式 Linux 开发,串口都是最常用到的外设。可以通过串口将开发板与电脑相连,然后在电脑上通过串口调试助手来调试程序。还有很多的模块,比如蓝牙、 GPS、 GPRS 等都使用的串口来与主控进行通信的,在嵌入式 Linux 中一般使用串口作为控制台,所以掌握串口是必备的技能。而串口就是利用uart协议实现的。

uart时序:uart通信只有收发数据线,通过设置相同波特率实现主从设备同步,然后应设置相同的电平标准就可以对应数据的1、0,通电一会儿,直接就可以按帧格式发送数据,一帧数据包括起始位(1位低电平)、数据位(,无校验时一般8位,低位先行,小端存储,有校验时7位)、校验位(1位奇偶校验或无校验)、停止位(1位高电平),然后接着发即可,空闲时是高电平,随时停止,保持空闲即可。

奇偶校验:

  • 奇校验:数据位与校验位中“1”的总数为奇数。若原始数据中“1”的个数为偶数,则校验位设为“1”;若为奇数,则校验位为“0”。
  • 偶校验:数据位与校验位中“1”的总数为偶数。若原始数据中“1”的个数为奇数,则校验位设为“1”;若为偶数,则校验位为“0”

uart驱动跟设备树节点已经由厂商写好,我们直接对相应设备节点/dev/tty*读写操作即可

前瞻结束

是的,在Linux系统中,用户程序通常只需要通过标准的文件操作接口(如openreadwriteclose等)即可操作UART设备,无需直接编写内核驱动。这是因为Linux内核已经提供了成熟的UART驱动框架,并将串口设备抽象为字符设备文件(如/dev/ttyS*/dev/ttyUSB*),用户程序可以像操作普通文件一样与串口交互。以下是具体说明:


1. 用户程序操作UART的核心步骤

  1. 打开设备文件
    使用open()函数以读写模式打开串口设备文件(如/dev/ttyS0),需添加标志位O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY以避免终端控制和阻塞:

    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd == -1) {perror("Failed to open serial port");return -1;
    }
    
  2. 配置串口参数
    通过termios结构体设置波特率、数据位、停止位等参数,关键函数包括:

    • tcgetattr()获取当前配置。
    • cfsetispeed()cfsetospeed()设置波特率(如B9600)。
    • tcsetattr()应用配置:
      struct termios options;
      tcgetattr(fd, &options);
      cfsetispeed(&options, B9600);
      options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);  // 启用本地连接和数据接收
      options.c_cflag &= ~PARENB;           // 无奇偶校验
      options.c_cflag &= ~CSTOPB;           // 1位停止位
      options.c_cflag |= CS8;               // 8位数据位
      tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
      
  3. 读写数据
    使用read()write()函数进行数据传输,与普通文件操作一致:

    write(fd, "Hello", 5);          // 发送数据
    char buffer[256];
    int n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));  // 接收数据
    
  4. 关闭设备
    操作完成后调用close()释放资源:

    close(fd);
    

2. 内核驱动的角色

  • 驱动已内置:Linux内核已集成主流UART控制器驱动(如8250、PL011等),自动处理硬件寄存器操作、中断和DMA传输。
  • 设备树配置:通过设备树(DTS)描述硬件资源(如寄存器地址、中断号),驱动会根据设备树节点自动初始化硬件:
    &uart1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;status = "okay";
    };
    
  • 用户空间接口:驱动将UART设备映射为/dev/tty*文件,用户程序无需关心底层细节。

3. 高级功能与注意事项

  • 流控制:可通过termios启用硬件流控(RTS/CTS)或软件流控(XON/XOFF)。
  • 非阻塞模式:使用O_NDELAY标志或select()/poll()实现异步读写。
  • 权限问题:需确保用户对设备文件有读写权限(如加入dialout组)。
  • 调试工具stty命令可查看或修改串口参数,dmesg可检查驱动加载日志。

4. 对比其他总线协议

  • I2C/SPI:同样只需编写设备驱动(实现i2c_driverspi_driver)和配置设备树,控制器驱动由内核提供。
  • GPIO单总线:无标准协议驱动,需完全自定义时序模拟[^用户提问补充]。

总结

用户程序操作UART仅需文件接口,内核驱动和设备树已完成底层硬件抽象。特殊场景(如自定义协议)才需扩展内核驱动,多数情况下直接调用/dev/tty*即可。

TTY(Teletypewriter)和串口(UART)在Linux系统中密切相关,但TTY并不等同于串口。TTY是一个更广泛的概念,涵盖了多种终端设备类型,而串口只是其中的一种具体实现形式。以下是详细分析:


1. TTY的范畴与分类

TTY是Linux系统中终端设备的统称,其名称源于早期的电传打字机(Teletypewriter),现代系统中主要分为以下类型:

