3. UART 电气特性：从标准到电平转换

UART 作为一种异步串行通信协议，其物理层的电气特性直接决定了通信的可靠性、传输距离以及硬件接口的兼容性。本章将深入剖析 RS-232 标准、TTL 电平、逻辑电平转换以及常见的接口引脚定义，为后续的驱动开发打下坚实的硬件基础。

3.1 RS-232 标准与 TTL 电平

在嵌入式系统中，UART 核心逻辑（如 SoC 内部）通常使用 TTL（晶体管-晶体管逻辑）电平，而远距离通信或与 PC 机串口连接时，则采用 RS-232 标准。两者在电压范围、逻辑定义和传输距离上存在显著差异。

3.2 逻辑电平转换：桥接两个世界

为了让 TTL 设备（如 ARM 开发板）与 RS-232 设备（如 PC 串口）通信，必须使用 电平转换芯片（如 MAX232、SP3232）。这些芯片内部包含电荷泵，能将 TTL 的 0~3.3V 转换为 RS-232 所需的 ±10V 左右电压。

3.3 常见接口引脚定义

UART 通信至少需要 TX（发送）、RX（接收） 和 GND（地线） 三根线。对于需要流控的场景，还会引入 RTS（请求发送） 和 CTS（清除发送） 等硬件握手信号。

3.3.1 核心引脚功能

3.3.2 硬件流控（RTS/CTS）工作流程

硬件流控通过 RTS 和 CTS 引脚实现“请求-允许”机制，防止接收端数据溢出。以下是一个典型的交互流程：

1. 接收端准备就绪： 接收端（如 SoC）将 RTS 置为有效（逻辑 0），表示“我可以接收数据”。
2. 发送端检测 CTS： 发送端（如 PC）检测到 CTS 引脚为有效（逻辑 0），开始发送数据。
3. 接收端缓冲区满： 当接收端内部 FIFO 或缓冲区接近满时，将 RTS 置为无效（逻辑 1），表示“请暂停发送”。
4. 发送端暂停： 发送端检测到 CTS 无效，立即停止发送，直到 CTS 再次有效。

3.4 常见接口连接方式

根据是否使用流控，UART 接口的连接方式分为以下两种典型场景：

• 三线制（无流控）： 仅连接 TX、RX、GND。适用于低速、短距离、通信双方处理能力充足的场景。这是嵌入式开发中最常用的调试接口。
• 五线制（硬件流控）： 连接 TX、RX、GND、RTS、CTS。适用于高速传输或接收端处理能力有限的场景，如蓝牙模块、高速工业总线。

/* 设备树节点示例 */
&uart3 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = &uart3_pins;  /* TX, RX, RTS, CTS */
    uart-has-rtscts;           /* 启用硬件流控 */
};

3.5 本章小结