1. UART 通信基础

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是 MCU 开发中最基础、使用最广泛的串行通信协议之一。它只需要两根信号线（TX 发送、RX 接收）即可实现全双工通信，硬件开销极低，几乎每款 MCU 都内置了至少一个 UART 外设模块。

理解 UART 协议帧格式、各数据位的含义以及波特率的概念，是后续配置中断模式、调优通信参数的前提。本节将从物理层到数据链路层，逐层拆解 UART 通信的核心要素。

1.1 UART 协议帧格式

UART 是异步通信协议，收发双方没有独立的时钟线，而是通过约定的波特率（位传输速率）和帧格式来同步数据。一个完整的 UART 数据帧由以下四个部分组成：

1.2 起始位 / 数据位 / 校验位 / 停止位详解

1.2.1 起始位（Start Bit）

• 电平特征：从空闲的高电平（逻辑 1）跳变为低电平（逻辑 0），持续一个位时间。
• 作用：提供帧同步信号。接收器检测到下降沿后，启动内部波特率采样时钟，开始接收后续数据位。
• 注意事项：起始位的下降沿必须干净、无抖动，否则会导致接收器采样偏移，产生帧错误。

1.2.2 数据位（Data Bits）

• 位宽配置：通常为 5、6、7、8 或 9 位。MCU 应用中最常用的是 8 位数据位（对应一个字节）。
• 发送顺序：LSB（最低有效位）先发送，MSB（最高有效位）最后发送。这是 UART 协议的标准约定，与 I²C 或 SPI 的 MSB-first 不同。
• 典型配置：8 位数据位 + 无校验（8N1）是最常见的组合，兼容 ASCII 码和二进制数据。

1.2.3 校验位（Parity Bit）

校验位是可选的检错机制，用于检测数据位在传输过程中是否发生单比特翻转。校验方式分为三种：

1.2.4 停止位（Stop Bit）

• 电平特征：高电平（逻辑 1），持续 1、1.5 或 2 个位时间。
• 作用：标志一帧数据结束，并为下一帧的起始位下降沿提供准备时间。
• 位宽选择：
  • 1 位停止位：最常用，帧开销最小，适用于大多数场景。
  • 1.5 位停止位：仅用于某些老式 UART 或特殊协议。
  • 2 位停止位：增加帧间隔，适用于高噪声环境或低速通信，给接收器更多处理时间。

1.3 波特率概念

波特率（Baud Rate） 定义为单位时间内传输的符号（码元）数量，单位是 baud（波特）。在 UART 通信中，一个符号对应一个比特位，因此波特率等于比特率（bit/s）。

波特率决定了每一位的持续时间：

位时间 (T_bit) = 1 / 波特率

示例：
波特率 = 115200 baud
位时间 = 1 / 115200 ≈ 8.68 μs

收发双方必须使用相同的波特率，且波特率误差必须控制在允许范围内（通常要求 < 2%），否则会导致采样错位，产生帧错误或数据乱码。

1.4 常见 UART 配置组合速查表