如何確定異步鏈接兩端的UART時(shí)鐘源的容限

本應(yīng)用筆記討論了在UART中實(shí)現(xiàn)的常用串行異步通信協(xié)議的時(shí)序要求。本文介紹了如何確定異步鏈接兩端的UART時(shí)鐘源的容限。RS-232規(guī)范可以追溯到1962年，當(dāng)時(shí)它是由電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）首次發(fā)布的。該規(guī)范隨著時(shí)間的推移發(fā)生了變化，納入了更高的數(shù)據(jù)速率，并縮小了電信行業(yè)協(xié)會(huì)（TIA），國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）要求之間的兼容性差距。
背景技術(shù)
RS-232規(guī)范可以追溯到1962年，當(dāng)時(shí)它是由電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）首次發(fā)布的。該規(guī)范隨著時(shí)間的推移發(fā)生了變化，納入了更高的數(shù)據(jù)速率，并縮小了電信行業(yè)協(xié)會(huì)（TIA），國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）要求之間的兼容性差距。RS-232規(guī)范的當(dāng)前版本是1997年10月發(fā)布的EIA / TIA-232-F。
RS-232受益于1970年代后期以來(lái)MSI IC的可用性，MSI IC具有以合理的價(jià)格處理規(guī)范的復(fù)雜性。這些IC是通用異步接收發(fā)送器（UART）?，F(xiàn)在，許多大規(guī)模集成（LSI）IC（包括微控制器）都具有該功能。
通常，UART的可用性促使業(yè)界以非RS-232方式使用RS-232串行協(xié)議。常見(jiàn)的示例是RS-485傳輸，光隔離傳輸以及使用單端物理層（即0到3.3V而不是±5V或±10V）的傳輸。本文介紹了串行接口的一般時(shí)序方面，而不是握手或物理層的應(yīng)用細(xì)微差別。因此，本應(yīng)用筆記適用于所有通用UART應(yīng)用。
UART時(shí)序
圖1顯示了一個(gè)典型的UART幀。它包括一個(gè)START位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)STOP位。在RS-232應(yīng)用中，其他變體也是可能的。例如，數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度可以為5、6或7位，可以有2個(gè)STOP位，或者可以在數(shù)據(jù)包和STOP位之間插入奇偶校驗(yàn)位以進(jìn)行基本錯(cuò)誤檢測(cè)。圖1顯示了在UART的發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）或接收數(shù)據(jù)（RXD）引腳上看到的信令。RS-232總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器會(huì)進(jìn)行反相以及電平轉(zhuǎn)換，因此邏輯1為總線(xiàn)上的負(fù)電壓，邏輯0為正電壓。

典型的UART數(shù)據(jù)幀。
當(dāng)兩個(gè)UART通信時(shí)，假設(shè)發(fā)送器和接收器都知道信令速度。接收方不知道何時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包（無(wú)接收方時(shí)鐘）；因此，該協(xié)議稱(chēng)為“異步”。接收器電路相應(yīng)地比發(fā)射器電路復(fù)雜。發(fā)送器只需以定義的比特率輸出一幀數(shù)據(jù)。相反，接收器必須識(shí)別幀的開(kāi)始以使其自身同步，并因此確定位流的最佳數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。
圖2顯示了UART接收器用來(lái)使其自身與接收到的幀同步的常用方法。接收UART使用的時(shí)鐘是數(shù)據(jù)速率的16倍。在低電平有效START位的開(kāi)始處的下降沿可以識(shí)別出一個(gè)新的幀。當(dāng)信號(hào)從高電平有效STOP位或總線(xiàn)空閑狀態(tài)改變時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。接收UART在該下降沿復(fù)位其計(jì)數(shù)器，期望中起始位在8個(gè)時(shí)鐘周期后出現(xiàn)，并預(yù)期隨后每個(gè)位的中點(diǎn)將在此后每16個(gè)時(shí)鐘周期出現(xiàn)一次。通常在位時(shí)間的中間對(duì)START位進(jìn)行采樣，以檢查電平是否仍然很低，并確保檢測(cè)到的下降沿是START位，而不是噪聲尖峰。另一個(gè)改進(jìn)是對(duì)START位采樣了3次（時(shí)鐘計(jì)數(shù)7、8和9）

UART接收幀同步和數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。