1. UART基础与双工通信原理

各位同学好，我是老周。做嵌入式这行十几年了，UART 可以说是我打交道最多的外设之一。今天咱们就从最基础的东西聊起——UART 协议帧格式、波特率怎么算、全双工和半双工到底差在哪，还有那个让人又爱又恨的 RS232 电平标准。

嗯，这部分内容看似简单，但很多坑都藏在这些基础里。我见过不少工程师，上来就调中断、写 DMA，结果收发数据总是不对，回头一查——波特率算错了，或者电平不匹配。所以，咱们先把地基打牢。

1.1 UART 协议帧格式

UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。说白了，它就是一种串行通信协议，一根线发数据，一根线收数据，不需要时钟线。

那它怎么保证收发双方节奏一致呢？靠的是帧格式和波特率。

一个标准的 UART 数据帧长这样：

起始位(1bit) + 数据位(5~8bit) + 校验位(0/1bit) + 停止位(1/1.5/2bit)

我刚开始学的时候，总觉得这结构有点啰嗦。后来在项目里吃过亏才明白——每一段都有它的用处。

1.2 波特率计算

波特率就是每秒传输的比特数，单位是 bps。比如 115200 bps，意思是一秒传 115200 个 bit。

你想想看，如果发送方和接收方的波特率没对齐，那收出来的数据全是乱的。我在一个项目里就遇到过——用 9600 的波特率去收 19200 发出来的数据，结果全是乱码，排查了半天才发现是配置写错了。

波特率的计算公式：

波特率 = 时钟频率 / (16 × 分频系数)

以 STM32 为例，假设时钟频率是 72 MHz，想要 115200 bps：

分频系数 = 72000000 / (16 × 115200) ≈ 39.0625
取整后：USARTDIV = 39

实际波特率 = 72000000 / (16 × 39) ≈ 115384 bps，误差约 0.16%，完全可用。

1.3 全双工与半双工

这两个概念其实不难理解。

• 全双工： 发送和接收可以同时进行。UART 就是全双工——TX 只管发，RX 只管收，互不干扰。
• 半双工： 同一时刻只能发或只能收。比如 RS485 就是半双工，收发共用一对线，靠方向控制切换。

我刚开始做项目时，总觉得全双工肯定比半双工好。后来发现不是这么回事——全双工需要两根线，半双工只需要一根（或一对），在长距离布线时，半双工的成本优势很明显。

1.4 RS232 电平标准

很多初学者会混淆 UART 逻辑电平和 RS232 电平。UART 芯片出来的信号是 TTL 电平——0V 表示逻辑 0，3.3V 或 5V 表示逻辑 1。但 RS232 标准不一样：

• 逻辑 0：+3V ~ +15V
• 逻辑 1：-3V ~ -15V

为什么会这样？说白了，RS232 用正负电压是为了抗干扰。电压摆幅大，噪声容限就高，适合长距离传输。但代价是——不能直接和 MCU 的 UART 引脚相连，必须加电平转换芯片，比如 MAX232。

下面这张图展示了 UART 通信的完整链路：