  • 物理TTY:直接连接计算机的硬件终端(如老式串口终端),现已较少使用。
  • 虚拟终端(VT):软件模拟的终端,如通过Ctrl+Alt+F1~F6切换的字符界面(/dev/tty1~tty6)。
  • 伪终端(PTY):用于图形界面终端模拟器(如GNOME Terminal)或SSH远程连接,设备文件为/dev/pts/N
  • 串口终端:通过UART硬件连接的设备,设备文件为/dev/ttyS*(如/dev/ttyS0)或芯片特定名称(如i.MX6ULL的/dev/ttymxcN)。

关键区别
串口是TTY的一种具体硬件实现,而TTY是操作系统对终端设备的抽象框架,包含串口但不限于串口。


2. 串口在TTY体系中的角色

串口(UART)属于TTY子系统的一部分,其设备节点(如/dev/ttyS0)被TTY驱动框架管理:

  • 功能:用于调试(如内核日志输出)、外接模块(GPS、蓝牙)等。
  • 配置:通过termios结构体设置波特率、数据位等参数,用户程序通过文件操作(read/write)访问。
  • 设备树支持:内核已集成主流UART驱动(如8250、i.MX系列),开发者只需配置设备树节点即可使用。

示例
在设备树中定义串口节点后,系统自动生成/dev/ttyS0,用户程序可直接操作该文件。


3. TTY与串口的混淆原因

  • 历史沿革:早期串口是连接终端的主要方式,导致两者常被关联。
  • 设备命名:串口设备文件(如/dev/ttyS*)包含“tty”,易引发误解。
  • 功能重叠:两者均用于字符输入输出,但TTY还涵盖虚拟终端等非硬件场景。

4. 核心区别总结

特性TTY串口(UART)
定义终端设备的抽象框架具体的异步串行通信硬件
设备类型包含物理终端、虚拟终端、伪终端等仅限物理串口设备
设备文件/dev/tty*/dev/pts/*/dev/ttyS*/dev/ttymxc*
应用场景系统交互、远程登录、调试硬件通信、外设连接
内核支持完整的TTY驱动框架作为TTY子系统的硬件驱动实现

5. 用户空间操作示例

无论是串口还是其他TTY设备,用户程序均可通过标准文件接口操作:

int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);  // 打开串口
struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
cfsetispeed(&options, B9600);         // 设置波特率
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
write(fd, "Hello", 5);               // 发送数据

对于伪终端(如SSH会话),设备文件为/dev/pts/0,操作方式相同。


总结

TTY是Linux终端设备的广义抽象,而串口是TTY的一种硬件实现。串口属于TTY,但TTY不限于串口。理解两者的关系有助于正确配置和使用终端设备。

以下是关于UART(通用异步收发传输器)协议的详细介绍,结合其核心特性、工作原理及应用场景:


1. 基本概念

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一种异步串行通信协议,采用全双工模式,仅需两根信号线(TX发送、RX接收)即可实现双向数据传输。其特点包括:

  • 异步通信:无需共享时钟信号,通过预定的波特率同步数据。
  • 帧结构:数据以固定格式的帧传输,包含起始位、数据位、校验位和停止位。
  • 电平标准:支持TTL(3.3V/5V)和RS-232/RS-485(±12V等)电平。

2. 协议帧结构

每帧数据由以下部分组成:

  1. 起始位:1位低电平,标志传输开始。
  2. 数据位:5-9位(常用8位),按低位到高位(LSB→MSB)顺序发送。
  3. 校验位(可选):1位奇偶校验,用于错误检测。
  4. 停止位:1/1.5/2位高电平,标志帧结束。
  5. 空闲位:总线空闲时为高电平。

示例:传输数据0x33(二进制00110011)的波形如下:
空闲位(1) → 起始位(0) → 数据位(1,1,0,0,1,1,0,0) → 停止位(1)


3. 关键参数

  • 波特率(Baud Rate)
    定义每秒传输的比特数(如9600bps、115200bps)。收发双方波特率偏差需小于2%-4.5%以确保同步。
  • 数据格式配置
    常见组合如8N1(8数据位、无校验、1停止位,效率80%)或7E1(7数据位、偶校验、1停止位)。

4. 优缺点

优点

  • 硬件简单,仅需两根线。
  • 支持长距离通信(配合RS-485可达千米级)。
  • 全双工通信,可同时收发数据。

缺点

  • 速度较低(通常<1Mbps),不适合高速应用。
  • 无硬件错误恢复机制,依赖软件校验(如奇偶校验、CRC)。

5. 应用场景

  1. 嵌入式系统:MCU与传感器、GPS模块的通信。
  2. 工业控制:通过RS-485实现多设备组网。
  3. 调试接口:USB转UART芯片(如CH340)连接PC与设备。

