一、 简介
UART，全称UniversalAsynchrONous Receiver/Transmitter，译为通用异步收发器。
串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps～230kbps。串口出现的初期是为了实现连接计算机外设的目的，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。串口也可以应用于两台计算机（或设备）之间的互联及数据传输。由于串口（COM）不支持热插拔及传输速率较低，目前部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口。目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。
在几乎所有的MCU中都会有UART接口。
--from 百度百科串行接口
每当口中提到“串口”，很容易让人想到的名词有UART、USART、COM口、TTL/CMOS、RS-232、RS-422、RS-485。其中：
UART，“串口”时序协议的名称，定义了各个信号时序协议；
USART，相比UART增加了同步信号，可实现ISO-7816智能卡接口；
COM口，在PC等操作系统上，区别于USB、SATA接口的串行接口，定义了在操作系统中的规范；
TTL/CMOS，嵌入式硬件系统的信号电平；
RS-232，在UART基础上再定义了信号的电气特性
RS-422，在RS-232基础上定义了差分信号传输的电气特性
RS-485，在RS-422基础上定义了半双工模式
二、 信号线
信号线的命名，都是基于当前终端设备而定义的。
UART常用的信号线有：
RxD，当前终端设备的接收管脚
TxD，当前终端设备的发送管脚
GND，当前终端设备的地
如上所述，信号线的命名基于当前终端设备而做的标记，在手工接线时，可以快速判断连接的线序。
一般的，设计者在设计PCB时，对外连接做的一些预留接口，标记接口管脚时，都会添加丝印标记，这时标记的都是当前终端设备的管脚信息。
例如标记着RxD的引脚，应该与外部的UART接口TxD连接。
三、 信号时序
信号线空闲时，处于高电平，当有数据发送时，信号线以1个bit时长的低电平标志开始通信，通信过程中，单个字节在信号线上的帧结构如下图：
信号管脚传输每个数据时，在管脚上呈现的是电气信号为高低电平的变化，对应数据每个bit的逻辑“1”和“0”。
组成UART帧结构时，附带的起始位、停止位，实现了对传输数据流每个字节的界定，该过程实现了起始式协议。同时在停止位前可选择地插入校验位，实现了对数据帧正确性的校验。
如下图是常见的UART通信过程中使用的配置参数8-N-1对应的时序：
配置参数(8-N-1)：8bit数据、无校验位、1bit停止位
四、 接口配置项
在启用UART接口时，需要通信双方对接口进行相同参数的配置，才能够正确通信。而UART可配置的参数有：
(一) 波特率Baudrate:
由于UART属于异步通信，在通信过程中没有同步时钟CLK来提供给接收方，接收方也就无法同步地确定每个bit的宽度，也就无法对每个bit进行正确的采样。因此接收方必须依靠设置与发送方相同的波特率参数，这样接收方对信号管脚进行采样和解码时，才能正确判断每个bit的值是“1”还是“0”，这也就是异步通信的特点。
在各类MCU的UART配置中，常用的波特率值有：
4800Bd、9600Bd、19200Bd、115200Bd，单位Bd。常见有如下代码截图：
要想理解波特率，来的维基百科中查询一番
在维基百科的介绍中，可看到，波特率的值，直接以bit/s的单位取倒数后得到单位s/bit，同时在示波器端对UART发出的波形进行抓取，可见每bit的宽度在误差允许范围内基本就是波特率的倒数值。
在百度百科的词条《波特》介绍中，波特率是指：
调制速率，指的是有效数据信号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个符号，而通过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息。 单位“波特”本身就已经是代表每秒的调制数，以“波特每秒”（Baud per second）为单位是一种常见的错误。
它代表的是信号的变化，而不是传输数据的多少。它表示每秒钟内通信线路状态改变的次数。如果数据不压缩，波特等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩。那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率，使得交换使用波特和比特/秒有时会产生错误。
但是在现代的实际使用中，多数情况下，配置了MCU的波特率后，对输出信号进行观测发现，此时波特率等于比特率。也正是因为此时传输的符号即8bit一个Byte的数据量，从而波特率等于比特率。
