UART原理及接收模块设计原理
SPII2CUART三种串行总线的原理区别及应用
简单描述:SPI 与I2C这两种通信方式都就是短距离的,芯片与芯片之间或者其她元器件如传感器与芯片之间的通信。
SPI与IIC就是板上通信,IIC有时也会做板间通信,不过距离甚短,不过超过一米,例如一些触摸屏,手机液晶屏那些很薄膜排线很多用IIC,I2C能用于替代标准的并行总线,能连接的各种集成电路与功能模块。
I2C就是多主控总线,所以任何一个设备都能像主控器一样工作,并控制总线。
总线上每一个设备都有一个独一无二的地址,根据设备它们自己的能力,它们可以作为发射器或接收器工作。
多路微控制器能在同一个I2C总线上共存这两种线属于低速传输;而UART就是应用于两个设备之间的通信,如用单片机做好的设备与计算机的通信。
这样的通信可以做长距离的。
UART与,UART就就是我们指的串口,速度比上面三者快,最高达100K左右,用与计算机与设备或者计算机与计算之间通信,但有效范围不会很长,约10米左右,UART优点就是支持面广,程序设计结构很简单,随着USB的发展,UART也逐渐走向下坡;SmBus有点类似于USB设备跟计算机那样的短距离通信。
简单的狭义的说SPI与I2C就是做在电路板上的。
而UART与SMBUS就是在机器外面连接两个机器的。
详细描述:1、UART(TX,RX)就就是两线,一根发送一根接收,可以全双工通信,线数也比较少。
数据就是异步传输的,对双方的时序要求比较严格,通信速度也不就是很快。
在多机通信上面用的最多。
2、SPI(CLK,I/O,O,CS)接口与上面UART相比,多了一条同步时钟线,上面UART的缺点也就就是它的优点了,对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合,而且通信速度非常快。
一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面,如大容量存储器等。
3、I2C(SCL,SDA)接口也就是两线接口,它就是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输数据的,通信速度不高,程序写起来也比较复杂。
一般单片机系统里主要用来与24C02等小容易存储器连接。
uart串口通信协议
UART串口通信协议1. 引言串行通信是在计算机和外设之间传输数据的一种常见方式，而UART（通用异步收发传输器）是其中一种广泛使用的串口通信协议。
UART串口通信协议在各种领域中被广泛应用，例如嵌入式系统、通信设备等。
本文将介绍UART串口通信协议的基本原理、数据格式和常见应用场景。
2. 基本原理UART串口通信协议采用异步通信方式，通过单个数据线进行数据传输。
通信的两个设备之间共享一个时钟信号，其中一个设备充当发送器（Transmitter），另一个设备充当接收器（Receiver）。
发送器将数据按照一定规则发送到数据线上，接收器则根据相同的规则从数据线上接收数据。
UART串口通信协议的基本原理可以概括为以下几个步骤：1.确定波特率（Baud Rate）：波特率是指单位时间内传输的位数，常见的波特率有9600、115200等。
发送器和接收器必须使用相同的波特率才能正常通信。
2.确定数据位数（Data Bits）：数据位数指的是每个数据包中实际传输的位数，通常为5、6、7或8位。
3.确定奇偶校验位（Parity Bit）：奇偶校验位用于检测数据传输过程中是否发生错误。
奇偶校验可以分为奇校验和偶校验两种方式，发送器和接收器必须使用相同的奇偶校验方式。
4.确定停止位（Stop Bits）：停止位用于标识每个数据包的结束，通常为1或2位。
3. 数据格式UART串口通信协议中的数据包由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
其中，起始位和停止位的逻辑电平分别为高和低，用于标识每个数据包的开始和结束。
数据位包含了实际要传输的数据，奇偶校验位用于检测数据的正确性。
下面是UART串口通信协议中常用的数据格式示例：起始位数据位奇偶校验位停止位0 8位 None 1位在以上示例中，数据位为8位，没有奇偶校验位，停止位为1位。
这种数据格式在许多UART串口通信应用中被广泛使用。
4. 应用场景UART串口通信协议在许多领域中得到了广泛应用，以下是一些常见的应用场景：4.1 嵌入式系统在嵌入式系统中，UART串口通信协议用于与外部设备进行通信。
透彻理解UART通信协议工作原理、波特率计算、工作模式及常见问题
