USART結(jié)構(gòu)組成

UART與USART單片機(jī)串口通信的區(qū)別

UART與USART都是單片機(jī)上的串口通信，他們之間的區(qū)別如下：

首先從名字上看：

UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收/發(fā)器

USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/異步收/發(fā)器

從名字上可以看出，USART在UART基礎(chǔ)上增加了同步功能，即USART是UART的增強(qiáng)型，事實(shí)也確實(shí)是這樣。但是具體增強(qiáng)到了什么地方呢？

其實(shí)當(dāng)我們使用USART在異步通信的時(shí)候，它與UART沒(méi)有什么區(qū)別，但是用在同步通信的時(shí)候，區(qū)別就很明顯了：大家都知道同步通信需要時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，也就是說(shuō)USART相對(duì)UART的區(qū)別之一就是能提供主動(dòng)時(shí)鐘。如STM32的USART可以提供時(shí)鐘支持ISO7816的智能卡接口。

任何一個(gè)微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線(xiàn)路與CPU直接連接，那么連線(xiàn)將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線(xiàn)路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線(xiàn)路被稱(chēng)為總線(xiàn)。采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。

微機(jī)中總線(xiàn)一般有內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)總線(xiàn)是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線(xiàn)，用于插件板一級(jí)的互連；外部總線(xiàn)則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線(xiàn)，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過(guò)該總線(xiàn)和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。

另外，從廣義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信總線(xiàn)被稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線(xiàn)多，不適于小型化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡(jiǎn)易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，總線(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計(jì)算機(jī)總線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多，各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介紹。

一、內(nèi)部總線(xiàn)

1．I2C總線(xiàn)

I2C（Inter-IC）總線(xiàn)10多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線(xiàn)器件同時(shí)接到I2C總線(xiàn)上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。

2．SPI總線(xiàn)

串行外圍設(shè)備接口SPI（serialperipheralinterface）總線(xiàn)技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI總線(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)，因其硬件功能很強(qiáng)，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。

3．SCI總線(xiàn)

串行通信接口SCI（serialcommunicationinterface）也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。

4．CAN總線(xiàn)

屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485基于R線(xiàn)構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性。只有2根線(xiàn)與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。

二、系統(tǒng)總線(xiàn)

1．ISA總線(xiàn)

ISA（industrialstandardarchitecture）總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線(xiàn)。它是對(duì)XT總線(xiàn)的擴(kuò)展，以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)要求。它在80286至80486時(shí)代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA總線(xiàn)插槽。ISA總線(xiàn)有98只引腳。

2．EISA總線(xiàn)

EISA總線(xiàn)是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA總線(xiàn)的基礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來(lái)ISA總線(xiàn)的98條信號(hào)線(xiàn)上又增加了98條信號(hào)線(xiàn)，也就是在兩條ISA信號(hào)線(xiàn)之間添加一條EISA信號(hào)線(xiàn)。在實(shí)用中，EISA總線(xiàn)完全兼容ISA總線(xiàn)信號(hào)。

3．VESA總線(xiàn)

VESA（videoelectronicsstandardassociation）總線(xiàn)是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VL(VESAlocalbus)總線(xiàn)。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線(xiàn)系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分總線(xiàn)稱(chēng)為CPU總線(xiàn)或主總線(xiàn)，其他設(shè)備通過(guò)VL總線(xiàn)與CPU總線(xiàn)相連，所以VL總線(xiàn)被稱(chēng)為局部總線(xiàn)。它定義了32位數(shù)據(jù)線(xiàn)，且可通過(guò)擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64位，使用33MHz時(shí)鐘頻率，最大傳輸率達(dá)132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線(xiàn)，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。

4．PCI總線(xiàn)

PCI（peripheralcomponentinterconnect）總線(xiàn)是當(dāng)前最流行的總線(xiàn)之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，且可擴(kuò)展為64位。PCI總線(xiàn)主板插槽的體積比原ISA總線(xiàn)插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫(xiě)操作，最大傳輸速率可達(dá)132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI局部總線(xiàn)不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA（microchannelarchitecture）總線(xiàn)，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線(xiàn)。

5．CompactPCI

以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線(xiàn)一般都用于商用PC機(jī)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)中，還有另一大類(lèi)為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線(xiàn)，比如STD總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、PC/104總線(xiàn)等。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門(mén)總線(xiàn)之一——CompactPCI。

CompactPCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”，是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源總線(xiàn)底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線(xiàn)的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI是在原來(lái)PCI總線(xiàn)基礎(chǔ)上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng)，同時(shí)還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線(xiàn)產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。

三、外部總線(xiàn)

1．RS-232-C總線(xiàn)

RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線(xiàn)就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)?nèi)的通信。

2．RS-485總線(xiàn)

在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線(xiàn)。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

3．IEEE-488總線(xiàn)

上述兩種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn)，而IEEE-488總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488總線(xiàn)用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線(xiàn)裝配起來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào)，連接方式為總線(xiàn)方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元，但總線(xiàn)上最多可連接15臺(tái)設(shè)備。最大傳輸距離為20米，信號(hào)傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。

4．USB總線(xiàn)

通用串行總線(xiàn)USB（universalserialbus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接，達(dá)到方便用戶(hù)、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB的最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。