如果拿到一块板子或者一套设备，但没有源码程序，纯靠硬件抓取通信串口的数据内容，首先利用示波器观测每个bit的宽度，后换算成比特率，这时候比特率基本上就是波特率了。利用串口助手模块，在PC端下载个串口助手，设置匹配的波特率进行数据抓取。
比如抓到波形116us/bit, 直接转换得：1bit/116us = 1 bit/(116/1000000)s = 8620.68 bit/s，此时配置串口助手的波特率，利用串口助手模块与被测信号管脚进行连接，即可实现串口数据的抓取。
(二) 数据位Data bits:
在维基百科的介绍中，数据的位数一般可有5~9位，其中各个位数的应用场景也是有区别的：
5位常用于博多码(Baudot code)
7位常用于ASCII字符
8位则用于大多数类型的数据并且与字节(Byte)匹配
6位9位少用
收发双方定义了相同的数据位宽后，才能对信号管脚采样时正确解码到传输的数据内容。
如上列出的不同数据位数情况，在不同的应用场景中，能够选择合适的数据完成高效率的传输。
(三) 校验位Parity:
校验位可在数据传输过程中，接收方对信号管脚进行采样和解码时，对数据的完整性和正确性进行校验，保证在通信过程中，可有效排除线路不稳定或者外界的干扰导致数据位出错的问题。
校验位作为可选的配置项，可进行的配置方式有：
配置方式
作用
备注
None
无校验
在数据传输的帧结构中没有校验位
Odd
奇校验
数据中”1”的个数是奇数，校验位被置0；
数据中”1”的个数是偶数，校验位被置1。
Even
偶校验
数据中”1”的个数是奇数，校验位被置1；
数据中”1”的个数是偶数，校验位被置0。
Mark
校验位始终是“1”
校验位始终是“1”
Space
校验位始终是“0”
校验位始终是“0”
对于奇偶校验位的设置，比较容易混淆的是奇校验和偶校验的设定，在下图中分别列出了所有校验位配置方式的时序图，其中传输的数据是DigCore的缩写DC，即十六进制为0xDC：
对比观察上图中的各类校验方式，简单说奇校验（Odd-Parity）方式，传输的数据0xDC，二进制11011100，从二进制数值看到有5个“1”，也就是奇数个“1”，则在校验位被置“0”，此时逻辑“1”的个数总和等于奇数5，从而实现奇校验。
简而言之，保证一个原则是，开启奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”数量总和为奇数，开启偶校验时，该数量总和为偶数。
(四) 停止位Stop bits:
停止位可配置成1bit、1.5bit和2bit三种，配置成其中一种的时候，信号管脚的电平保持对应bit时长的高电平。
停止位的意义在于标志着一个数据的发送完成，同时保证了收发双方在进行硬件操作的时候，提供了可靠的处理时间。
(五) 流控制Flow control:
流控制，俗话说就是“握手”。流控制的作用，在不同处理性能的设备之间，数据传输之前，接收方会以“流控制”来通知发送方，是否可以继续进行接下来的数据传输。这样的应用场景多见于计算机与低性能的微控制器通信，也可见于PC与打印机之间进行的数据传输，该特点都是接收方的接收缓存已满或处理事务较慢时，从而需要流控制来告知发送方稍后再发送。
流控制的方式分别有软件和硬件两种。
软件的流控制方式，在UART通信中，只需RxD、TxD、GND三根即可，数据在传输过程中，依靠代码的判断处理，并通过收发双方进行的数据交互完成控制，在现有通信物理信号线基础上，使用控制字符(ASCII表中的0x00~0x0x1F、0x7F)完成控制指令的交互。一般在私有协议下也会定义一些特殊字符设为控制指令。
硬件的流控制方式，即在原有的RxD、TxD、GND三根信号线的基础上，再增加RTS/CTS和DTR/DSR这两组信号线。
第一组线是RTS（Request toSend）和CTS（Clear toSend）。当接收方准备好接收数据，它置高RTS线表示它准备好了，如果发送方也就绪，它置高CTS，表示它即将发送数据。
第二组线是DTR（DataTerminal Ready）和DSR（Data SetReady）。这些线主要用于Modem通信。使得串口和Modem通信他们的状态。
例如：当Modem已经准备好接收来自PC的数据，它置高DTR线，表示和电话线的连接已经建立。读取DSR线置高，PC机开始发送数据。一个简单的规则是DTR/DSR用于表示系统通信就绪，而RTS/CTS用于单个数据包的传输。
而在实际的应用中，硬件的方式比较少用，最大的原因是消耗硬件成本，并且在当前的MCU性能下，UART的FIFO缓存器、MCU的UART事件中断等等因素，都能够完成数据的接收和存储，并且对大多数的应用场景是完全足够，因此在很多应用中已经很少用到硬件流控制。
信号
定义
作用
DTR
数据终端准备好
Data Terminal Ready
DSR
数据准备好
Data Set Ready
RTS
请求发送
Request To Send
CTS
清除发送
Clear To Send
文章到此已经完成了对UART协议基础的描述，欲知UART的不同电气特性下的接口规范，且听下回分解！
参考资料：
《串行接口》@百度百科
《Serial Port》@维基百科
《波特》@百度百科
