[牛人杂谈] 单片机IO模拟UART的原理

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 楼主| heisexingqisi 发表于 2024-1-24 23:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
单片机(Microcontroller)的IO口模拟UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)通常是通过软件来实现的,这种方式被称为软件UART。软件UART的原理是通过单片机的普通IO口模拟UART的发送和接收功能,而不是使用硬件UART模块。
以下是软件UART的基本原理:

引脚配置: 选择两个普通的IO口,一个用于模拟TX(发送),一个用于模拟RX(接收)。

发送数据: 在模拟TX口上,通过软件控制IO口的电平变化来模拟串行数据的发送。UART通信的开始位通常是逻辑低电平,接下来是8位数据,最后是一个或多个停止位(逻辑高电平)。

发送开始位:将TX口拉低一段时间表示开始位。
发送数据位:根据要发送的数据,设置TX口的电平。
发送停止位:将TX口拉高一段时间表示停止位。
接收数据: 在模拟RX口上,通过软件来检测串行数据的变化,以解析接收到的数据。

监听开始位:等待RX口由高电平变为低电平,表示开始位的开始。
采样数据位:在开始位的中间,定时采样RX口的电平,得到8位数据。
监听停止位:等待RX口由低电平变为高电平,表示停止位的开始。

波特率控制: 为了确保通信的准确性,需要根据波特率来设置发送和接收的时间间隔。波特率是指每秒传输的比特数,通过控制发送和接收位之间的时间来实现。

软件UART实现的主要优点是不需要额外的硬件UART模块,可以在不支持硬件UART的低成本单片机上实现串行通信。但是,由于软件实现的复杂性,可能会受到处理器性能的限制,因此在高速通信或需要实时响应的应用中,硬件UART可能更为适合。

冬天下雪 发表于 2024-1-25 11:33 | 显示全部楼层
模拟的话,我认为9600以上的时候,就不稳定了。
勇敢的大白菜 发表于 2024-1-25 11:39 | 显示全部楼层
我之前上过115200
yiyigirl2014 发表于 2024-1-28 18:08 | 显示全部楼层
IO模拟通常选择两个波特率:9600优先,快一点就是115200
埃娃 发表于 2024-1-29 10:23 来自手机 | 显示全部楼层
9600波特率就很稳定啊
海边浪漫幻象 发表于 2025-9-8 15:34 | 显示全部楼层
单片机 IO 模拟 UART 原理:用两个 GPIO 分别模拟 TX、RX 引脚,通过软件定时控制电平跳变时间(对应波特率)。发送时,按起始位、数据位、校验位、停止位顺序,逐位翻转 TX 电平;接收时,监测 RX 引脚电平变化,在约定时间点采样数据位,重组为字节,实现异步串行通信。
少女诗篇 发表于 2025-9-23 18:47 | 显示全部楼层
单片机 IO 模拟 UART 通过软件控制通用 IO 口模拟串口通信时序。发送时,按设定波特率控制 IO 口高低电平,依次输出起始位、数据位、校验位和停止位;接收时,监测 IO 口电平变化,根据时序采样数据,完成异步串行通信,无需硬件 UART 外设,灵活性高但占用 CPU 资源。
桃乐丝 发表于 2025-10-2 19:45 | 显示全部楼层
单片机 IO 模拟 UART 原理是:用两个 GPIO 分别模拟 TX(发送)和 RX(接收)引脚,通过软件定时控制电平变化实现异步通信。发送时,按波特率计算位间隔,依次输出起始位、数据位、校验位、停止位;接收时,检测起始位后,按定时采样数据位,重组数据,完成 UART 协议的软件模拟。
lzbf 发表于 2025-10-3 08:39 | 显示全部楼层
实现依赖于定时器和中断              
pl202 发表于 2025-10-4 16:41 | 显示全部楼层
通过少量 GPIO 模拟多个 UART 通道。
youtome 发表于 2025-10-4 18:06 | 显示全部楼层
简单的传感器数据传输、调试信息输出等。
uiint 发表于 2025-10-4 20:16 | 显示全部楼层
需关注 定时精度、中断管理、波特率误差
claretttt 发表于 2025-10-4 20:56 | 显示全部楼层
无需额外硬件,仅用普通 GPIO 即可实现。
timfordlare 发表于 2025-10-4 21:39 | 显示全部楼层
通过精确控制 IO 口的高低电平变化时间
hudi008 发表于 2025-10-4 22:27 | 显示全部楼层
软件 UART 依赖定时器中断,若中断延迟或系统负载高,可能导致采样错位。
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