UART: 通用异步收发传输器

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用的串行异步收发传输器，通常被称为串口。

串口是工程师在实际应用中经常使用的一种串行外设，但在使用过程中常常会遇到各种问题，例如数据丢失等。

在本文中，我们将结合STM32来探讨UART相关内容，以及可能导致数据丢失的问题。

UART几个标志位

这里重点说一下UART状态寄存器中的几个标志位：TXE、 TC、 RXNE、 ORE。

这几个标志位在编程中经常使用，数据丢失有可能就是对它们操作不当而导致出错。

TXE：****发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)

• 0：数据未传输到移位寄存器
• 1：数据传输到移位寄存器

TC：****发送完成 (Transmission complete)

• 0：传送未完成
• 1：传送已完成

RXNE：****读取数据寄存器不为空 (Read data register not empty)

• 0：未接收到数据
• 1：已准备好读取接收到的数据

ORE：****上溢错误 (Overrun error)

• 0：无上溢错误
• 1：检测到上溢错误

UART通信接口

UART常见通信接口有：TTL、 RS232、 RS485。在编程时需要考虑通信接口方式，在长距离通信的时候，需要考虑线路上的延时，如果操作不当也会导致数据丢失。

1.TTL

TTL比较简单，就是直接连接UART的Tx和Rx引脚，不需要外部转换。如图：

注意：Tx和Rx引脚需要交叉连接。

2.RS232

RS-232标准接口是常用的串行通信接口标准之一,规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离。

3.RS485

RS485一般采用两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上可以挂接多个节点。

在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线；反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120Ω）的RS485专用电缆；而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆。

UART接收丢失数据

UART接收丢失数据与软件和硬件都有可能有关系，下面说几个常见丢失数据的原因及解决办法。

1.接收溢出丢失数据

指未及时取走数据导致溢出错误而丢失数据，通常是发生在大量数据、以查询方式接收数据的情况下。在MCU启动过程中、接收数据过多处理不及时、复杂系统响应不及时等情况都会出现数据丢失的情况。

解决办法：

• 及时清除溢出错误标志
• 利用通信协议过滤因数据丢失导致的问题

2.接收中断丢失数据

使用UART中断接收数据相比查询接收数据的方式更常见，中断方式比查询方式响应更及时，但不合理处理同样也会存在数据丢失的情况。

在数据量大时，UART接收中断函数耗时、优先级低等情况下容易丢失数据。

**解决办法：

**

• 中断函数里减少不必要的耗时
• 合理分配中断优先级
• 使能中断前清除标志位

3.时钟误差导致丢失数据

在通信波特率较高的情况下，如果时钟误差加大，很可能导致数据丢失。

解决办法：

• 使用更高精度晶振
• 降低通信波特率

UART发送丢失数据

UART发送丢失数据很多工程师都遇到过，通常情况下是传输未完成的原因。

HAL库已经有几年了，但还是有很多工程师都使用标准外设库，这时如果自己封装接口不当，就会存在发送最后一字节数据丢失的问题。

1.UART传输未完成导致数据丢失

如下代码，只考虑非空，但实际传输并未完成。

void UART_SendByte(uint8_t Data)
{
  while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE));
  USART_SendData(USART1, Data);
}

但发送非空不代表发送完成，虽然在某些场合更高效，但某些场合就会导致数据丢失。

比如：使用此函数发送之后进入休眠、关闭接收端设备电源等情况下。

解决办法：

等待发送完成：

void UART_SendByte(uint8_t Data)
{
  while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE));
  USART_SendData(USART1, Data);
  while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC));
}

如果使用标准外设库，要根据实际情况封装函数，比如发送超时。

或者使用HAL封装的接口，代码包含判断传输完成：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

2.线路延时导致数据丢失

UART通常会使用232或者485以增加传输距离和增强干扰。但是一旦数据线路太长就存在传输延时的情况，特别是485传输长距离，并使用MCU控制传输方向的情况下。

解决办法：

• 软件增加延时处理
• 使用通信协议增加应答机制

3.其他原因

UART应用的场景比较多，有些应用在复杂的工厂，干扰较大从而导致数据丢失；有些应用在温差较大的环境，时钟偏移较大导致数据丢失。

解决办法需要根据实际情况，有针对性解决问题。比如：使用更好的通信线，软件做好容错处理等。

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