一文讲透串口（UART）通信，超级详细！！！

大家好，欢迎来到立芯嵌入式。

不知道有没有朋友还记得以前台式机上那些厚重的串口打印机、鼠标和调制解调器吗？插头比手指还大，还得用螺丝拧上——没错，那时候大多是靠 串口UART 在背后默默传输数据。虽然现在 USB 几乎统治了所有外设接口，但串口并没有被淘汰，反而在嵌入式开发场景中活得越来越滋润了。

你在 Arduino、STM32、树莓派 上调试 GPS 模块、蓝牙模块、串口屏、RFID 读卡器……十有八九都绕不开 UART。这货真就是嵌入式通信的万金油。

今天我们就来聊聊：UART 到底是什么，它怎么工作，有哪些坑，又适合干什么？

串口是什么？

串口（UART），全称 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，中文叫“通用异步收发器”，当然，我们更习惯称之为串口。注意，它不是像 SPI 或 I2C 那样的通信协议，而是一块真实存在的电路，可能集成在 MCU 里，也可能是个独立芯片。

它的本职工作很简单：

• 把 MCU 内部的并行数据转成串行形式发出去；
• 或者把接收到的串行数据还原成并行数据送进系统。

最棒的一点：只用两根线——TX（发送）和 RX（接收） 就能搞定通信，比 SPI 和 I2C 少了好几根线，布线也省心。

串口是怎么传数据的？

UART 通信说白了就是两端 UART 对着干：一个发，一个收。

比如你的开发板要发送数据到一个蓝牙模块：

• 内部数据是并行的，UART 发射端会加上一些特殊标志（起始位、校验位、停止位），然后一个个按位发出去；
• 接收端 UART 再把这些位收集起来，去掉包边，还原成原始数据送出去。

没有时钟同步信号，靠的是两边提前约定好的 波特率 来保持节奏一致。波特率就是每秒传多少个 bit，比如 9600bps、115200bps 都是常见值。

一般 UART 协议中，一个数据包长这样：

• 1 位起始位（Start Bit）
• 5~9 位数据（Data Bit）
• 可选的 1 位奇偶校验位（Parity Bit）
• 1~2 位停止位（Stop Bit）

1. 起始位

在空闲状态下，TX 引脚是高电平（逻辑 1），当有数据要发时，先拉低一位（逻辑 0），告诉接收端“准备好了”，这就是起始位。

2. 数据位

真正的数据部分，一般是 8 位，也有的 UART 支持 5~9 位可选，最常见的是 8 位无校验。

3. 校验位（可选）

为了检测传输过程中的错误，UART 可以加个奇偶校验位（Parity Bit）。
比如“偶校验”就要求总共有偶数个 1，这样接收方可以根据收到的位数判断有没有出错。
注意：这不是真正的纠错，只能报错，不能“纠错”，跟 CRC、FEC 那种比还是简单得多。

4. 停止位

表示数据包结束。通常是 1 位或 2 位逻辑高电平，给接收方缓口气，也防止包和包之间连在一起。

UART 的完整收发流程

来个串口数据传输的五步走流程：

1. MCU 把要发的数据送到 UART（并行形式）
2. UART 把数据封装成帧，加上起始位、奇偶校验位、停止位
3. UART 把这个包按位发出去（通过 TX 引脚）
4. 接收端 UART 从 RX 引脚接收数据
5. 还原数据，去掉起始位、校验位、停止位，送回系统

串口调试那些事

说到串口通信，不得不提的就是调试。在实际项目里，UART 不光用来数据通信，更是我们跟MCU对话的重要窗口。

常见调试方式

1. USB 转串口模块
   比如 CH340、CP2102、FT232 等，这些模块基本是 UART 的标配调试工具。

• 优点：价格便宜，接线简单，配合串口助手能看见 MCU 发出的每一条 log。

• 稍微专业一点的可以用 逻辑分析仪（Logic Analyzer） 抓波形，检查起始位、停止位是否正确。

• 注意：串口是 IO 资源，会影响中断响应时间，不要在中断里用 printf。
• 建议：必要时可用环形缓冲区做异步打印，减少阻塞。

串口能实现多设备通信么？

虽然 UART 是点对点通信，但如果需要一个主机控制多个从设备，也不是完全不行。以下是几种解决方案：

• STM32 多个 UART 外设：如 USART1、USART2 等，可以分别对应多个设备。
• DMA + 多路复用：某些芯片支持 DMA 配合多路复用，高效处理多设备通信。
• 软串口（Software UART）：用定时器和 GPIO 模拟串口（bitbang），适合波特率低的场合。

提醒：
一旦上了多个 UART，记得规划好波特率和中断优先级，避免数据丢包。

一些小技巧 & 踩过的坑

1. 波特率不一致的问题

有次调试 GPS 模块，发现数据一直乱码，最后发现模块默认是 9600bps，我用了 115200。
注意：串口通信讲究两边对暗号，波特率必须一致！

2. 串口打印卡顿

STM32 使用 printf 默认是阻塞式的，长时间串口输出可能卡住主程序。
解决：用非阻塞输出或 DMA 优化。

3. 串口调试乱码

注意编码问题，特别是在 Windows 下用中文串口助手。
注意：建议统一用 UTF-8 编码。

写在最后

串口基本上是最简单、稳定省心的通信方式了。从最早的电脑通讯接口，到今天嵌入式设备中的核心通信方式，串口 依旧是我们开发工具箱中不可或缺的一部分。