uart接口的时序分析

uart接口的时序分析

UART用一条传输线将数据一位位地顺序传送，以字符为传输单位

数据传送速率用波特率来表示， 指单位时间内载波参数变化的次数， 或每秒钟传送的二进制位数

如每秒钟传送240个字符， 而每个字符包含10位（1个起始位， 1个停止位， 8个数据位）， 这时的波特率为2400Bd

传输时序如下图

在空闲时， 数据线应该保持在逻辑高电平状态

其中各位的意义如下

起始位（Start Bit）： 先发出一个逻辑0信号， 表示传输字符的开始

数据位（Data Bits）： 可以是5~8位逻辑0或1. 如ASCII码（7位）， 扩展BCD码（8位）小端传输

校验位（Parity Bit）： 数据位加上这一位后， 使得1的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）

停止位（Stop Bit）： 它是一个字符数据的结束标志。 可以是1位、1.5位、2位的高电平

1、串行数据的格式

异步串行数据的一般格式是：起始位+数据位+停止位，其中起始位1 位，数据位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。

例如，对于16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1（TTL电平）和图2（RS-232电平）所示。 （先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是从低位向高位逐位传输）

图1 TTL电平的串行数据帧格式（55aah）

图2 RS-232电平的串行数据帧格式（55aah）

2、根据波形图计算波特率

图3 波特率计算示意图

可以看了，第一个字节的10位（1位起始位，8位数据位和1位停止位）共占约1.05ms，这样可计算出其波特率约为：

10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s

如果上图中的时间轴是100us/格，同样可以计算出波特率应是19200bit/s。

当通讯不正常，又能观察到波形时，就可根据上述方法，从波形图计算一下波特率是否正确。

RS-485是一种半双工的串行通讯方式（RS-422为全双工），485电平芯片所以要正确接收和发送数据，必需保证控制信号和数据的同步，否则要么发送数据丢失，要么接收数据可能丢失。RS-485发送数据时的正确时序如图4所示。

图4 RS-485的正确发送数据时序

在图4中，发送控制信号的宽度基本与数据信号的宽度一致，所以能保证发送数据的正确和发送后及时转为接收。

图5 和图6 分别是控制信号太短和控制信号太长的情况。

图5 RS-485控制信号太短时的时序

图6 RS-485控制信号太长时的时序

在图5中，由于控制信号关闭过早，则第二个字节的后两位将发送错误；在图6中，由于控制信号关闭过迟，使485芯片在发送数据后，不能及时转到接收状态，此时总线若有数据过来，则本单元将不能正确接收。

总结：只要掌握上述波形分析方法，任何异步串行数据的接收和发送问题，基本都可以得到解决。

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