6. 调试注意事项

  • 逻辑分析仪检测点
    • 起始/停止位:验证电平跳变是否准确。
    • 波特率匹配:测量位时间(如9600bps时为104μs/bit)。
    • 数据对齐:检查LSB优先的传输顺序。
  • 抗干扰设计
    • 添加滤波电容(如100pF)减少噪声。
    • 使用光耦隔离高低压电路。

总结

UART因其简单性和灵活性成为嵌入式领域的核心通信协议,适用于中低速、中短距离的数据传输。实际应用中需注意波特率精度、帧格式匹配及抗干扰设计。

uart叫通用异步收发器,1-wier叫单总线协议,那i2c、spi我们通常就叫i2c协议、spi协议,有中文名吗


1. I2C协议的中文名称

  • 中文名集成电路总线(或内部整合电路
    • 英文全称:Inter-Integrated Circuit,缩写为I²C或I2C。
    • 其他常见称呼:
      • I方C(因英文读作"I-squared-C",大陆地区常用此简称)
      • 两线式串行总线(强调其物理连接特性)
    • 背景:由飞利浦公司(现恩智浦)在1980年代开发,最初用于连接主板、嵌入式系统的低速外设

2. SPI协议的中文名称

  • 中文名串行外设接口(或序列周边接口
    • 英文全称:Serial Peripheral Interface,缩写为SPI。
    • 其他描述:
      • 同步串行接口(强调其同步通信特性)
      • 四线式接口(因其典型配置需SCK、MOSI、MISO、SS四根线)
    • 背景:由摩托罗拉公司提出,后成为行业事实标准,主要用于单片机与外围设备的高速通信。

3. 协议名称对比

协议英文全称中文名称别名/描述
UARTUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步收发器异步串行接口
1-Wire1-Wire Protocol单总线协议单线通信
I2CInter-Integrated Circuit集成电路总线I方C、两线式串行总线
SPISerial Peripheral Interface串行外设接口四线式同步接口

4. 补充说明

  1. I2C的专利与标准化
    • 自2006年起,使用I2C协议无需支付专利费,但制造商需付费获取从设备地址。
  2. SPI的变种与兼容性
    • SPI无统一标准,不同厂商可能存在变种(如双路SPI、三线SPI),需注意硬件兼容性。

总结

I2C和SPI的中文名称分别为集成电路总线串行外设接口,两者均体现了其设计初衷与技术特性。在实际应用中,工程师更习惯直接使用英文缩写(如“调I2C寄存器”或“配SPI时钟”),但中文名称在文档或学术交流中仍具参考价值

UART(通用异步收发传输器)不是单工通信,而是全双工异步串行通信协议。以下是详细说明:


1. UART的通信模式

  • 全双工:UART通过独立的TX(发送)和RX(接收)两条数据线实现同时发送和接收数据,无需切换方向。
    • 例如:电话通话中双方可同时说话和听对方讲话。
  • 异步:无需共享时钟信号,依赖预定义的波特率同步数据传输。
  • 串行:数据逐位传输,仅需两根信号线(TX和RX)。

2. 与单工、半双工的区别

  • 单工:数据单向传输(如广播),无法同时收发。
  • 半双工:数据可双向传输,但不能同时(如对讲机)。
  • 全双工:UART的双向独立通道使其优于单工/半双工。

3. 常见误解澄清

  • 异步 ≠ 单工:异步指无共享时钟,单工指单向传输。UART虽异步但支持全双工。
  • 硬件要求:全双工需独立收发线路,而UART的TX/RX设计满足此条件。

4. 应用场景

  • 嵌入式系统:MCU与传感器、GPS模块的双向通信。
  • 工业设备:通过RS-485扩展为多节点全双工网络。

总结

UART是全双工、异步、串行协议,其核心优势在于简单性与双向通信能力。单工(如遥控器)和半双工(如对讲机)协议在功能上无法与之等同。

串口(串行接口)和UART(通用异步收发传输器)密切相关,但不完全等同。以下是两者的关系与区别:


1. 串口(Serial Port)

  • 定义:串口是物理接口的泛称,指所有采用串行通信(数据逐位传输)的硬件接口,如DB9、TTL电平接口等。
  • 特点
    • 包含多种标准和协议,如UART、RS-232、RS-485等。
    • 通常用于描述物理连接形式(如电脑的COM口是DB9形态的串口)。
  • 电平标准:支持TTL(3.3V/5V)、RS-232(±12V)、RS-485(差分信号)等。

2. UART(通用异步收发传输器)

  • 定义:UART是异步串行通信协议,负责将并行数据转换为串行格式传输,或反向转换。
  • 特点
    • 协议层:定义数据帧格式(起始位、数据位、停止位等)和通信时序。
    • 硬件实现:可以是独立芯片(如CH340)或集成在MCU中的模块(如STM32的USART)。
    • 全双工通信:通过TX(发送)和RX(接收)两根线实现双向数据传输。

