STC單片機(jī)波特率自適應(yīng)方法

　　0 引言

　　串口RS 232是工業(yè)控制、儀器儀表、計算機(jī)外設(shè)常用的一種通信協(xié)議。串口通信的波特率一般都是選取標(biāo)準(zhǔn)系列值，并要求通信雙方嚴(yán)格遵循相同的波特率，實際應(yīng)用中，一臺設(shè)備往往要與多種其他設(shè)備聯(lián)絡(luò)，為適應(yīng)各種不同設(shè)備的通信速度，就要求該設(shè)備能適應(yīng)不同的波特率，實現(xiàn)這種要求的常見方法有兩種，一是增加波特率選擇開關(guān)，二是設(shè)計能自動適應(yīng)各種常見通信速度的串口。第一種方法增加了硬件，同時針對不同對象需要重新設(shè)置開關(guān)，在不清楚對方波特率的情況下還無法使用。第二種方法采用軟硬件結(jié)合，通過檢測、計算，自動選擇正確的波特率，實際使用極其方便。

　　自適應(yīng)波特率串口的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：

　?。?）協(xié)議約定通信開始時主機(jī)固定發(fā)送1 個字符，從機(jī)以不同的波特率試探接收，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)與約定相同時，確定該波特率即是正確的通信波特率。

　?。?）協(xié)議約定通信開始時主機(jī)發(fā)送1 串字符，從機(jī)以某固定波特率接收，然后通過軟件分析接收到的數(shù)據(jù)，計算出接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)之間的倍數(shù)關(guān)系，從而確定正確的波特率。

　?。?）協(xié)議約定通信開始時主機(jī)固定發(fā)送1 個字符，從機(jī)用單片機(jī)定時器檢測RXD 上的信號寬度，通過計算來確定主機(jī)的波特率。

　　以上3 種方法，第一種由于需要多次試探，效率很低；第二種計算量過大，不適合單片機(jī)處理；第三種方式單片機(jī)有現(xiàn)成的定時器資源，計算也相對簡單，所以優(yōu)選這種。

　　要測量脈沖寬度，前提是單片機(jī)的時鐘信號必須穩(wěn)定。目前很多STC單片機(jī)可選外接晶振時鐘或片內(nèi)RC振蕩時鐘，片內(nèi)RC振蕩時鐘省去了外部的晶振等元件，成本降低、電路板的體積也可以縮小，這對成本及體積敏感的應(yīng)用很具優(yōu)勢。但選用片內(nèi)RC振蕩時，頻率會有±15%左右的誤差，頻率的穩(wěn)定性也比外接晶振要差，按理論計算值設(shè)置波特率參數(shù)，無法保證可靠的通信，但按以上自適應(yīng)波特率串口的第三種方法，每次通信前實測、計算、確定波特率常數(shù)，就可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的通信，這樣充分利用了STC單片機(jī)的優(yōu)勢。

　　1 STC 單片機(jī)的特點

　　標(biāo)準(zhǔn)51 芯片由于定時器最高分辨率只有1 μs,對于較高的通信波特率來說，測量精度不夠，導(dǎo)致計算值不準(zhǔn)，無法正常工作。STC系列單片機(jī)是在標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它增加了很多實用的接口電路，擴(kuò)大了時鐘的頻率范圍，設(shè)計出了1T 時鐘的芯片，可以通過軟件對系統(tǒng)時鐘分頻，并提供了片內(nèi)RC振蕩時鐘，在目前51芯片的市場占有極大的份額。STC系列單片機(jī)采用片內(nèi)RC振蕩時鐘、自適應(yīng)波特率串口通信技術(shù)，可以廣泛地應(yīng)用于分布式控制、智能儀表、通信等行業(yè)。

　　2 自適應(yīng)工作原理

　　STC 單片機(jī)采用異步通信，UART 工作于模式1（8位UART,波特率可變），用定時計數(shù)器2做波特率發(fā)生器，工作于模式2（8位自動重裝模式），主從機(jī)按圖1方式連接，從機(jī)自適應(yīng)主機(jī)的波特率。

　　自適應(yīng)過程由主機(jī)發(fā)送聯(lián)絡(luò)字符開始。為了使從機(jī)獲得最大的測量脈寬，提高測量精度，由主機(jī)發(fā)送二進(jìn)制“0”.如圖2所示，二進(jìn)制“0”由1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在先）及1位停止位構(gòu)成，其中1位起始位和8位數(shù)據(jù)位全為0,所以低電平的寬度為9 b.

　　從機(jī)查詢RXD引腳的電平，檢測到低電平后就啟動定時器0開始計時，再檢測到高電平就停止定時器0計時，根據(jù)定時器0的定時值就可以計算出主機(jī)的波特率。

　　當(dāng)時鐘分頻寄存器CLK_DIV=0（不分頻），特殊功能寄存器AUXR=0xC0（T0 用1T 時鐘），則：

　　而STC51 系列單片機(jī)在UART 模式1,時鐘模式為1T 時，其波特率公式為：

　　從機(jī)UART在模式1下，將式（4）或式（6）計算結(jié)果作為定時器1重裝值，設(shè)定通信參數(shù)，通過串口回送應(yīng)答信號給主機(jī)。主機(jī)如正確接收到從機(jī)回送的信號，就說明從機(jī)已完成波特率自適應(yīng)，可以開始正常通信了。