UART原理及接收模块设计原理

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。

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（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 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。

UART控制器设计UART（通用异步收发传输）控制器是一种常见的串行通信接口，它被广泛应用于微控制器、传感器、通信模块等电子设备中。

UART控制器通过将并行数据转换为串行数据进行传输，实现了设备之间的串行通信。

本文将对UART控制器的设计进行详细介绍，包括其工作原理、主要功能、硬件设计和软件设计。

一、工作原理：1.发送数据时，UART控制器将要发送的数据按照指定格式进行编码，包括起始位、数据位、校验位和停止位等。

2.编码后的数据通过串口线发送至接收设备。

3.接收设备接收到数据后，解码数据，恢复为原始的并行数据。

二、主要功能：1.数据发送：用户通过将待发送的数据写入发送缓冲区，UART控制器将缓冲区中的数据按照指定格式进行编码，并通过串口线发送至接收设备。

2.数据接收：UART控制器从接收缓冲区中获取接收到的数据，并将其解码，恢复为原始的并行数据，供用户使用。

三、硬件设计：1.时钟控制：UART控制器需要一个时钟源，用来同步发送和接收数据。

时钟源可以是外部晶体振荡器或者其他可靠的时钟信号。

2.发送电路：发送电路包括发送缓冲区、发送数据编码器和串口线驱动电路。

发送缓冲区用来存储待发送的数据，发送数据编码器将待发送的数据按照指定格式进行编码，串口线驱动电路将编码后的数据通过串口线发送至接收设备。

3.接收电路：接收电路包括接收缓冲区、接收数据解码器和串口线接收电路。

接收缓冲区用来存储接收到的数据，接收数据解码器将接收到的数据解码，并恢复为原始的并行数据，供用户使用。

串口线接收电路用来接收串口线上的数据，并将其输入到接收缓冲区。

四、软件设计：1.数据的发送和接收：用户可以通过写入发送缓冲区实现数据的发送，也可以通过读取接收缓冲区实现数据的接收。

发送数据编码器和接收数据解码器的设置需要在软件中进行。

2.中断处理：UART控制器可以使用中断机制进行数据的发送和接收。

在发送和接收缓冲区有数据时，可以产生相应的中断请求，软件在中断服务程序中进行数据的发送和接收。

UART通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。

将资料由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成与其他通讯接口的连结上UART传输结构定义：UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。

该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。

在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。

功能：计算机内部采用并行数据，不能直接把数据发到Modem，必须经过UART整理才能进行异步传输，其过程为：CPU先把准备写入串行设备的数据放到UART的寄存器（临时内存块）中，再通过FIFO（First Input First Output，先入先出队列）传送到串行设备，若是没有FIFO，信息将变得杂乱无章，不可能传送到Modem。

它是用于控制计算机与串行设备的芯片。

有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。

作为接口的一部分，UART还提供以下功能：将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。

将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部并行数据的器件使用。

在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。

在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。

处理由键盘或鼠标发出的中断信号（键盘和鼠标也是串行设备）。

可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题。

有一些比较高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，比较新的UART是16550，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区内存储16字节数据，而通常的UART是8250。

如果您购买一个内置的调制解调器，此调制解调器内部通常就会有16550 UART。