3. 两者的关系

  • 包含关系:UART是串口的一种实现方式,但串口还包括其他协议(如RS-232、RS-485)。
    • 示例
      • 电脑的COM口(DB9接口)通常采用RS-232电平标准,但底层通信协议是UART。
      • 嵌入式开发中常说的“串口”默认指UART(TTL电平)。
  • 关键区别
    • 串口:侧重物理接口和电平标准(如DB9、TTL引脚)。
    • UART:侧重通信协议和逻辑电路(如数据帧解析)。

4. 常见混淆场景

  • 术语混用:在嵌入式领域,“串口”常被默认为UART,但严格来说需区分电平标准(如TTL-UART与RS-232-UART)。
  • 转换模块
    • USB转串口模块(如CH340)实际是USB转UART(TTL电平)。
    • RS-232转TTL需额外电平转换芯片(如MAX232)。

总结

  • 串口 ≠ UART:串口是物理接口的统称,UART是其中一种异步通信协议。
  • 实际应用:开发中提到的“串口调试”通常指UART协议,但需注意电平标准(TTL/RS-232)。
  • 扩展协议:USART(通用同步异步收发器)是UART的升级版,支持同步模式(需时钟线)。

UART、RS-232、RS-485 和电平标准(如TTL、RS-232、RS-485)是相关但不同的概念,它们不是同一个东西。以下是它们的区别与联系:


1. UART(通用异步收发传输器)

  • 定义:UART 是一种异步串行通信协议,负责数据的串行化和帧格式定义(起始位、数据位、校验位、停止位)。
  • 核心功能
    • 将并行数据转换为串行数据(发送端)。
    • 将串行数据解析为并行数据(接收端)。
    • 不定义电气特性(如电压),仅规定时序和帧结构。
  • 电平依赖:UART 本身不限定电平标准,通常直接使用处理器电平(如TTL),但需通过外部芯片适配其他电平(如RS-232/RS-485)。

2. 电平标准(TTL、RS-232、RS-485)

  • TTL电平
    • 范围:逻辑1为+3.3V/+5V,逻辑0为0V,适合短距离板级通信。
    • 与UART关系:UART默认使用TTL电平,但需注意不同处理器电平可能不兼容(如3.3V与5V)。
  • RS-232电平
    • 范围:逻辑1为-3V~-15V,逻辑0为+3V~+15V,适合长距离(≤15m)单端传输。
    • 与UART关系:UART生成的TTL信号需通过MAX232等芯片转换为RS-232电平。
  • RS-485电平
    • 范围:差分信号,逻辑1为A-B=+2V~+6V,逻辑0为A-B=-6V~-2V,支持长距离(≤1200m)和多设备通信。
    • 与UART关系:UART信号需通过MAX485等芯片转换为RS-485差分信号。

3. 关键区别总结

类别UARTRS-232RS-485TTL电平
层级数据链路层(协议)物理层(电平标准)物理层(电平标准)物理层(电平标准)
功能定义数据帧格式定义电气特性与接口定义差分信号与拓扑定义高低电平范围
电平兼容性默认TTL,需转换适配其他需专用芯片转换需专用芯片转换直接用于UART通信
典型应用嵌入式设备短距通信老式计算机串口工业自动化长距多设备单片机与传感器通信

4. 常见误解澄清

  • UART ≠ TTL:UART是协议,TTL是电平标准。UART默认使用TTL电平,但并非绑定关系。
  • 电平转换的必要性:UART与RS-232/RS-485通信需电平转换芯片(如MAX232/MAX485),因电气特性不同。
  • 协议与物理层分离:UART定义通信规则,RS-232/RS-485解决信号传输问题,两者协同工作。

5. 实际应用示例

  • MCU与PC通信
    MCU的UART(TTL电平) → MAX232芯片 → RS-232电平 → PC的COM口。
  • 工业传感器网络
    MCU的UART → MAX485芯片 → RS-485差分信号 → 多传感器总线。

总结

UART是协议,TTL、RS-232、RS-485是电平标准,它们属于通信系统的不同层级。UART默认使用TTL电平,但需通过外部芯片适配其他电平标准以实现不同场景的通信需求。

spi的时序相较于i2c就简单一些:不需要发送起始停止信号,不需要发送从机地址,因为多了一根cs片选信号线,只要拉低对应设备cs线,就表示与该设备开始通信,再拉高就表示结束,通信期间的读写采样边沿控制,比如模式零在上升沿采样,下降沿数据变化,一个周期内就能完成数据收发,同时由于spi有两个数据线miso、mosi,主设备通过mosi发送数据的同时,就可以通过miso接收数据。 对照spi通信,uart通信就简单一些,只有收发数据线,通过设置波特率实现同步,然后应设置相同的电平标准就可以对应数据的1、0,不需要什么起始信号、片选信号拉低,把收发线连好,通电一会儿,直接就可以按帧格式发送数据,一帧数据包括起始位(1位低电平)、数据位(8位,低位先行,小端存储)、校验位(1位奇偶校验或无校验)、停止位(1位高电平),然后接着发即可,空闲时是高电平,随时停止,保持空闲即可我对uart协议的理解有问题吗

