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UART 技术解析

一、核心概念

通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种采用异步通信、全双工模式的串行数据传输协议。其硬件接口内置独立通信规则，无需外部时钟同步。

二、物理连接

设备A 设备B TXD --------- RXD RXD --------- TXD GND --------- GND

⚠️交叉连接原则：发送端（TXD）必须对接接收端（RXD），电源地（GND）需共地。

三、通信特性

四、数据传输原理

1. LSB 优先
   数据 $b_0b_1...b_7$ 的发送顺序为：$b_0 \rightarrow b_1 \rightarrow \cdots \rightarrow b_7$
   示例：数据A6（二进制10100110）发送序列：
   $$0 \rightarrow 1 \rightarrow 1 \rightarrow 0 \rightarrow 0 \rightarrow 1 \rightarrow 0 \rightarrow 1$$

2. 串行 vs 并行

   • 串行：单线逐位传输，抗干扰强，成本低
   • 并行：多线同时传输，速率高，成本高

五、帧结构时序

▷ 起始位：1 bit 低电平
▷ 数据位：5~9 bits（含 LSB）
▷ 停止位：1~2 bits 高电平

六、差错检测

七、参数配置格式

波特率 数据位 校验 停止位
示例：

• 9600 8 N 1：波特率9600，8位数据，无校验，1位停止
• 115200 8 O 1：波特率115200，8位数据，奇校验，1位停止

▷波特率：$bps = \frac{f_{osc}}{12 \times (256 - TH1) \times 2^{SMOD}}$

八、寄存器配置

1. SCON（98H）

   bit	名称	功能
   B7	SM0/FE	工作模式选择/帧错误检测
   B6	SM1	工作模式选择
   B4	REN	接收使能（1=允许）
   B1	TI	发送中断标志（需软件清零）
   B0	RI	接收中断标志（需软件清零）

2. 波特率计算
   定时器1（8位自动重装模式）：
   $$TH1 = 256 - \frac{2^{SMOD} \times f_{osc}}{32 \times 12 \times bps}$$
   示例：$f_{osc}=11.0592MHz, bps=9600, SMOD=0$ 时：
   $$TH1 = 256 - \frac{1 \times 11.0592 \times 10^6}{32 \times 12 \times 9600} \approx 253$$

九、代码实现（Python模拟）