Vamos recuar um pouco e falar sobre o protocolo de sinalização de baixo nível usado pelos UARTs. TX e RX são linhas de dados, não relógios. Os relógios estão apenas dentro de cada UART, e é por isso que é preciso haver um acordo inicial sobre qual é a taxa de transmissão.
Quando não está transmitindo a linha, é deixado no estado ocioso. Para transmitir um byte (por exemplo, outras larguras de dados são possíveis), o transmissor envia primeiro o bit de início . O receptor usa o tempo da borda principal do bit inicial e a taxa de transmissão conhecida para decodificar o restante do caractere. Digamos por simplicidade que 100 kBaud está sendo usado. Isso significa que cada tempo de bit tem 10 µs de comprimento. Isso inclui o bit inicial, os bits de dados e os bits de parada. Portanto, o meio do primeiro bit de dados estará a 15 µs após a borda anterior do bit inicial, o segundo a 25 µs, etc.
Desde que os relógios do receptor e do transmissor sejam os mesmos, isso pode durar para sempre. No entanto, eles nunca serão exatamente os mesmos, por isso não pode continuar para sempre. Para permitir a ressincronização do relógio do receptor com o relógio do transmissor, o caractere de dados termina, a linha fica ociosa por um tempo e, em seguida, o processo é repetido. Os erros de tempo se acumulam iniciando na borda principal do bit inicial, portanto, o desvio máximo é no último bit. Quando esse caractere termina, o receptor redefine a espera do próximo bit de início e o processo se repete.
Com 8 bits de dados, o pior caso de tempo é amostrar o último bit. Ou seja, 8,5 bits da referência de temporização, que é a borda principal do bit inicial. Se o receptor estiver desligado em 1/2 bit ou mais, ele fará uma amostragem do último bit durante um bit diferente. Claramente isso é ruim. Isso acontece com uma incompatibilidade de freqüência de clock de 1/2 bit em 8 1/2 bits, ou 5,9%. Essa é a garantia de falha na incompatibilidade. Para maior confiabilidade, você geralmente deseja garantir que o receptor corresponda ao transmissor dentro da metade disso, ou 2,9%. Isso representa um erro de tempo de 1/4 de bit no último bit.
No entanto, não é tão simples assim. No cenário descrito acima, o receptor basicamente inicia um cronômetro na borda principal do bit de início. Em teoria, isso poderia ser feito em eletrônica analógica, mas seria complicado e caro, e não facilmente integrável aos chips digitais. Em vez disso, a maioria das implementações digitais de UART possui um relógio interno que roda em 16x a taxa de bits esperada. O "cronômetro" conta esses ciclos de 16x. Isso significa que há um erro adicional possível de 1/16 bits adicionado a todos os tempos de amostragem de bits, que é como outra incompatibilidade de clock de 0,7% no último bit.
Espero que isso deixe claro qual é o bit de parada, como o tempo de bits funciona e o que é o relógio de 16x. Eu pulei principalmente os bits de parada, mas talvez você possa ver agora porque é necessário pelo menos um bit de parada. Basicamente, os bits de parada são o tempo mínimo ocioso da linha aplicada entre os caracteres. Este é o tempo durante o qual o receptor termina de receber um caractere e está pronto para a próxima ponta inicial de um bit de início. Se não houvesse um bit de parada, o último bit de dados poderia ter a mesma polaridade que o bit de início e o receptor não teria margem para iniciar o cronômetro.
Há muito tempo, esse protocolo era decodificado por cames, alavancas e rodas giratórias. Dois bits de parada eram frequentemente usados para permitir que o mecanismo fosse redefinido. Atualmente, tudo é feito em lógica digital e 1 bit de parada é usado praticamente universalmente. Você costuma ver o protocolo de baixo nível escrito como 8-N-1, ou seja, 8 bits de dados, sem bits de paridade (esqueça estes, eles raramente são usados hoje) e 1 bit de parada. O bit inicial está implícito, pois não há opção lá.
Usando 8-N-1, um byte de dados de 8 bits leva 10 vezes para enviar. Essa é uma das razões pelas quais há uma distinção entre "taxa de bits" e "taxa de transmissão". A taxa de transmissão refere-se aos tempos de sinalização de bits individuais, incluindo os bits de início e parada. A 100 kBaud, cada bit transmitido leva 10 µs, incluindo os bits de início e parada. O caractere inteiro leva, portanto, 100 µs, mas apenas 8 bits de dados reais são transferidos. A taxa de transmissão é de 100 k, mas a taxa de bits de transferência de dados do ponto de vista de níveis mais altos é de apenas 80 kBits / s.
