UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种异步串行通信协议，核心作用是实现设备间的低成本、近距离数据传输，广泛用于嵌入式系统、工业控制等场景。

它的核心特点是 “异步”—— 无需时钟信号同步，仅通过两根数据线（TX 发送、RX 接收）即可完成双向通信，硬件结构和协议逻辑都相对简单。

一、UART 核心工作原理

数据帧结构（协议核心）UART 数据以 “帧” 为单位传输，每帧包含固定格式的信号，确保接收方准确解析，标准帧结构如下（从左到右）：

起始位：1 位低电平，标志数据帧开始（打破空闲时的高电平状态，触发接收方准备）。

数据位：5-9 位（最常用 8 位），实际传输的二进制数据（如 ASCII 码，8 位可覆盖 0-255 所有字符）。

校验位（可选）：1 位，用于校验数据是否传输错误，支持两种模式：

奇校验：数据位 + 校验位中 “1” 的总数为奇数；

偶校验：数据位 + 校验位中 “1” 的总数为偶数；

无校验：省略校验位（适合传输可靠性要求不高的场景，如普通指令）。

停止位：1-2 位高电平，标志数据帧结束（接收方通过高电平判断一帧数据完成）。

波特率（通信速率）收发双方必须约定相同的 “波特率”（单位：bps，比特 / 秒），即每秒传输的二进制位数（含起始位、校验位、停止位），常见波特率有：9600、19200、38400、115200 bps（115200 为嵌入式开发常用速率）。

二、UART 硬件连接方式

UART 是 “点对点” 通信（不支持多设备共享总线），核心需 3 根线（全双工，即收发可同时进行）：

三、UART 典型应用场景

嵌入式开发：单片机（如 STM32、51 单片机）与电脑之间的 “串口调试”（通过 USB 转 UART 模块，输出日志、发送指令）。

工业控制：传感器（如温湿度传感器、GPS 模块）向控制器（如 PLC）传输数据（速率要求低，对可靠性要求中等）。

外设通信D：打印机、调制解调器（Modem）、蓝牙模块（经典蓝牙的串口透传模式）与主机的低速数据交互。

消费电子：智能家居设备（如扫地机器人、智能插座）的本地调试或简单指令传输。

四：嵌入式虚拟仿真平台中的uart控制器

仿真系统中，UART控制器原理结构图如下：

基础串口数据收发:

1. 使能时钟

2. 配置串口通信协议

在协议配置中设置波特率为“115200”、数据位“8位”、奇偶校验“None”、停止位“1位”，并且不启用硬流控。

3. 串口控制

  在串口控制中需要依次将“使能UART时钟”、“USART使能（UE）”、“使能发送器（TE）”、“使能接收器（RE）”勾选上，串口模式选择“Asynchronous”。

4. 点击左边寄存器映射下的“运行”按钮，开始仿真

在虚拟仿真系统中，模拟了一个虚拟透传串口，数据流向的基本过程为，UART控制器给虚拟透传串口发送数据，然后透传串口将接收到的数据，再发送给UART控制器，所以UART会接收到同样的数据。点击“写入”，将内存中的数据写入到发送数据寄存器(TDR)中，当数据从内存写入到发送数据寄存器(TDR)之后，TDR中的数据会自动并行传输到发送位移寄存器中，然后数据会通过发送位移寄存器，按照LSB的方式将数据一位一位的从Tx引脚移出

如仿真系统中的动画所示：发送位移寄存器，按照LSB的方式将数据一位一位的从Tx引脚发出。

可以发现，当内存数据被写入到发送数据寄存器(TDR)后，USART_SR寄存器中的TXE位被控制器清0，串口状态栏下的TXE位变成N，说明发送数据寄存器不为空，有待发送的数据

实际应用中，TXE位即可作为数据写到TDR寄存器时机标志位，当TXE被控制器置1时，则表明可以往TDR寄存器中写入下一次需要发送的数据。