uart tx rx

### UART TX 和 RX 的波形图及其工作原理 #### 1. **UART 基本概念** UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种异步串行通信接口，用于实现设备之间的数据传输。它通过发送方（TX）和接收方（RX）两个通道完成双向通信。 #### 2. **UART 数据帧结构** UART 数据帧通常由以下几个部分组成[^1]: - 起始位：低电平表示数据帧的开始。 - 数据位：通常是 5 到 9 位的数据，具体长度取决于配置。 - 校验位（可选）：奇偶校验位用于检测传输错误。 - 停止位：高电平表示数据帧的结束。 #### 3. **UART TX 波形分析** 在 UART 发送过程中，TX 引脚负责将数据逐位发送到目标设备。以下是典型的 TX 波形描述： - 当无数据发送时，TX 引脚保持高电平（空闲状态）。 - 接收到发送指令后，TX 引脚先输出一个起始位（低电平），随后依次输出数据位、校验位（如果有）、停止位。 - 每一位的时间宽度由波特率决定，例如，在 9600bps 下，每一位持续时间为 \( \frac{1}{9600} \approx 104\mu s \)。 ```plaintext 高电平 (Idle) ----| |----| |----| | 起始位 数据位(8bit) 校验位 停止位 ``` #### 4. **UART RX 波形分析** 在 UART 接收过程中，RX 引脚负责捕获来自发送方的数据流并将其转换为字节形式。以下是典型的工作流程： - RX 引脚监测输入信号，当检测到从高到低的变化时，识别为起始位。 - 收到起始位后，RX 开始以固定时间间隔采样后续数据位。为了提高可靠性，通常采用超采样技术，即以波特率的数倍频率（如 8 或 16 倍）对信号进行采样[^3]。 - 如果启用了校验功能，RX 将验证接收到的校验位是否匹配预期值。 - 最终，RX 输出完整的数据字节并将准备好下一个字符的接收。 ```plaintext 输入信号 -----| |----| |----| | 起始位 数据位(8bit) 校验位 停止位 ``` #### 5. **时序分析** UART 的时序特性决定了其可靠性和性能表现。以下是一些关键参数： - **波特率**：定义每秒传输的比特数，常见的有 9600, 115200 等。 - **超采样因子**：影响 RX 对信号的精确度，较高的超采样因子能减少误码率。 - **同步窗口**：指 RX 在每个数据位中心点附近采集样本的具体时间段。 #### 6. **代码示例** 下面是一个简单的 Verilog 实现片段，展示了如何处理 TX 和 RX： ##### TX 设计 ```verilog always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin tx_state <= IDLE; tx_data_reg <= 'b0; bit_count <= 'd0; end else begin case(tx_state) IDLE: begin if (tx_start) begin tx_state <= START_BIT; tx_data_reg <= data_to_send; bit_count <= 'd0; end end START_BIT: begin tx_out <= 'b0; // Start Bit tx_state <= DATA_BITS; end DATA_BITS: begin tx_out <= tx_data_reg[0]; tx_data_reg <= {tx_data_reg[7:1], 1'b0}; bit_count <= bit_count + 1; if (bit_count == 7) tx_state <= STOP_BIT; end STOP_BIT: begin tx_out <= 'b1; // Stop Bit tx_state <= IDLE; end endcase end end ``` ##### RX 设计 ```verilog always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin rx_state <= WAIT_START; received_data <= 'b0; bit_count <= 'd0; end else begin case(rx_state) WAIT_START: begin if (~rx_in && !start_detected) begin start_detected <= 'b1; sample_counter <= OVER_SAMPLE_RATE / 2; end if (sample_counter == 0) begin rx_state <= SAMPLE_DATA; bit_count <= 'd0; end end SAMPLE_DATA: begin if (sample_counter == 0) begin received_data[bit_count] <= rx_in; bit_count <= bit_count + 1; if (bit_count == 7) rx_state <= CHECK_STOP; end end CHECK_STOP: begin if (rx_in) rx_state <= WAIT_START; end endcase end end ``` --- ###

UART是一种通用的异步收发传输协议，UART_RX和UART_TX是用来进行串口通讯的引脚。在串口通讯中，数据的发送和接收是通过这两个引脚来实现的。其中，UART_RX引脚是串口接收引脚，用来接收其他设备发送过来的数据；UART_TX引脚是串口发送引脚，用来向其他设备发送数据。在嵌入式系统中，UART通常被用作与外部设备的通信接口，比如与计算机进行通信、控制打印机等。