UART-51单片机：通用异步串行通信核心原理

通用异步接收器/发送器UART（Universal Synchronous Receiver/Transmitter，简称UART）是单片机通信中的关键组件，主要用于实现串行数据的双向传输。在单片微型计算机中，数据通常在计算机内部以并行形式处理，为了与外部设备（如串行接口的设备）通信，必须进行数据格式的转换，即从并行到串行或反之。 在发送数据时，CPU产生的并行数据首先通过并行缓冲器，然后被移位寄存器逐位处理，最后由TXD（Transmitter Data）输出，形成串行信号。接收过程则相反，串行数据从RXD输入后，先存储在移位寄存器，接着并行化，通过并行数据缓冲器，最终经数据总线传输到CPU，供进一步处理。 UART的设计允许在时钟信号和其他控制信号的协调下进行数据传输，这在许多应用中，尤其是实时通信和低速率通信中，提供了高效且经济的解决方案。相比于软件实现，硬件UART能显著减少CPU的工作负担，提高系统的性能和资源利用率。 在单片机的发展历程中，UART经历了三个主要阶段： 1. 第一代单片机：起源于1976年，如Intel的MCS-48系列和Motorola的6801系列，这些早期的单片机专注于集成计算机的基本功能，它们拥有专用的结构，强调控制功能，但缺乏串行I/O接口，寻址范围有限。 2. 第二代单片机：1978-1983年间，Intel的MCS-51系列成为代表，这一代单片机引入了完整的外部总线，增加了串行I/O支持，例如UART，以及多级中断处理系统，寻址范围扩大至64K，性能显著提升。 3. 第三代单片机：1983年以后，随着技术的进步，不仅8位单片机得到巩固和完善，16位和32位单片机也开始普及，各个公司纷纷推出了自家的单片机系列，这些单片机具有更强大的功能和更广泛的应用场景，包括工业控制、通信、嵌入式系统等。 UART作为单片机通信的重要模块，其在数据转换和串行通信方面的高效性对于现代电子系统设计至关重要，它的发展反映了单片机技术的不断进步和应用领域的拓宽。