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uart通信协议介绍及编程

来源:
2025-03-17
类别:基础知识
eye 16
文章创建人 拍明芯城

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器)是一种异步串行通信协议,广泛应用于微控制器、计算机和其他数字设备之间的通信。它以其简单、可靠和灵活的特性,成为连接微控制器、传感器、外设以及计算机之间的桥梁。

一、UART通信协议的工作原理

  1. 异步通信:UART通信不需要时钟信号来同步发送和接收双方的数据传输。相反,它依赖于数据包中的起始位和停止位来确定数据的开始和结束。

  2. 数据帧格式:UART数据帧包括起始位、数据位、可选的校验位和停止位。

    • 起始位:1位,逻辑低电平,标识数据帧的开始。

    • 数据位:通常为8位,但可以是5到9位不等,表示实际要传输的数据。

    • 校验位:1位,可选,用于错误检测,可以是奇校验、偶校验或无校验。

    • 停止位:1到2位,逻辑高电平,标识数据帧的结束。

  3. 波特率:UART通信的速率,即每秒传输的比特数,常见的波特率有9600、115200等。发送端和接收端必须设置相同的波特率,以确保数据的正确传输。

  4. 全双工通信:UART支持全双工通信,即可以同时发送和接收数据。这通常通过两根线实现:发送线(TX)和接收线(RX)。

二、UART通信协议的特点

  1. 简单性:UART通信协议的实现相对简单,不需要复杂的协议栈和处理机制。

  2. 灵活性:UART通信协议支持多种波特率和数据格式,可以根据实际需求进行调整。

  3. 低成本:UART通信协议只需要使用一根或两根通信线路进行数据传输,相比其他通信协议(如SPI、I2C)需要的线路数量更少,因此成本较低。

  4. 广泛应用:UART通信协议广泛应用于嵌入式系统、计算机外围设备、工业自动化等领域。


QQ_1742176356527.png

三、UART通信协议的编程示例

以在嵌入式系统中使用C语言编程为例,以下是一个简单的UART通信程序框架:

c复制代码


#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <termios.h>



int main() {

int uart_fd;

struct termios uart_config;



// 打开串口设备

uart_fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);

if (uart_fd == -1) {

perror("无法打开串口设备");

return -1;

}



// 配置串口

tcgetattr(uart_fd, &uart_config);

uart_config.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD; // 设置波特率为9600,8位数据位,无校验,启用接收

uart_config.c_iflag = IGNPAR; // 忽略错误的奇偶校验位

uart_config.c_oflag = 0; // 输出控制标志

uart_config.c_lflag = 0; // 本地模式标志

tcflush(uart_fd, TCIFLUSH); // 刷新输入缓冲区

tcsetattr(uart_fd, TCSANOW, &uart_config); // 应用配置



// 发送数据

char data[] = "Hello, UART!";

write(uart_fd, data, sizeof(data));



// 接收数据

char buffer[255];

int bytes_read = read(uart_fd, buffer, sizeof(buffer));

if (bytes_read > 0) {

printf("接收到的数据: %s ", buffer);

}



// 关闭串口设备

close(uart_fd);

return 0;

}

说明

  1. 打开串口设备:使用open函数打开串口设备文件(如/dev/ttyS0),并设置读写权限。

  2. 配置串口:使用tcgetattr函数获取当前串口配置,然后使用tcsetattr函数设置新的配置,包括波特率、数据位、校验位和停止位等。

  3. 发送数据:使用write函数将数据写入串口设备。

  4. 接收数据:使用read函数从串口设备读取数据。

  5. 关闭串口设备:使用close函数关闭串口设备文件。

注意事项

  • 在实际编程中,可能需要根据具体的硬件平台和操作系统进行调整。

  • 在进行串口通信时,需要确保发送端和接收端的波特率、数据位、校验位和停止位等配置一致。

  • 在处理串口通信时,要注意处理可能出现的错误和异常情况,如串口打开失败、读写错误等。


责任编辑:Pan

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标签: uart通信协议

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