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2025-07-27 21:37

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ima

引用 9 篇资料作为参考

你对UART协议的理解基本正确,但部分细节需要补充和修正。以下是具体分析:


1. UART协议的核心特点

  • 异步通信:UART无需时钟同步,依赖双方约定的波特率(如115200bps)实现时序匹配

    1

    6

  • 帧结构:每帧数据包含:
    • 起始位:1位低电平(逻辑0),标志传输开始

      2

      6

    • 数据位:5~8位(通常为8位),低位先行(LSB First)

      5

      6

    • 校验位(可选):奇校验或偶校验,用于错误检测

      3

      6

    • 停止位:1~2位高电平(逻辑1),标志帧结束

      2

      5

    • 空闲状态:线路保持高电平

      6

      9

  • 全双工通信:通过独立的TX(发送)和RX(接收)线实现双向同时传输

    1

    7


2. 你的理解正确之处

  • 简单连接:仅需TX、RX、GND三根线(电平标准一致时)

    2

    5

  • 帧格式:起始位、数据位、校验位、停止位的描述准确

    5

    6

  • 空闲状态:空闲时保持高电平,可随时停止通信

    6

    9


3. 需要修正或补充的细节

  • 起始信号的必要性:你提到“不需要起始信号”,但UART的**起始位(低电平)**是帧同步的关键,接收端通过检测下降沿触发数据采样

    2

    6

  • 同步机制:虽然UART无时钟线,但双方必须严格匹配波特率(误差通常需<5%),否则会导致采样错位

    6

    7

  • 校验位的作用:奇偶校验仅能检测单比特错误,无法纠正错误,复杂场景需依赖CRC或重传机制

    3

    6

  • 电平标准:UART协议本身不限定电平,实际应用需统一(如TTL、RS-232等),不同标准需转换芯片

    2

    5


4. UART与SPI/I2C的对比

特性UARTSPII2C
同步方式异步(无时钟线)

1

6

同步(SCLK时钟线)

7

9

同步(SCL时钟线)

7

9

硬件复杂度最低(2线+地线)

5

7

较高(4线+片选)

7

8

中等(2线+上拉电阻)

7

9

通信速率低速(通常≤115200bps)

7

9

高速(可达MHz级)

7

9

中速(通常≤400kHz)

7

9

多设备支持点对点(需软件扩展)

7

9

单主多从(硬件片选)

7

8

多主多从(地址寻址)

7

9

错误检测可选奇偶校验

3

6

无内置机制

7

9

ACK/NACK应答

7

9


5. 实际应用建议

  • 调试场景:UART适合输出调试信息(如STM32的printf重定向)

    7

    9

  • 长距离通信:需转换为RS-485电平(差分信号抗干扰)

    1

    4

  • 多设备扩展:若需连接多个从机,可考虑I2C或SPI,UART需额外逻辑(如多路复用器)

    7

    9


总结

你的理解整体正确,但需注意UART的起始位是必需的同步信号,且其简单性也带来速率和可靠性的局限。SPI的片选机制确实简化了多设备管理,而UART的优势在于硬件极简和长距离适应性

你的理解基本正确,但关于“下降沿触发”和“起始信号检测”的关系需要更精确的表述。以下是详细分析:


1. UART起始信号检测机制

  • 空闲状态:UART总线在空闲时保持高电平(逻辑1)。

  • 起始信号:发送端通过将电平从高(1)拉低到低(0)产生下降沿,标志一帧数据的开始。

    • 下降沿的作用:接收端通过硬件或软件检测到这个下降沿,触发起始位检测流程。
    • 起始位确认:并非检测到下降沿立即采样数据,而是需要验证起始位的有效性。例如:
      • 在16倍过采样时钟下,需连续检测到8个低电平周期(即至少一半的采样点为0)才确认起始位有效。
      • STM32等芯片可能采用“3次低电平检测”等简化逻辑来抗干扰。
  • 关键区别

    • 下降沿是触发条件:提示接收端“可能有起始位”,但需进一步验证。
    • 低电平是实质信号:起始位必须维持一定时间的低电平(如1个波特率周期),而非短暂脉冲。

2. 接收端的采样流程

  1. 下降沿检测:空闲状态(高电平)下,RX引脚出现高→低跳变,触发起始位检测逻辑。
  2. 起始位验证
    • 过采样(如16倍波特率时钟)下,检查连续多个采样点是否为低电平(如8/16个周期)。
    • 若验证通过,进入数据位采样状态;否则视为噪声干扰,返回空闲状态。
  3. 数据位采样:在每位的中点位置(如第8、9、10次采样)进行多数表决,确定电平值。

