串行通信的艺术：深入解析UART与奇偶校验

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发送数据位是电流传输吗？

在UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通信中，发送数据位不直接以电流的形式传输。而是通过改变电压水平或者光信号（在光纤通信中）来表示不同的数据位（0或1）。这种变化通常是相对于共同的地线（GND）来测量的。在电气接口中，比如RS-232，一个特定的电压范围代表一个逻辑“0”（通常是正电压），而另一个范围代表逻辑“1”（通常是负电压）。

电压表示数据位

在大多数MCU的UART通信中，数据位的传输是通过电压的变化来实现的：

逻辑“0”（空闲状态）：通常表示较高的电压水平。
逻辑“1”：通常表示较低的电压水平，或者在某些标准中，如TTL逻辑，逻辑“1”是高电压，而逻辑“0”是低电压。

电流传输

尽管在标准UART通信中数据位的表示是基于电压变化的，但在某些特殊应用或标准中，如电流环（Current Loop）通信，数据确实是通过电流的变化来传输的。在这样的系统中，逻辑状态由电流的有无或电流的不同级别来表示，而不是电压的变化。

结论

所以，虽然标准的UART通信主要依靠电压变化来传输数据位，但理论上数据传输可以通过电流、电压、光或其他物理媒介的变化来实现，具体取决于所使用的物理层协议和硬件接口的设计。在大多数情况下，当我们讨论MCU和UART时，我们是在讨论基于电压变化的数据传输。

电压变化就是发送方电压变化，一根线上的接收方测量到电压变化吗？

是的，您的理解是正确的。在UART通信中，电压变化确实是由发送方（transmitter）产生的，而接收方（receiver）则通过测量一根线上的电压变化来检测数据。这种电压变化代表了不同的数据位——逻辑“0”和逻辑“1”。

如何工作：

发送方：在UART通信协议中，发送方通过改变其输出引脚上的电压来发送数据。例如，在逻辑“1”的情况下，发送方可能会将电压保持在高电平（例如+5V或+3.3V，取决于系统的电压标准），而在逻辑“0”的情况下，它会将电压降到低电平（例如0V）。
接收方：接收方的任务是监测这条连接两者的线（TX到RX）上的电压变化，并根据电压的高低来判断发送方传输的是逻辑“1”还是逻辑“0”。接收方的电路设计使其能够灵敏地检测这些变化，并将它们转换回数字信号（数据位）。

通信过程：

起始位：每次数据传输开始时，发送方首先将线路电压从空闲状态（通常是高电压）拉低到低电压，标志着起始位的开始。
数据位：随后，发送方按照设定的波特率依次发送数据位，每个位持续相同的时间间隔。接收方同步地采样这个线上的电压，以确定每个时间点的电压级别是高是低，从而得知是逻辑“1”还是逻辑“0”。
停止位和可选的奇偶校验位：数据位之后，发送方会发送停止位，通常将电压恢复到高电平，标志着一帧数据的结束。有时还会加入奇偶校验位来检测数据传输过程中的错误。

通过这种方式，UART通信允许两个设备在没有共享时钟信号的情况下，通过电压变化在一根线上可靠地传输数据。这种简单但有效的机制使得UART成为了微控制器、计算机和许多其他电子设备之间通信的一种流行方式。

奇偶校验如何发送

在UART（通用异步接收/发送）通信中，奇偶校验是一种错误检测机制，用来检查数据在传输过程中是否发生了变化或错误。奇偶校验位会添加到数据帧的末尾（在数据位之后、停止位之前），用以表示数据位中“1”的总数是奇数还是偶数，具体取决于是使用奇校验还是偶校验。

奇偶校验位的发送方式：

偶校验（Even Parity）：在偶校验模式下，奇偶校验位的设置是使得包含校验位在内的整个数据帧中“1”的总数为偶数。如果数据位中“1”的数量已经是偶数，则校验位设置为0；如果“1”的数量是奇数，则校验位设置为1，以确保整个帧中“1”的总数为偶数。
奇校验（Odd Parity）：在奇校验模式下，奇偶校验位的设置是使得包含校验位在内的整个数据帧中“1”的总数为奇数。如果数据位中“1”的数量已经是奇数，则校验位设置为0；如果“1”的数量是偶数，则校验位设置为1，以确保整个帧中“1”的总数为奇数。