UART学习之路（一）基本概念

第一篇博客，首先记录一下这一个多星期来的学习内容。

UART学习之路第一篇，是UART的基本概念介绍。后续会用STM32F103的串口与PC机通信。最后使用Verilog HDL写出串口发送模块和接收模块，完成仿真，在ZedBoard板上完成通信。

首先明确什么是UART，COM口，TTL，RS-232。

通用异步收发传送器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART）有4个管脚分别为VCC,GND,TX,RX，电平标准为TTL电平。低电平为0，高电平（3.3V）为1。左图为UART转USB接口。

VCC	UART的电源口，电压为3.3V
GND	UART的地
TX/TXD	UART的数据发射口
RX/RXD	UART的数据接收口

串行通讯端口（Cluster Communication Port, COM）为DB9或者DB25。电平标准为RS-232，低电平为+5~+12V，高电平为-12~-5V。电平接口的详细定义见下图。

扩展：

1.RS-485是将数据用负逻辑差分信号的形式传送的。+2V～+6V表示低电平，- 6V～- 2V表示高电平；

2.芯片上的某类引脚可以被设置为UART的RX和TX口。使用杜邦线将RX和TX与外设连接起来就可以实现信息传递，例如控制智能液晶屏（USART HMI）；

3.UART转成COM口需要将TTL电平转换成RS-232电平，可以用芯片MAX232实现。

4.UART转成USB的电平需要使用PL2303芯片。

总结：

UART和COM是硬件上的接口方式，而TTL和RS-232规定了电平的标准。UART一般使用杜邦线将TX和RX与外设连接，而COM口则使用DB9与外设连接。对比两种连接方式，杜邦线是导线直接连接，在连接端一般有卡槽用来卡紧接口，DB9自带锁紧螺钉，接口的扎实程度上DB9要好很多。但是杜邦线比较小巧和灵活，而DB9则要大很多。使用哪种硬件接口取决于当时的需求，而采用哪种电平标准则看从设备和主设备支持怎样的电平。所以重点在电平标准与需求的搭配。

补充：

通用同步/异步串行接收/发送器（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter, USART）可以理解为UART的升级版本，在时钟上可以设置为同步时钟或者异步时钟。但在使用USART的时候一般是作为UART使用的。

波特率、比特率和奇偶校验

1.波特率：在某通道下，每秒传送被定义的符号（symbol）的速率。也就是每秒调制状态变化的次数。单位是baud, symbol/s。

2.比特率：每秒传送的比特数，单位是bit/s。

3.奇偶校验：根据传送的一组二进制码中1的个数是奇数还是偶数来进行校验，采用奇数为标准就是奇校验，反之为偶校验。

举例子详细说明：

1.波特率和比特率

定义传送的符号为一个字节（8bit），如果每秒能传送240个字节，则波特率为240Baud。串口的比特率为9600bit/s，则串口的波特率为9600/8=1200Baud。如果定义传送的的符号为一个比特（1bit），如果每秒能传送9600个bit，则波特率为9600Baud，而比特率是9600bit/s。

2.奇偶校验

假设传送的一组数据为1100。以奇校验为例子，该组数据的1的个数为2个，则奇偶校验位是0。将数据以1100 0的形式发送，在接收端接收的数据为1101 0，此时数据为1101，奇偶校验位应该为1，而收到的奇偶校验位是0，因此说明数据错误。