uart(串口)
简介
串口(UART),全称 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ，中文叫“ 通用异步收发器 ”
注意，它 不是像 SPI 或 I2C 那样的通信协议，而是一块真实存在的电路.
工作:
- 把 MCU 内部的并行数据转成串行形式发出去；
- 或者把接收到的串行数据还原成并行数据送进系统。
TX对RX,RX对TX
1起始,5~9数据位,可选1奇偶校验,1 ~2停止位,这些串口助手都有
UART引脚-⇒
USB转TTL,要下载驱动-⇒通过串口助手(电脑上就有基础版本的,底下搜串口助手就好,常见好用的XCOM,VOFA)
通过RS232,RS485,TTL三种电平发送
知识要点
UART是异步⭐的,就是没有时钟线,一个TX,一个RX,一个GND
硬件流控（RTS/CTS） ：接收缓冲区快满时通过CTS让对方暂停发送，防止数据丢失。这两个算可选
| 协议 | 线数 | 速率 | 特点 | |
|---|---|---|---|---|
| UART | 2线（TX/RX） | 几百Kbps | 异步、点对点、全双工、简单 | 调试串口、蓝牙/GPS模组 |
| I2C | 2线（SDA/SCL） | 100K/400K/3.4Mbps | 同步、半双工、多从机、带寻址 | 传感器、EEPROM、RTC |
| SPI | 4线 | 几十Mbps | 同步、全双工、速度快、无寻址 | Flash、LCD、ADC ,屏幕等高速外设 |
| CAN | 2线（差分） | 1Mbps | 多主多从、差分抗干扰、带仲裁、汽车工业常用 | 汽车和工业总线 |
选型原则：低速简单用 UART，多设备低速用 I2C，高速短距离用 SPI，长距离抗干扰用 CAN。
波特率自适应 方法：
- 发送方先发特定字符（如
0x7F），接收方测量脉冲宽度自动计算波特率 - STM32支持硬件自动波特率检测：利用起始位下降沿到特定边沿的时间推算
波特率计算:
波特率 = 时钟频率 / (分频系数 × 过采样倍数)
以STM32为例：
- USART挂在APB总线上（假设APB时钟=84MHz）
- 过采样16倍：
BRR = APB_CLK / (16 × BaudRate) - 如115200波特率：
BRR = 84000000 / (16 × 115200) = 45.57 - 取整为45，实际波特率 =
84000000 / (16×45) = 116667 - 误差 =
(116667-115200)/115200 ≈ 1.27%（在±3%以内，可用）
关键：误差不超过±3%，否则会出现乱码。高波特率时误差更容易超标。
Linux中UART的子系统,主要做什么?:
Linux UART 子系统 在 TTY 框架下工作：
层次结构：用户空间 → TTY 核心层 → Line Discipline → UART 驱动
主要工作：
- 实现
uart_ops回调函数：startup、shutdown、set_termios（配置波特率等）、start_tx（启动发送） - 注册
uart_port到 serial core - 处理收发中断，数据通过 TTY 缓冲区传递给上层
优化手段：
- 使用 DMA 做大块数据传输，减少中断次数
- 接收用 DMA + 空闲中断 ，检测到总线空闲时触发 DMA 完成
用户空间通过 /dev/ttyS0 或 /dev/ttyAMA0 访问串口。
UART问题排查:
误码率是错误比特数占总比特数的比例。
软件排查 ：确认双方波特率完全一致（包括数据位、停止位、校验位）、检查时钟精度（误差>2%可能出错）、检查缓冲区溢出。
硬件排查 ：用示波器看波形、检查走线长度和干扰、确认电平匹配（3.3V和5V需转换）、检查共地。
保证数据传输准确性的手段：
- 校验位（Parity） ：帧中加入奇校验或偶校验位，接收方检测单 bit 错误。但只能检测不能纠正，且只能检测奇数个 bit 翻转
- 波特率一致 ：双方波特率误差控制在 ±3% 以内，否则采样偏移导致数据错
- CRC 校验 ：上层协议对整包数据做 CRC16/CRC32 校验，检错能力远强于 parity
- 帧头+帧长+校验和 ：设计完善的通信协议包含帧头识别、数据长度、校验和字段
- ACK/重传机制 ：接收方收到数据后回 ACK，发送方超时未收到 ACK 则重发
- 硬件层面 ：注意信号完整性，避免长线传输可以加 RS-485/RS-422 差分收发器