UART 协议层
UART 协议层
UART 是异步协议：没有时钟线，收发双方各自用本地时钟按约定波特率对数据采样。协议层解决的核心问题就是：在没有时钟的情况下，接收方如何知道”数据从哪里开始、到哪里结束”。
帧格式
UART 把数据打包成帧（Frame）传输，一帧的结构：
空闲 ── 起始位 ── 数据位(LSB→MSB) ── 校验位(可选) ── 停止位 ── 空闲
| 组成部分 | 位宽 | 说明 |
|---|---|---|
| 起始位（Start） | 1 bit | 固定逻辑 0，把空闲态的高电平拉低，告诉接收方”帧开始了” |
| 数据位（Data） | 5~9 bit，常用 8 | LSB first，先发最低位 |
| 校验位（Parity） | 0~1 bit | 可选，奇校验 / 偶校验 |
| 停止位（Stop） | 1 / 1.5 / 2 bit | 固定逻辑 1，帧结束，回到空闲态 |
一帧 8N1 数据（0x55，LSB first）
0x55 = 0101_0101，LSB first 发送序列即 1 0 1 0 1 0 1 0，与起始位/停止位拼起来波形规律、便于示波器观察：
{
signal: [
{ name: "TX", wave: "10333333331", data: "start d0=1 d1=0 d2=1 d3=0 d4=1 d5=0 d6=1 d7=0 stop" }
]
}
空闲态与起始位检测
- 空闲态：总线保持高电平（逻辑 1）；
- 起始位：发送方拉低总线 1 bit 时间，接收方检测到这个下降沿即认为一帧开始；
- 接收方从起始位的下降沿起，延迟 0.5 bit 时间采样一次确认是起始位，之后每隔 1 bit 时间采样数据位——即”中点采样”，抗抖动能力最好。
校验位
校验位是发送方对数据位的简单检错：
| 类型 | 规则 |
|---|---|
| 无校验（N） | 不发送校验位 |
| 偶校验（E） | 校验位取值使”数据位 + 校验位”中 1 的个数为偶数 |
| 奇校验（O） | 校验位取值使”数据位 + 校验位”中 1 的个数为奇数 |
接收方按同样规则计算，若不一致说明传输出错（UART 没有重传机制，是否处理由上层决定）。
常见帧格式写法
帧格式通常用 数据位-校验-停止位 简写：
- 8N1：8 数据位、无校验、1 停止位（最常用，PC 串口默认）
- 8E1：8 数据位、偶校验、1 停止位
- 8O1：8 数据位、奇校验、1 停止位
接收方采样原理
接收方本地时钟与发送方不可能完全同频，为减小累计误差，接收逻辑一般以波特率的 16 倍过采样：
- 检测到起始位下降沿后，计数 8 个采样周期（即 0.5 bit）到达数据位中点；
- 此后每 16 个采样周期采一个数据位，始终落在每一位的正中；
- 双方波特率误差通常在 ±3% 以内可稳定通信（一位的中点偏移不会跨出该位）。
📌 待补图：UART 接收方 16 倍过采样示意图