透彻理解UART通信UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种常用的串行通信协议，广泛应用于单片机或各种嵌入式设备之间的通信。
本文将详细介绍UART通信的基本原理、工作模式、波特率计算以及常见使用方式，帮助有一定单片机开发能力的人群更好地理解和应用UART通信。
一，UART通信的异步通信机制UART通信是一种异步串行通信方式，其基本原理是通过数据线上传输二进制数据位。
UART通信系统主要由发送端和接收端两部分组成，它们之间通过数据线进行数据传输。
发送端将待发送的数据转换为并行信号，然后通过驱动电路将并行信号转换为串行信号，并通过发送电路将串行信号发送到数据线上。
接收端则通过接收电路将数据线上的信号还原为并行信号，再通过解码电路将并行信号转换为原始数据位。
UART通信采用异步通信方式，即发送端和接收端之间通过数据线进行数据传输。
在异步通信中，发送端和接收端不需要同时处于激活状态，而是通过起始位和停止位来标识数据帧的开始和结束。
具体来说，当发送端产生起始位后，发送一个数据位；然后等待接收端的起始位，如果接收到起始位，则继续发送下一个数据位；如果没有接收到起始位，则认为数据帧传输失败。
同样地，当接收端产生停止位后，发送一个校验位；然后等待发送端的停止位，如果接收到停止位，则认为数据帧传输成功。
二、UART的波特率波特率表示单位时间内通过线路传输的二进制数据的位数，通常用bps（bits per second）表示。
例如，如果波特率为9600bps，则每秒钟可以传输9600个比特位的数据。
串口传输数据的波特率是单片机的时钟系统来产生的，因此它和单片机的系统时钟存在算式关系。
波特率=(16*时钟频率)/(32*采样时间)+(1*时钟频率)/(32*采样时间)-(1*时钟频率)/(64*采样时间)。
其中，采样时间指从上一次起始位到本次起始位之间的时间间隔。
第四章 UART
1：UxRBR 包含至少一个 UART Rx 错误
Rx FIFO 错误 当一个带有 Rx 错误（例如帧错误、奇偶错误
7
（RXFE） 或间隔中断）的字符装
0
入 UxRBR 时，UxLSR7 置位。当读取 UxLSR
寄存器并且 UART FIFO
中不再有错误时，UxLSR7 清零。
表4.3 UxLSR寄存器
在设定了通信速度之后，还需要进行通信格式的设置，所谓通信格式，指的
是在通信过程数据传输的先后和如何启动、结束一次传输。只有通信格式相同的
收发双方才能实现成功通信。在LPC2214中，通信格式是通过UxLCR（UART
Line Control Register，线控制寄存器）来控制的，该寄存器的内容如表
TxD P0.0
PC
USB
PL2303
RxD
P0.1
TxD LPC2214
RxD
图4.4 实验板与PC之间的物理连接 在实验板上，PL2303实现的是USB口与TTL电平UART之间的电平和协议转 换。关键P0.0和管脚P0.1是一个复用管脚，必须使用引脚控制寄存器将他们连 接连接到TxD和RxD模块上去，经过查询PINSELx表，可知，需要执行下面的程
4.2所示。
UxLCR 的位 功能
描述
00：5 位字符长度
1:0
数据长度选择 01：6 位字符长度 10：7 位字符长度
11：8 位字符长度
0：1 个停止位
2
停止位选择
1：2 个停止位（如果 U0LCR[1:0]=00 则
为 1.5）
3
校验允许
0：禁止奇偶产生和校验 1：使能奇偶产生和校验
00：奇数
nexys3开发板uart控制器设计实验原理
nexys3开发板uart控制器设计实验原理Nexys3开发板是一款基于Xilinx Spartan-6 FPGA的高性能开发板，具有丰富的外设资源。
其中，UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）控制器是一种用于实现串行通信的硬件设备，常用于与计算机以及其他外部设备之间进行数据传输。
本文将介绍Nexys3开发板UART控制器设计实验的原理。
UART控制器是一种用于实现串口通信的设备，通过将并行数据转换为串行数据，实现计算机与其他设备之间的通信。
在UART控制器的设计中，主要涉及到串行数据的发送和接收以及波特率的设置。
首先，串行数据发送。
UART通过将输入的并行数据进行排列，并通过将各个数据位的电平状态依次编码为高低电平，生成串行的数据流。
具体实现方法是，将每个数据位与开始位、数据位、停止位以及奇偶校验位拼接起来，形成一个数据帧，然后将数据帧按照波特率的速率依次发送。
在Nexys3开发板上，通过使用片上资源来实现数据位和相应控制位的读取和输出，通过GPIO来控制串行输出引脚的电平状态。
其次，串行数据接收。
