UART数据收发的原理

初学者对单片机串行通讯出了问题不知道如何办的情况。其实最有效的调试方法是用示波器观察收发数据的波形。通过观察波形可以确定以下情况:

  • 1.是否有数据接收或发送;
  • 2.数据是否正确;
  • 3.波特率是否正确;

一、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。

起始位是一个值为0的位,所以对于正逻辑的TTL电平,起始位是一位时间的低电平;停止位是值为1的位,所以对于正逻辑的TTL电平,停止位是高电平。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。

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。


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)

二、根据波形图计算波特率
如图3是图1在示波器中的显示示意,其中灰色线是示波器的时间分度线,此时假设是200ms/格。

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100ms/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。

三、根据波形图判断RS-485收发数据的正确与否
       RS-485是一种半双工的串行通讯方式,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控制信号太短时的时序

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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一条评论

  1. john说道:

    虽然看不懂,但还是顶一个

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