串口速率，我拿什么識別你?
發布時間：2014-9-22 14:39
發布者：看門狗
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作者：jobs UART串口，作為單片機最常用的通訊接口已經深入每一個嵌入式工程師的腦海。UART串口有著簡單、實用的特性，嵌入式工程師常常用來將其作為調試系統的重要工具。UART串口的配置參數有很多，但是最常用，且需要修改的參數只有通訊波特速率這一個�？墒沁@僅有的一個參數又常常給我們帶來許多困擾。那么，我們對于串口波特速率該如何識別呢?筆者在這里介紹三種識別串口速率的方法，供大家參考。 UART(Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter)異步串行接收/發送接口，是嵌入式系統里最為重要的接口之一，它不僅用于板級芯片之間的通訊，而且應用于實現系統之間的通信和系統調度中。UART作為異步串口通信協議的一種，工作原理是將傳輸數據的每個字符一位接一位地傳輸，其字符數據幀格式如下圖所示： 
圖1 UART字符數據幀格式 從上面圖中的幀格式可以看出，UART數據幀由1個開始同步位，1個數據字，1個結束停止位，以及可選的校驗位組成。由于UART為異步通訊，因此，其按位發送時必須嚴格遵守設定的波特率，而接收方也必須在相同的波特率下才能正確解析發送的字符數據。于是，接收方正確識別、配置波特率就相當關鍵了。下面筆者根據實際經驗介紹三種識別串口波特率的方法： 窮舉法 理論上，發送波特率可以設定為任意的值，但是平時我們使用的串口速率只有這么幾種數值，如圖2所示：
圖2 常用串口波特速率 既然知道了常用串口速率，于是我們就可以一個一個試，總會有一個是成功。當然前提是我們知道主機發送的內容是什么，否則如何才能知道串口速率正確匹配呢!這里必須注意，在設定波特率與實際波特率成倍數的情況下，是可以讀出來數據——當然，數據是錯誤的。 示波器法 示波器被秒為電子工程師的“眼睛”，我們可以就用這雙眼睛來“看”出串口發送數據的波特率。這里我們先排除掉高端的帶有數字邏輯分析功能的示波器，因為，這樣的示波器已經遠超筆者的IQ了，不是我們本篇討論的內容。 上一部分，我們講述了波形的幀格式，這里我們就利用波形，發送一個特殊的字符0x55(1010 1010B)。從理論上面分析，這個波形應該會產生一個按位翻轉的波形效果。圖3是筆者使用示波器采集下來的截圖：
圖3 9600bps發送0x55波形圖 看到圖3所示的波形圖，再加上理論分析，我們知道波形是按位翻轉，于是我們使用示波器的指針功能(cursor)來直接查看波特率。如圖3左上角的測量結果顯示，每位翻轉的頻率為9.615KHz，與我們設定的頻率9600kbps基本相符，可以確定此發送頻率為9600bps。 芯片自識別法 UART串口常常用來做為固件升級使用的接口，因此，其波特率要根據上位機的實際情況而定。如果環境較差時，就需要使用低波特率的通訊。這時，自動波特率識別的方法就誕生了。下面我們以TI Stellaris里bootloader里的串口波特率自動識別源程序為例進行分析： int UARTAutoBaud(unsigned long *pulRatio){ long lPulse, lValidPulses, lTemp, lTotal; volatile long lDelay; // 配置systick，將其值設定為最大值; HWREG(NVIC_ST_RELOAD) = 0xffffffff; HWREG(NVIC_ST_CTRL) = NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC | NVIC_ST_CTRL_ENABLE; // 打開引腳的邊沿觸發中斷 HWREG(GPIO_PORTA_BASE + GPIO_O_IBE) = UART_RX; // 使能UART RXD引腳邊沿觸發中斷 HWREG(NVIC_EN0) = 1; // 采集引腳邊沿中斷，兩個字節的邊沿 while(g_ulTickIndex < MIN_EDGE_COUNT) { } // 計算systick采樣下來的值，對溢出進行處理 for(lPulse = 0; lPulse < (MIN_EDGE_COUNT - 1); lPulse++){ lTemp = (((long)g_pulDataBuffer[lPulse] - (long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1]) & 0x00ffffff); g_pulDataBuffer[lPulse] = lTemp; } // 此循環計算兩個連續脈沖之間的寬度 for(lPulse = 0; lPulse < (MIN_EDGE_COUNT - 1); lPulse++){ // 精確計算兩個連續脈沖之間的寬度 lTemp = (long)g_pulDataBuffer[lPulse]; lTemp -= (long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1]; if(lTemp < 0) { lTemp *= -1; } // 驗證兩個邊沿的脈寬是否正確，其算法如下： // abs(Pulse[n] - Pulse[n + 1]) < Pulse[n + 1] / PULSE_DETECTION_MULT // 或者 // PULSE_DETECTION_MULT * abs(Pulse[n] - Pulse[n + 1]) < Pulse[n + 1] if((lTemp * PULSE_DETECTION_MULT) < (long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1]) { lTotal += (long)g_pulDataBuffer[lPulse]; lValidPulses++; } else{ lValidPulses = 0; lTotal = 0; } // 7個有效脈沖，就可以計算UART串口速率 if(lValidPulses == 7) { // 將最后一個脈沖加入計數器，并計算波特率 lTotal += (long)g_pulDataBuffer[lPulse]; *pulRatio = lTotal >> 1; // 返回成功標識 return(0); } } // 檢測失敗 return(-1); } UART串口有著這樣或者那樣的優點，但新興的USB接口的USB DFU功能可以更加有效替代串口來完成固件升級;性能優越的CAN總線，其硬件價格不斷下降，而且CAN總線的MAC接口更多集成在最新MCU芯片上;CAN2.0B接口正在擠壓著UART接口器件的市場;對于我們普通民眾，現在新型號電腦已經沒有DB9串口座。在殘酷的現實下，多年后也許只有我們電子工程師才會記得曾經的簡單、實用的UART串口。 |
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