UART通过监测接收引脚的电平状态，识别开始位、数据位、停止位以及奇偶校验位，然后对数据进行解码，恢复为原始的并行数据。
在Nexys3开发板上，通过读取接收引脚的电平状态，通过相应的逻辑电路进行译码和解码，然后将数据保存在缓冲区中，供后续的处理和使用。
最后，波特率的设置。
波特率是串口通信中非常重要的参数，它决定了数据传输的速率。
在Nexys3开发板上，可以通过修改FPGA中UART控制器的时钟频率来设置波特率。
通过调整时钟频率，可以改变数据传输的速率，使其与外部设备匹配。
在设计实验中，需要编写相应的Verilog代码来实现UART控制器。
首先，需要定义输入和输出的信号，包括接收引脚、发送引脚、时钟信号以及数据缓冲区等。
然后，需要编写发送和接收相关的逻辑电路，包括数据的排列和解析，以及时钟频率的计算和传输控制等。
uart串口通信协议
UART串口通信协议1. 介绍UART（全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常用的串口通信协议，用于在数字系统中进行异步通信。
UART协议通过在数据中插入起始位、停止位和校验位来实现数据的传输和校验。
本文档将详细介绍UART的工作原理、通信流程、数据帧格式以及常见应用场景。
2. 工作原理UART通信协议使用一对线路进行数据的传输，包括一条用于发送数据的线路（称为Tx线路）和一条用于接收数据的线路（称为Rx线路）。
在传输数据之前，发送端和接收端必须约定好通信参数，如波特率、数据位宽、校验位和停止位等。
通过发送和接收数据时的电平变化，UART可以实现异步的数据传输。
UART的工作原理可以总结为以下几个步骤： - 发送端将要发送的数据按照一定的格式组织成一帧数据。
- 发送端发送起始位，通知接收端数据的开始。
- 发送端按照约定的波特率，将数据位逐位发送。
- 发送端发送校验位，用于校验数据的正确性。
- 发送端发送停止位，标志一帧数据的结束。
- 接收端接收起始位，开始接收数据。
- 接收端按照约定的波特率，逐位接收数据位。
- 接收端接收校验位，校验数据的正确性。
- 接收端接收停止位，结束接收数据。
3. 通信流程UART通信协议的通信流程包括以下几个步骤： 1. 发送端准备要发送的数据，并按照事先约定好的格式组织成数据帧。
2. 发送端将起始位设为逻辑低电平，发送给接收端，通知接收端数据的开始。
3. 发送端按照约定的波特率，将数据位逐位发送给接收端。
4. 发送端计算并发送校验位，用于校验数据的正确性。
5. 发送端将停止位设为逻辑高电平，发送给接收端，标志一帧数据的结束。
6. 接收端接收起始位，开始接收数据。
7. 接收端按照约定的波特率，逐位接收数据位。
8. 接收端接收校验位，校验数据的正确性。
9. 接收端接收停止位，结束接收数据。
uart通信协议主要内容
uart通信协议主要内容UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通信协议是一种串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统、计算机网络和通信领域。
本文将介绍UART通信协议的主要内容，包括通信原理、数据帧格式、波特率、错误检测和流控制等方面。
一、通信原理UART通信协议通过发送和接收两根信号线实现数据的传输。
发送方将数据格式化为一连串的数据帧，并通过发送线将数据传输到接收方。
接收方通过接收线接收数据，并对数据进行解析和处理。
UART通信协议是一种异步通信协议，数据帧之间没有固定的时间间隔。
二、数据帧格式UART通信协议中的数据帧由起始位（Start）、数据位（Data）、校验位（Parity）和停止位（Stop）组成。
起始位用于标识数据传输的开始，通常为低电平；数据位用于存储实际的数据信息，可以是5位、6位、7位或8位；校验位用于检测数据传输过程中是否发生错误，可以是无校验、奇校验或偶校验；停止位用于标识数据传输的结束，通常为高电平。
三、波特率UART通信协议中的波特率指的是数据传输的速率，即单位时间内传输的数据位数。
常见的波特率有9600、115200等。
发送方和接收方需要设置相同的波特率才能正常进行数据交换。
波特率越高，数据传输速度越快，但也会增加系统的复杂性。
四、错误检测UART通信协议中的错误检测主要包括奇偶校验和校验和。
奇偶校验通过在数据帧中添加校验位，使得数据位的总数为奇数或偶数。
接收方根据奇偶校验位的值判断数据帧是否出错。
校验和是将数据帧中的所有数据位加起来，并与接收方计算得到的结果进行比对，如果不一致则说明数据传输出错。
五、流控制UART通信协议中的流控制用于控制数据的传输速率，以避免接收方无法及时处理数据的情况。
