UART原理介绍

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) 是一种广泛应用于嵌入式系统、计算机硬件和通信设备中的串行通信接口。它负责将并行数据转换为串行数据进行传输，同时也能将接收到的串行数据转换回并行数据。UART采用异步通信方式，即不需要共享时钟信号，而是通过起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位来同步数据传输。以下是UART的详细介绍：

UART特性与工作原理
异步通信：UART不依赖于外部时钟信号来同步数据传输，而是通过特定的位格式（起始位、数据位、奇偶校验位、停止位）来标识每个数据帧的边界。

数据格式：

起始位：一个低电平（逻辑0）信号，标志着一个新的数据帧开始。
数据位：通常为5、6、7或8位，表示实际要传输的信息。
奇偶校验位（可选）：用于检测传输过程中数据的错误，可以是奇校验（数据位中1的个数为奇数）或偶校验（数据位中1的个数为偶数）。
停止位：通常为1或2个高电平（逻辑1）信号，标志着数据帧的结束。
波特率：表示每秒钟传输的二进制位数（bps），如9600bps、115200bps等。发送方和接收方必须配置相同的波特率才能正确同步。

流控（可选）：通过硬件握手信号（如RTS/CTS）或软件协议（如XON/XOFF）来控制数据传输速率，防止接收端来不及处理过多数据而导致溢出。

代码示例

下面是一个使用C语言编写的UART通信示例，结合了一个简单的环形缓冲区（ringbuf）来暂存接收到的数据。这个示例假设您已经正确配置了UART硬件（如GPIO、波特率、中断等），并且有一个名为ringbuf.h的环形缓冲区库提供了如下接口：

ringbuf_init(ringbuf_t *rb, uint8_t *buf, size_t size)：初始化环形缓冲区。
ringbuf_is_empty(ringbuf_t *rb)：检查缓冲区是否为空。
ringbuf_is_full(ringbuf_t *rb)：检查缓冲区是否已满。
ringbuf_push(ringbuf_t *rb, uint8_t data)：向缓冲区尾部添加一个字节。
ringbuf_pop(ringbuf_t *rb)：从缓冲区头部取出并返回一个字节。

#include "stm32f4xx_hal.h" // 假设使用STM32F4系列HAL库
#include "ringbuf.h"       // 环形缓冲区库头文件// 定义UART句柄
UART_HandleTypeDef huart1;// 定义环形缓冲区
ringbuf_t rx_buffer;
uint8_t rx_buffer_data[RINGBUF_SIZE]; // RINGBUF_SIZE为缓冲区大小void UART_Init(void)
{// 初始化GPIO、UART、波特率、中断等（此处省略，应在STM32CubeMX生成的代码中）// 使能UART接收中断__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);
}void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if (huart == &huart1){uint8_t received_byte = (uint8_t)(huart1.Instance->DR & 0xFF); // 读取接收到的字节// 将接收到的数据放入环形缓冲区if (!ringbuf_is_full(&rx_buffer)){ringbuf_push(&rx_buffer, received_byte);}else{// 如果缓冲区已满，可以在这里处理溢出情况（如丢弃数据或触发警告）}// 重新启动接收，以便继续接收下一个字节HAL_UART_Receive_IT(huart, &received_byte, 1);}
}void UART_ProcessReceivedData(void)
{// 从环形缓冲区取出并处理数据while (!ringbuf_is_empty(&rx_buffer)){uint8_t data = ringbuf_pop(&rx_buffer);// 在此处处理接收到的数据（如解析命令、更新状态等）}
}int main(void)
{HAL_Init(); // 初始化HAL库// 初始化UART、环形缓冲区等UART_Init();ringbuf_init(&rx_buffer, rx_buffer_data, RINGBUF_SIZE);while (1){UART_ProcessReceivedData();// 其他应用程序逻辑...}
}

在这个示例中：

首先，初始化HAL库并配置UART硬件（包括GPIO、波特率、中断等），这部分代码通常由STM32CubeMX生成。
定义一个环形缓冲区rx_buffer以及对应的缓冲区数据数组rx_buffer_data，用于暂存接收到的UART数据。
编写HAL_UART_RxCpltCallback回调函数，当接收到一个字节时，该函数会被HAL库调用。在回调函数中，将接收到的数据放入环形缓冲区，并重新启动接收以继续接收下一个字节。
UART_ProcessReceivedData函数负责从环形缓冲区取出并处理数据。在主循环中定期调用此函数，以便及时处理接收到的数据。
请根据实际硬件平台、UART库和环形缓冲区库进行适当调整，并确保在实际编程时添加适当的错误检查和处理代码，以确保程序的健壮性和可靠性。如果您没有现成的环形缓冲区库，需要根据需要自行实现相关函数。