uart通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器，是電腦硬件的一部分。它將要傳輸?shù)?a href="http://m.1cnz.cn/soft/special/" target="_blank">資料在串行通信與并行通信之間加以轉(zhuǎn)換。作為把并行輸入信號轉(zhuǎn)成串行輸出信號的芯片，UART通常被集成于其他通訊接口的連結(jié)上。

　　具體實物表現(xiàn)為獨立的模塊化芯片，或作為集成于微處理器中的周邊設(shè)備。一般是RS-232C規(guī)格的，與類似Maxim的MAX232之類的標(biāo)準(zhǔn)信號幅度變換芯片進行搭配，作為連接外部設(shè)備的接口。在UART上追加同步方式的序列信號變換電路的產(chǎn)品，被稱為USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）。

　　簡單來說UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計中，UART用于主機與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　uart通信原理

　　UART即通用異步收發(fā)器，是一種串行通信方式。數(shù)據(jù)在傳輸過程中是通過一位一位地進行傳輸來實現(xiàn)通信的，串行通信方式具有傳輸線少，成本底等優(yōu)點，缺點是速度慢。串行通信分為兩種類型：同步通信方式和異步通信方式。但一般多用異步通信方式，主要因為接受和發(fā)送的時鐘是可以獨立的這樣有利于增加發(fā)送與接收的靈活性。異步通信是一個字符接著一個字符傳輸，一個字符的信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位組成。

　　每一個字符的傳輸靠起始位來同步，字符的前面一位是起始位，用下降沿通知收方開始傳輸，緊接著起始位之后的是數(shù)據(jù)位，傳輸時低位在前高位在后，字符本身由5～8位數(shù)據(jù)位組成。數(shù)據(jù)位后面是奇偶校驗位，最后是停止位，停止位是用高電平來標(biāo)記一個字符的結(jié)束，并為下一個字符的傳輸做準(zhǔn)備。停止位后面是不同長度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平，這樣可以保證起始位有一個下降沿。UART的幀格式如圖2.1所示。

　　UART的幀格式包括線路空閑狀態(tài)（idle，高電平）、起始位（start bit，低電平）、5～8位數(shù)據(jù)位（data bits）、校驗位（parity bit，可選）和停止位（stop bit，位數(shù)可為1、1.5、2位）。

　　在串口的異步通信中，數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位的字節(jié)幀進行傳送。發(fā)送端和接收端必須按照相同的字節(jié)幀格式和波特率進行通信。其中字節(jié)幀格式規(guī)定了起始位、數(shù)據(jù)位、寄偶效驗位、停止位。起始位是字節(jié)幀的開始。使數(shù)據(jù)線處于邏輯0狀態(tài) ，用于向接收端表明開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀，起到使發(fā)送和接收設(shè)備實現(xiàn)同步。停止位是字節(jié)幀的終止，使數(shù)據(jù)線處于邏輯1狀態(tài)。用于向接收端表明數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢。波特率采用標(biāo)準(zhǔn)速度9600bit/s。

　　這種格式是由起始位和停止位來實現(xiàn)字符的同步。UART內(nèi)部一般有配置寄存器，可以配置數(shù)據(jù)位數(shù)（5～8位）、是否有校驗位和校驗的類型、停止位的位數(shù)（1，1.5，2）等

　　UART的結(jié)構(gòu)

　　UART的設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，主要分為 3個模塊：數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊及波特率發(fā)生器控制模塊。發(fā)送模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)由并行輸入到串行輸出，接收模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)由串行輸入到并行輸出，波特率發(fā)生器模塊控制產(chǎn)生UART時鐘頻率。

　　從圖中可以看出UART主要有由數(shù)據(jù)總線接口、控制邏輯、波特率發(fā)生器、發(fā)送部分和接收部分組成且控制邏輯一般是由MP即微處理器模塊實現(xiàn)，圖中的對象器件一般指和CPU進行通信的外圍串行通信設(shè)備類打印機等。

　　連線采用最簡單的3線制連接模式，即只需要兩根信號線和一根地線來完成數(shù)據(jù)收發(fā)。而FPGA 只需要選擇兩個普通I/O引腳分別與接口芯片MAX3232對應(yīng)引腳T2IN、R2OUT相連即可完成將串口電平轉(zhuǎn)換為設(shè)備電路板的工作電平，即實現(xiàn)RS-232電平和TTL/ CMOS 電平的轉(zhuǎn)換。一個MAX3232芯片可以支持兩個串口的電平變換，我們選擇其中的一組接口，圖中的4個電阻可以省去。在電路中加入了0Ω的跳線電阻，是為了在這組接口出故障時可以方便地跳線，使用另一組接口。

　　UART模塊設(shè)計

　　接收模塊接收模塊的實現(xiàn)方法

　　接收的數(shù)據(jù)幀是可編程的。它包括了1個起始位、5~8個數(shù)據(jù)位、1個可選奇偶校驗位和1~2個停止位，這些都可以通過線控制寄存器（UCONn）來設(shè)置。接收器還可以檢測到溢出錯誤、奇偶校驗錯誤、幀錯誤和中止?fàn)顩r，每種情況下都會將一個錯誤標(biāo)志置位。

　　A.溢出錯誤表示新的數(shù)據(jù)已經(jīng)覆蓋了舊的數(shù)據(jù)，因為舊的數(shù)據(jù)沒有及時讀走；

　　B.奇偶檢驗錯誤表示接收器隊接收到的數(shù)據(jù)進行奇偶校驗，奇偶檢驗結(jié)果錯誤；

　　C.幀錯誤表示接收到的數(shù)據(jù)沒有有效的停止位；

　　D.中止?fàn)顩r表示RxDn的輸入被保持為0狀態(tài)超過了一個幀傳輸?shù)臅r間；

　　E.在FIFO模式下接收FIFO不為空，但接收器已經(jīng)在3個字時間內(nèi)沒有接收到任 何數(shù)據(jù)，就認為發(fā)生了接收超時狀況。

　　接收模塊的端口信號

　　此模塊是本設(shè)計的重點，完成對并行數(shù)據(jù)的串行輸出。接收器的端口信號如下圖3.3所示。