3. 电平与边沿的关系

  • 下降沿 ≠ 低电平
    • 下降沿是瞬态事件(高→低跳变),用于快速触发检测逻辑。
    • 低电平是稳态信号,需持续一定时间以确认起始位。
  • 硬件实现差异
    • 部分MCU(如STM32)硬件UART模块直接集成下降沿检测电路。
    • 软件模拟UART可能需手动检测引脚电平跳变。

4. 常见误解澄清

  • 错误观点:“只要检测到低电平就开始采样”。
    • 修正:低电平需持续足够时间(如1个波特率周期)且通过验证,否则可能是干扰。
  • 错误观点:“下降沿和低电平是同一概念”。
    • 修正:下降沿是跳变过程,低电平是稳态电平,两者在时序上关联但功能不同。

5. 总结

  • 正确流程
    空闲(高电平)→ 下降沿触发检测 → 验证起始位(持续低电平)→ 数据采样。
  • 设计意义
    下降沿检测提高响应速度,低电平验证确保抗干扰能力,两者协同保障可靠性。

你的理解基本正确,但需要结合UART和I2C的具体机制进一步澄清差异和相似性。以下是详细分析:


1. UART的起始与停止机制

  • 起始信号
    UART通过下降沿(高→低跳变)触发起始位检测,但起始位的实质是持续1个波特率周期的低电平。接收端需验证该低电平的持续时间(如16倍过采样下至少8个连续低电平采样点),而非仅依赖下降沿。

    • 关键点:下降沿是触发条件,低电平是实质信号。若仅检测到短暂脉冲(如干扰),接收端会忽略。
  • 停止信号
    停止位为高电平(逻辑1),持续1~2个波特率周期,标志帧结束并返回空闲状态。与I2C不同,UART的停止位是固定电平而非边沿信号。

  • 帧格式对比

    信号UARTI2C
    起始标志下降沿+持续低电平(起始位)SCL高时SDA的下降沿
    结束标志高电平(停止位)SCL高时SDA的上升沿
    同步方式异步(无时钟线,靠波特率)同步(SCL时钟线控制时序)

2. 与I2C的异同

  • 相似性

    • 均通过**边沿信号(下降沿/上升沿)**标志通信的开始和结束。
    • 数据帧均包含地址/控制信息(I2C显式地址,UART隐式通过硬件线路选择)。
  • 核心差异

    • 同步 vs 异步
      • I2C依赖SCL时钟线同步数据采样,主从设备严格按时钟节拍操作。
      • UART无时钟线,靠波特率约定起始位同步,接收端需自行对齐采样点。
    • 多设备支持
      • I2C通过地址寻址支持多从机(同一总线)。
      • UART为点对点,多设备需硬件片选(如RS485)或软件协议扩展。
    • 硬件复杂度
      • I2C需上拉电阻和开漏输出,UART仅需直连TX/RX(电平匹配即可)。

3. 实际应用中的注意事项

  • UART的抗干扰
    起始位的低电平需持续完整周期,否则可能被误判为噪声。工业场景中常使用RS485差分信号增强抗干扰能力。
  • I2C的时序严格性
    SDA数据变化必须在SCL低电平期间完成,高电平时需保持稳定。

总结

  • UART:通过下降沿+低电平起始,高电平停止,依赖波特率异步通信,适合简单点对点场景。
  • I2C:通过边沿信号控制时序,依赖时钟线同步,支持多设备总线,适合板内低速互联。

两者在信号边沿的使用上类似,但同步机制和扩展能力差异显著。

奇偶校验是一种简单且广泛使用的错误检测技术,通过在数据中添加一个校验位(奇偶校验位),使得数据中“1”的总数满足预设的奇偶性(奇数或偶数),从而判断数据传输或存储过程中是否发生错误。以下是其核心要点:

1. 基本原理

  • 奇校验:数据位与校验位中“1”的总数为奇数。若原始数据中“1”的个数为偶数,则校验位设为“1”;若为奇数,则校验位为“0”。
  • 偶校验:数据位与校验位中“1”的总数为偶数。若原始数据中“1”的个数为奇数,则校验位设为“1”;若为偶数,则校验位为“0”。
  • 校验位生成:通过异或(XOR)运算统计“1”的个数,例如对一个字节(8位)数据,校验位为所有位的异或结果。

2. 应用场景

  • 数据传输:用于串行通信(如UART)中检测单比特错误,常见格式为7位数据+1位校验位+停止位。
  • 存储系统:如RAID 5通过异或运算生成奇偶校验信息,允许在单硬盘故障时重建数据。
  • 内存校验:不带校验的内存可能因位错误导致程序崩溃,奇偶校验可检测此类错误。