常见的流控制方式有硬件流控制和软件流控制。
硬件流控制通过额外的信号线进行控制，能够实现较高的可靠性；软件流控制使用控制字符来控制数据的传输，虽然实现简单但可靠性较差。
Spartan-6系列FPGA UART数据接收模块总结
Spartan-6系列FPGA 的UART 数据接收模块总结一、准备工作：1. UART 通信协议（关键）；2. 开始的第一步，检测到RX 数据线上下降沿（起始位）；3. 调试助手发送数据的波特率设置，进而设计采样频率；4. 对接收的数据进行处理，去头去尾只留中间数据位（8位）；5. 对接收到的数据通过LED 灯进行验证。
UART 通信协议（一帧11位）：二、功能框图：LED 灯图1- 1 UART 通信协议原理示意图图1- 2 各模块信息传输示意图Detect_module检测RX 下降沿RXH2L_SigBPS_module数据采集脉冲模块BPS_CLKrx_control _module数据接收控制模块Count_SigRX_Datacontrol _module总控制模块RX_Done_SigRX_En_Sigrx_module1. 详细过程说明：● 瞭望员（detect_module ）：正在安逸的晒太阳，突然警报拉响（detect_module 检测到下降沿），瞭望员马上升旗放狼烟（输出H2L_Sig （High to Low 下降沿）为高），告诉后方人员有数据来袭（数据采取单个有序的进攻战法），准备好作战（数据接受工作）。
● 战地指挥中心（rx_control_module ）：一旦看到升旗放狼烟，指挥中心马上给第一团发指令（Count_Sig ），● 情报中心（数据采集脉冲模块BPS_module ）：接收到指令后立即侦查敌情（数据传输波特率），并开始固定周期的不间断扫描，以匹配对方来袭速度（波特率），一旦发现目标，就给战地指挥中心发信号（BPS_CLK ），然后战地指挥中心指挥狙击手逐个歼灭，并把歼灭和捕获的数据记录下来（存入RX_Data 中）。
● 总指挥（control_module ）：战争结束后，战地指挥中心向总指挥汇报指令（RX_Done_Sig ），把歼灭和捕获的数据（RX_Data ）上报给总指挥，然后总指挥根据数据（RX_Data ）控制LED 灯，以表嘉奖。
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UART 原理
2.1 UART 的通信原理
UART 即通用异步收发器，是一种串行通信方式。
数据在传输过程中是通过一位一位地进行传输来实现通信的，串行通信方式具有传输线少，成本底等优点，缺点是速度慢。
串行通信分为两种类型：同步通信方式和异步通信方式。
但一般多用异步通信方式，主要因为接受和发送的时钟是可以独立的这样有利于增加发送与接收的灵活性。
异步通信是一个字符接着一个字符传输，一个字符的信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
每一个字符的传输靠起始位来同步，字符的前面一位是起始位，用下降沿通知收方开始传输，紧接着起始位之后的是数据位，传输时低位在前高位在后，字符本身由5～8位数据位组成。
数据位后面是奇偶校验位，最后是停止位，停止位是用高电平来标记一个字符的结束，并为下一个字符的传输做准备。
停止位后面是不同长度的空闲位。
停止位和空闲位都规定为高电平，这样可以保证起始位有一个下降沿。
UART 的帧格式如图2.1所示。
图2.1 UART 的帧格式
Figure 2.1 The frame format of UART UART 的帧格式包括线路空闲状态（idle ，高电平）、起始位(start bit ，低电平)、5～8位数据位(data bits)、校验位(parity bit ，可选)和停止位(stop bit ，位数可为1、1.5、2位)。
在串口的异步通信中，数据以字节为单位的字节帧进行传送。
发送端和接收端必须按照相同的字节帧格式和波特率进行通信。
其中字节帧格式规定了起始位、数据位、寄偶效验位、停止位。
起始位是字节帧的开始。
使数据线处于逻辑0状态 ，用于向接收端表明开始发送数据帧，起到使发送和接收设备实现同步。
停止位是字节帧的终止，使数据线处于逻辑1状态。
用于向接收端表明数据帧发送完毕。
波特率采用标准速度9600bit/s 。
这种格式是由起始位和停止位来实现字符的同步。
UART内部一般有配置寄存器，可以配置数据位数（5～8位）、是否有校验位和校验的类型、停止位的位数（1，1.5，2）等设置将发送器和接收器模块组装起来，就能较容易地实现通用异步收发器总模块，而且硬件实现不需要很多资源，尤其能较灵活地嵌入到FPGA/CPLD的开发中。
