前言

在ROS研究中，我们在入门基础除了ROS的小乌龟外，在通信层次我们也需要了解一些串口通信，在Atlas 200I DK A2开发板中，下图是Atlas 200I DK A2开发板的系统框图。

而在图中，我们也能看到一些串口通信规则，比如UART通信，这些通信也都和树莓派通过GPIO进行连接，下图就是树莓派接口图详细介绍。

接下来让我们开始了解UART通信吧

一、前提知识

在学UART通信之前，我们要先了解一下什么是串行通信和并行通信。

1.串行通信

串行通信（Serial communication）是指在计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。

特点：传输线少，长距离传输成本，但是传输控制比并行要相对复杂。

2.并行通信

并行通信是指多比特数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，数据也就容易出错。

特点：传输速率快，接口电路简单。

3.单工、半双工、全双工通信

根据数据通信的方向，通信分为全双工、半双工、及单工通信。

3.1单工通信

只支持数据在一个方向上传输，信号单向传输。

3.2半双工通信

允许数据在两个方向上传输，但不能同时进行，在某一时刻只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信。比较典型的例子是对讲机。像乡间小道，同一时刻只能让一辆小车通过，另一方向来的车只能等待道路空出来时才能通过；

3.3全双工通信

允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信时两个单工通信的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。比较典型的例子就是打电话。

4.补充：通信速率

• 1. 比特率：Bitrate，每秒传输的二进制位数，单位为比特每秒（bit/s）。
• 2. 波特率：baudrate，每秒传输的码元数。

USART 的发送器和接收器使用相同的波特率。有以下的计算公式

其中，fck为 USART 时钟， USARTDIV 是一个存放在波特率寄存器(USART_BRR)的一个无符号定点数。其中 DIV_Mantissa[11:0]位定义 USARTDIV 的整数部分，DIV_Fraction[3:0]位定义 USARTDIV 的小数部分。

二、UART通信

1.UART通信

UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。

数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。

奇偶校验位：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)，以此来校验数据传送的正确性

停止位：为了表示数据包结束，发送UART将数据传输线从低电压驱动到高电压并保持1到2位时间。

空闲位:处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。

2.UART工作原理

• 发送数据过程：空闲状态，线路处于高电位;当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间T，接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位(停止位为高电位)，一帧数据发送结束。

• 接收数据过程：空闲状态，线路处于高电位;当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位）时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕后，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。

• UART波特率发生器:波特率是衡量数据传输速率的指标，表示每秒传送数据的字符数，单位为Baud。UART的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率，而是波特率时钟频率的16倍，目的是为在接收时进行精确地采样，以提取出异步的串行数据。根据给定的晶振时钟和要求的波特率，可以算出波特率分频计数值。

总结

以上就是UART通信的相关知识，希望对你所以帮助。