3. 优缺点

  • 优点
    • 实现简单,仅需少量硬件(如异或门)。
    • 对单比特错误检测有效,适用于低噪声环境。
  • 缺点
    • 无法检测偶数位错误:若两位同时出错,“1”的奇偶性不变,错误被掩盖。
    • 无纠错能力:仅能发现错误,需依赖重传或其他机制修复。

4. 扩展类型

  • 垂直奇偶校验:按列附加校验位,检测单列错误。
  • 水平奇偶校验:按行附加校验位,增强对突发错误的检测。
  • 水平垂直校验:结合行列双重校验,可检测多数3位及以下错误,适用于中低速系统。

5. 实例说明

  • 串行通信:发送字符“E”(ASCII 45H,二进制01000101),采用偶校验时校验位为“0”(因“1”的个数为偶数),完整帧为0 01000101
  • RAID 5:三块硬盘中,若硬盘1和2的数据分别为35,奇偶校验位为3 XOR 5 = 6;当硬盘3故障时,可通过3 XOR 6恢复数据5

总结

奇偶校验是成本最低的错误检测方案,适用于对可靠性要求不高的场景。对于高可靠性需求(如网络传输),需结合CRC或汉明码等更复杂的校验机制。

是的,你的理解基本正确。在UART通信中,数据位的长度可以根据是否启用奇偶校验进行调整,具体规则如下:


1. 数据位与校验位的关系

  • 无校验(No Parity)
    不添加校验位,数据位通常为8位(即1字节),帧格式为:
    1位起始位 + 8位数据位 + 1位停止位(即8N1格式)。
    示例:传输ASCII字符(如'A',二进制01000001)时,直接发送8位数据。

  • 启用奇偶校验(Odd/Even Parity)
    需占用1位作为校验位,因此数据位通常缩减为7位,帧格式为:
    1位起始位 + 7位数据位 + 1位校验位 + 1位停止位(即7E17O1格式)。
    示例:传输ASCII字符'A'(二进制1000001,仅7位),再附加1位校验位。


2. 设计原因

  • 带宽效率
    UART的帧长度固定(如10位/帧),启用校验时会占用1位,因此需减少数据位以保持总位数一致。
  • 兼容性
    早期设备(如电传打字机)常用7位ASCII编码,7位数据+1位校验是历史遗留的常见配置。
  • 灵活性
    部分UART支持5~9位数据位,用户可根据需求选择是否启用校验及数据位长度。

3. 特殊情况

  • 9位数据模式
    某些UART支持9位数据(如STM32的M位配置),此时校验位可视为第9位数据(Mark/Space校验),而非独立校验位。
  • 固定校验位
    若校验位固定为1或0(Mark/Space模式),数据位仍可为8位,校验位仅作为标志位使用。

4. 实际应用建议

  • 现代场景
    多数情况下使用8N1格式(无校验),因校验位仅能检测单比特错误,高可靠性场景推荐改用CRC或硬件纠错。
  • 传统设备
    与老式设备(如工业控制器)通信时,需确认对方要求的帧格式(如7E1)。

总结

  • 无校验时:数据位一般为8位(8N1)。
  • 启用校验时:数据位通常为7位(7E17O1),但具体取决于设备支持。
  • 扩展配置:部分协议允许灵活调整数据位长度(5~9位),需查阅设备手册。

串口调试助手扮演的是不是主机的角色,板子则是从机

2025-07-27 22:13

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ima

引用 8 篇资料作为参考

在串口通信中,串口调试助手通常扮演主机的角色,而连接的硬件设备(如单片机、嵌入式板子等)则作为从机。这种主从关系主要体现在通信的发起和控制权上,以下是具体分析:


1. 主机与从机的角色定义

  • 主机(Master)
    负责发起通信、发送指令或请求数据,并控制通信的时序。例如,串口调试助手主动发送命令或配置参数给设备

    2

    4

    8

  • 从机(Slave)
    响应主机的指令,返回数据或执行操作。例如,嵌入式板子接收主机命令后返回传感器数据或状态信息

    1

    5


2. 串口调试助手的主机行为

  • 主动发送数据
    用户通过调试助手输入指令或数据,主动发送到连接的设备(如发送MODBUS指令、控制信号等)

    2

    4

    7

  • 参数配置主导权
    调试助手设置波特率、数据位等通信参数,设备需匹配这些参数才能正常通信

    3

    6

    8

  • 数据请求与解析
    主机可主动请求设备返回特定数据(如读取传感器值),并解析接收到的数据

    5

    7


3. 硬件设备的从机行为

  • 被动响应
    设备通常等待主机指令,根据协议要求返回数据(如发送温度数据、执行继电器开关等)