2.2 UART的结构
UART的设计采用模块化的设计思想，主要分为3个模块：数据发送模块、数据接收模块及波特率发生器控制模块。
发送模块实现数据由并行输入到串行输出，接收模块实现数据由串行输入到并行输出，波特率发生器模块控制产生UART时钟频率。
图2.2 UART的典型结构图
Figure 2.2 The typical structure of UART
从图中可以看出UART主要有由数据总线接口、控制逻辑、波特率发生器、发送部分和接收部分组成且控制逻辑一般是由MP即微处理器模块实现，图中的对象器件一般指和CPU 进行通信的外围串行通信设备类打印机等。
连线采用最简单的3线制连接模式，即只需要两根信号线和一根地线来完成数据收发。
而FPGA 只需要选择两个普通I/O引脚分别与接口芯片MAX3232对应引脚T2IN、R2OUT相连即可完成将串口电平转换为设备电路板的工作电平，即实现RS-232电平和TTL/ CMOS 电平的转换。
一个MAX3232芯片可以支持两个串口的电平变换，我们选择其中的一组接口，图中的4个电阻可以省去。
在电路中加入了0Ω的跳线电阻，是为了在这组接口出故障时可以方便地跳线，使用另一组接口。
3 UART模块设计
3.2 接收模块
3.2.1 接收模块的实现方法
串行数据帧和接收时钟是异步的，发送来的数据由逻辑1变为逻辑0可以视为一个数据帧的开始。
接收器先要捕捉起始位，在rdn信号有效的条件下，由rxd1非与rxd2相与，启动接收程序，计数器开始计数，数据从rxd[7..0]串行输入，由接收移位寄存器rsr[7..0]逐位移位接收，并在接收完成时传送给接收缓冲寄存器rbr[7..0]，最后，接收缓冲寄存器rbr[7..0]将接收的数据传送至dout[7..0],由它并行输出。
确定rxd输入由1到0，逻辑0要8个CLK16时钟周期，才是正常的起始位，然后在每隔16个CLK16时钟周期采样接收数据，移位到输入接收移位寄存器rsr，最后输出数据dout。
还要输出一个数据接收标志信号标志数据接收完。
当rdn为0的情况下，接收器才开始接收数据，而数据由接收移位寄存器传给接收数据缓冲器主要由no_bits_sent信号控制。
当no_bits_sent==0时SDO的值为0，就是数据的起始位，当no_bits_sent==1，2，3，4，5，6，7，8时开始接收八位数据，当no_bits_sent==9时sdo〈=奇偶校验位的值此时的位叫做一个数据侦中的奇偶校验位，当no_bits_sent==10时此时sdo 〈=1，为停止位，标志着数据接收结束，由dout并行输出。
3.2.2 接收模块的端口信号
此模块是本设计的重点，完成对并行数据的串行输出。
接收器的端口信号如下图3.3所示。
图3.3 接收器模块信号引脚
Figure 3.3 The signal chip of the receiving module
Table3-2 The signal chip definition of the receiving module
表3-2 接收器模块引脚定义
端口信号名I/O 备注
rst input 全局复位，低电平有效
Clk16x input 全局时钟由波特率发生器提供
rdn input 控制是否将接收缓冲器（rbr）中的数据由CPU读取（在本程序中表现的是
由dout输出），当rdn为0可以
dout output 接收模块并行输出
Dataready output 接收模块数据接收完毕标志
framing_error output 奇偶出错标志
parity_error output 奇偶校验出错标志
rxd input 接收模块串行输入
3.2.3 接收模块的前仿真
图3.4 接收模块前仿真
Figure 3.4 The function simulation of receiving module
接收模块功能仿真结果如上图3.4所示。
二进制数11101010从引脚rxd[7..0]串行输入，rxd1非和rxd2相与，启动发送程序，计数器开始计数，接收移位寄存器rsr[7..0]将串行输入的数据逐位移位接收，并通过接收缓冲器rbr [7..0]发送并行数据至并行数据输出端dout。
当
no_bits_sent==0时SDO的值为0，就是数据的起始位，当no_bits_sent==1，2，3，4，5，6，7，
8时开始接收八位数据，当no_bits_sent==9时sdo〈=奇偶校验位的值此时的位叫做一个数据侦中的奇偶校验位，当no_bits_sent==10时此时，为停止位。
并行输出dout为11101010，起始位0，8位数据位，1位停止位，证明了接收模块的正确性。
（splendid）。