UART

UART，是一種用于實現數字串行接口的電子電路。 這可以是一個獨立的電子組件（UART 芯片或組件）或一個集成度更高的組件（例如微控制器）的功能塊。

UART 接口用于通過數據線發送和接收數據，并形成了 PC 和微控制器上串行接口的標準。 具有各種接口（例如 RS-232 或 EIA-485）的接口在工業領域也很常見。

數據作為串行數字數據流傳輸，固定幀由一個起始位、五個到最多八個或九個數據位（取決于應用程序）、一個可選的奇偶校驗位來檢測傳輸錯誤和一個或兩個停止位組成位組成。 發送器不需要通過它自己的控制線將傳輸時鐘傳送給接收器。 相反，接收器根據數據線的時鐘計算發送器的時鐘，并使用起始位和停止位與其同步。 通常停止位可以配置為位正常傳輸時間的 1.5 或 2 倍。 這稱為 1.5 或 2 個停止位，必須在發送方和接收方均等設置。 由于接收器使用每個接收到的字節重新計算發送器的時鐘并每次都重新同步，因此即使發送器和接收器之間的時鐘差異很大也可以得到補償。 即使是短期的時鐘波動也能迅速得到補償。 這就是為什么這種類型的數據傳輸稱為“異步”而這種類型的同步稱為“字節同步”。

異步操作模式的特點是發送器不在自己的控制線上將自己的時鐘信號發送到接收器。 相反，接收器在幀的長度上同步，由接收到的最后一個停止位之后的新起始位的前沿和設置的波特率（在這種情況下對應于比特率）作為中介。 此串行接口稱為異步接口，因為帶有起始位的傳輸的開始可以在任何時間點發生。 為了能夠保證同步，一個幀內可以傳輸的數據位數是有限制的。 如果一個幀中包含一個以上的字節，同步可能會丟失，這可能導致數據流的錯誤解釋，從而導致錯誤的傳輸。 如果在傳輸暫停期間沒有數據要傳輸，則發送器將線路設置為停止位的極性。 因為接收器與每個傳輸的幀重新同步，所以傳輸的幀沒有必要在時間上相關。 發送器和接收器只需在單個幀的持續時間內同步工作，不再需要。 這稱為“字節同步”或字符同步。

同步串行接口不需要一幀開始/停止位。 它們以其他方式確保參與者的同步性，例如通過使用額外的時鐘線路或通過從線路代碼中恢復時鐘。

UART 的歷史與 RS-232 數據通信的標準化密切相關。 雖然xxx批 UART 旨在實現幾百位/秒的數據傳輸速率，并通過電源接口或調制解調器連接到電傳打字機，但在后來的幾年中，它們作為獨立芯片達到了每秒幾兆位。異步傳輸發生在與RS-232接口使用。 這個接口比較普遍。 UART 生成要在 RS-232 接口上傳輸的數據位以及為此所需的數據幀。 實際的 RS-232 接口還包括電平轉換器和連接器等其他組件，它們不再是 UART 的一部分。

為了使 UART 模塊能夠通信，一個模塊的接收線 (Rx) 和另一個模塊的傳輸線 (Tx) 必須在連接器上彼此面對。 這意味著始終需要兩種引腳分配類型（主機和從機），即使設備在平等的基礎上相互通信也是如此。

避免單線 UART (SWART) 的修改。這個反極性問題。 如果 Rx 和 Tx 組合在一個引腳上，則只能進行單工傳輸，但任何模塊都可以相互通信。 甚至多個 UART 模塊也可以通過一根線（SWART 總線）進行通信。 SWART 特別適用于短距離和高達 115,200 波特的數據速率。

UART通常作為微控制器中的通信模塊，或作為獨立集成電路在計算機中實現，作為芯片組中的部分功能，以硬件描述語言的形式集成到現場可編程門陣列（FPGA）中或作為所謂的“軟件UART”，只能有一個程序序列并直接控制某些輸入/輸出引腳（位碰撞）。 要發送或接收的數據通常以并行形式提供給 UART，例如通過 CPU 外部總線。

除了實際的UART，還有其他基于UART的接口模塊。 通用名稱是 DUART，縮寫代表雙 UART，它將兩個 UART 組合在一個微芯片中。 USART代表通用同步/異步接收器發送器，還提供同步數據傳輸選項。

在簡單的微控制器系統中，數據通常通過 UART 接口進行交換，這些接口無需握手即可實現，僅通過 Rx 和 Tx，并且沒有 RS-232 所需的電平轉換器。 由于電平轉換器沒有反轉，因此通過非反轉 TTL 電平或 CMOS 電平進行通信。 這種適用于短距離的實現方式也稱為 CMOS-UART 或 TTL-UART，幾乎所有的微控制器都支持它，也可以通過軟件以相應的低傳輸速率（位碰撞）實現。

通過 CMOS-UART 連接 GPS 接收器在商業領域也很常見。