    1

    5

    8

  • 协议依赖
    从机需遵循主机指定的通信协议(如MODBUS、自定义协议),无法主动发起通信

    2

    7


4. 例外情况

  • 双向通信场景
    某些协议允许从机主动上报数据(如事件触发的中断信号),但主机仍保留全局控制权

    4

    7

  • 调试工具的特殊模式
    少数高级调试助手支持“监听模式”,仅被动接收设备自发数据,此时角色更接近从机

    3

    6


5. 实际应用示例

  • 嵌入式开发
    主机(PC端调试助手)发送固件调试指令,从机(STM32板子)返回程序运行日志

    1

    5

  • 工业自动化
    主机通过MODBUS协议读取PLC(从机)的寄存器数据

    2

    7


总结

串口调试助手在大多数场景下是主机,硬件设备是从机。这种主从关系由通信协议和调试需求决定,主机掌握主动权,从机负责响应。特殊情况下(如设备主动上报),角色可能局部调整,但整体框架不变

1

2

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7

8

串口调试助手的主要功能有哪些

串口调试助手在不同操作系统上的表现如何

串口调试助手在实际应用中的常见问题有哪些

在利用uart跟传感器通信时,板子的终端(tty,利用minicom在我们的电脑显示)就是主机,传感器就是从机,对吗,还是uart控制器是主机,uart总线有控制器吗,uart可以称为总线架构吗

2025-07-27 22:15

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ima

引用 8 篇资料作为参考

在UART通信中,主机(Master)与从机(Slave)的角色划分以及UART总线的架构特性需要结合具体场景和协议实现来分析。以下是综合搜索结果后的详细解答:


1. 主机与从机的角色定义

  • 主机(Master)
    负责发起通信、控制时序并发送指令。在UART通信中,主机通常是主动发送命令或请求数据的一方,例如通过串口调试助手(如Minicom)发送指令的PC或嵌入式板子

    2

    5

  • 从机(Slave)
    被动响应主机的指令,例如传感器、存储器等外设。从机仅在收到主机寻址或指令后才会返回数据或执行操作

    2

    3

用户场景分析
当通过PC的终端(如Minicom)与传感器通信时:

  • PC或板子终端:扮演主机角色,主动发送查询指令或配置参数。
  • 传感器:作为从机,等待主机指令并返回数据

    3

    5


    但若传感器主动上报数据(如中断触发),则角色可能局部反转,但整体仍以主机为主导

    5


2. UART控制器的角色

  • UART控制器
    是硬件模块(如STM32的USART外设),负责实现UART协议的数据收发、波特率生成等底层操作。它不是主机或从机,而是通信的物理层实现工具

    4

    6

  • 总线控制权
    UART控制器本身不决定主从关系,主从角色由通信协议(如多机模式下的地址帧)或应用逻辑决定

    1

    5

示例
在多机通信模式下,主机通过发送地址帧唤醒特定从机,此时UART控制器仅执行数据转换,主从逻辑由软件协议实现

1

5


3. UART是否可以称为总线架构?

  • 总线架构的定义
    总线需支持多设备共享通信链路,并具备地址寻址或仲裁机制(如I2C、SPI)。
  • UART的特性
    • 传统点对点模式:仅支持两设备直连,无共享链路或寻址功能,因此不视为总线架构

      8

    • 多机通信模式:通过地址帧实现一对多通信(1主机+N从机),此时可视为简化版总线架构,但功能有限(无时钟同步、复杂仲裁)

      1

      5

关键区别

特性传统UARTUART多机模式标准总线(如I2C)
设备数量2(点对点)1主机+N从机1主机+N从机
寻址机制地址帧(软件实现)硬件地址寻址
时钟同步异步(无时钟线)异步同步(时钟线)
总线控制权主机独占主机动态仲裁

因此,UART在多机模式下可称为**“轻量级总线”**,但与传统总线协议相比功能受限

1

5

8


4. 用户场景的具体回答

  1. PC终端(Minicom)与传感器

    • 主机:PC或板子终端(通过Minicom发送指令)。
    • 从机:传感器(响应指令)。
    • UART控制器:仅作为数据传输的硬件通道,不参与主从逻辑

      3

      4

  2. UART总线控制器
    UART本身无独立的总线控制器,主从控制依赖软件协议(如地址帧)或外部逻辑

    5

    6


总结

  • 主从角色:由通信协议和应用逻辑决定,终端(Minicom)通常是主机,传感器为从机

    2

    5

  • UART控制器:是硬件实现工具,非主从实体

    4

    6

  • 总线架构:仅在多机模式下可视为简化总线,但功能弱于标准总线协议

    1

    8

若需实现复杂多设备通信,建议选择标准总线(如I2C、SPI);若简单主从交互,UART多机模式已足够

5

8

http://www.dtcms.com/a/301369.html

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