STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實(shí)現(xiàn)方法
STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：
。1）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)主機(jī)固定發(fā)送1 個(gè)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(shí)，確定該波特率即是正確的通信波特率。
。2）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)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(guò)軟件分析接收到的數(shù)據(jù)，計(jì)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。
。3）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)主機(jī)固定發(fā)送1 個(gè)字符，從機(jī)用單片機(jī)定時(shí)器檢測(cè)RXD 上的信號(hào)寬度，通過(guò)計(jì)算來(lái)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(jì)算量過(guò)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(shí)器資源，計(jì)算也相對(duì)簡(jiǎn)單，所以優(yōu)選這種。
要測(cè)量脈沖寬度，前提是單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)必須穩(wěn)定。目前很多STC單片機(jī)可選外接晶振時(shí)鐘或片內(nèi)RC振蕩時(shí)鐘，片內(nèi)RC振蕩時(shí)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(duì)成本及體積敏感的應(yīng)用很具優(yōu)勢(shì)。但選用片內(nèi)RC振蕩時(shí)，頻率會(huì)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(jì)算值設(shè)置波特率參數(shù)，無(wú)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(shí)測(cè)、計(jì)算、確定波特率常數(shù)，就可以實(shí)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(shì)。
1 STC 單片機(jī)的特點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)51 芯片由于定時(shí)器最高分辨率只有1 μs,對(duì)于較高的通信波特率來(lái)說(shuō)，測(cè)量精度不夠，導(dǎo)致計(jì)算值不準(zhǔn)，無(wú)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(lái)的，它增加了很多實(shí)用的接口電路，擴(kuò)大了時(shí)鐘的頻率范圍，設(shè)計(jì)出了1T 時(shí)鐘的芯片，可以通過(guò)軟件對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，并提供了片內(nèi)RC振蕩時(shí)鐘，在目前51芯片的市場(chǎng)占有極大的份額。STC系列單片機(jī)采用片內(nèi)RC振蕩時(shí)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(shí)計(jì)數(shù)器2做波特率發(fā)生器，工作于模式2（8位自動(dòng)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(guò)程由主機(jī)發(fā)送聯(lián)絡(luò)字符開(kāi)始。為了使從機(jī)獲得最大的測(cè)量脈寬，提高測(cè)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(cè)到低電平后就啟動(dòng)定時(shí)器0開(kāi)始計(jì)時(shí)，再檢測(cè)到高電平就停止定時(shí)器0計(jì)時(shí)，根據(jù)定時(shí)器0的定時(shí)值就可以計(jì)算出主機(jī)的波特率。
當(dāng)時(shí)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(shí)鐘），則：
而STC51 系列單片機(jī)在UART 模式1,時(shí)鐘模式為1T 時(shí)，其波特率公式為：
從機(jī)UART在模式1下，將式（4）或式（6）計(jì)算結(jié)果作為定時(shí)器1重裝值，設(shè)定通信參數(shù)，通過(guò)串口回送應(yīng)答信號(hào)給主機(jī)。主機(jī)如正確接收到從機(jī)回送的信號(hào)，就說(shuō)明從機(jī)已完成波特率自適應(yīng)，可以開(kāi)始正常通信了。
3 誤差分析
為保證可靠通信，要求通信雙方的波特率相對(duì)誤差小于2.5%.
在自適應(yīng)波特率校準(zhǔn)系統(tǒng)中，誤差主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是定時(shí)器T0 啟動(dòng)和停止滯后造成的誤差ΔT0;二是波特率發(fā)生器T1 本身固有的一個(gè)機(jī)器周期誤差ΔT1 = ±1.由于STC51單片機(jī)采用1T 時(shí)鐘定時(shí)，ΔT0 誤差只有標(biāo)準(zhǔn)51系列芯片的1 12,系統(tǒng)誤差主要由ΔT1 決定。
以STC12C5620為例，當(dāng)采用片內(nèi)RC振蕩，時(shí)鐘頻率通常在5.2~6.9 MHz 之間。當(dāng)時(shí)鐘頻率為5.2 MHz,SMOD=1時(shí)，UART時(shí)鐘分別按12T,1T 計(jì)算，見(jiàn)表1,表2.
表1、表2中加粗部分表示可以選用的波特率值，由表1、表2可知，只要編程時(shí)選擇合適的時(shí)鐘，在5.2 MHz時(shí)鐘頻率下，波特率可以在300~115 200 b/s 之間實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，由T1 取整帶來(lái)的誤差在0.5%以內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為6.9 MHz時(shí)，用同樣的方法計(jì)算，也可以證明波特率可以在300~115 200 b/s 之間實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，由T1 取整帶來(lái)的誤差也在0.5%以內(nèi)。由此可見(jiàn)，STC12C5620采用片內(nèi)RC振蕩，可以在300~115 200 b/s之間完成波特率自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的通信。
4 軟件流程與程序
主機(jī)軟件流程圖如圖3所示，從機(jī)軟件流程圖如圖4所示。
以下為C51波特率自適應(yīng)程序：
5 應(yīng)用實(shí)例
采用STC12C5620 設(shè)計(jì)的重力檢測(cè)開(kāi)關(guān)，如圖5 所示。為降低成本、縮小體積，采用了片內(nèi)RC振蕩，不設(shè)按鍵及顯示。重力檢測(cè)開(kāi)關(guān)首次工作前需設(shè)定一些參數(shù)，并校準(zhǔn)。由于沒(méi)有鍵盤(pán)及顯示，采用和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)設(shè)置、校準(zhǔn)。本電路采用了上述的自適應(yīng)波特率工作方式，由PC機(jī)作主機(jī)，通過(guò)串口來(lái)初始化重力檢測(cè)開(kāi)關(guān)的各參數(shù)。
設(shè)置時(shí)，將重力檢測(cè)開(kāi)關(guān)與計(jì)算機(jī)之間用RS 232線連接好，然后點(diǎn)擊PC機(jī)軟件界面上的“連接串口”按鈕進(jìn)行波特率自適應(yīng)，當(dāng)界面上狀態(tài)欄提示“連接串口成功！”時(shí)，表示波特率自適應(yīng)工作正確完成， 如圖6所示，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)操作。設(shè)置、校準(zhǔn)后，重力檢測(cè)開(kāi)關(guān)就可脫機(jī)正常工作了。
經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，該電路在300~115 200 b/s 波特率范圍內(nèi)可穩(wěn)定通信工作。
6 結(jié)語(yǔ)
該波特率自適應(yīng)方法，可擴(kuò)展應(yīng)用于其他單片機(jī)系統(tǒng)，解決對(duì)方的波特率未知、或?qū)Ψ降牟ㄌ芈视衅疃鵁o(wú)法正常通信的問(wèn)題，即使對(duì)方的波特率不是標(biāo)準(zhǔn)值也可正常工作，具有較大的實(shí)用價(jià)值。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-08
