詳解波特率發(fā)生器編程/計算/波特率選擇

　　波特率發(fā)生器是什么

　　在信息傳輸通道中，攜帶數據信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過(guò)信道傳輸的碼元數稱(chēng)為碼元傳輸速率，簡(jiǎn)稱(chēng)波特率。它用單位時(shí)間內載波調制狀態(tài)改變次數來(lái)表示。而波特率發(fā)生器的作用是從輸入時(shí)鐘轉換出需要的波特率clk。常用于單片機方面。每秒鐘通過(guò)信道傳輸的信息量稱(chēng)為位傳輸速率，簡(jiǎn)稱(chēng)比特率。比特率表示有效數據的傳輸速率。波特率與比特率的關(guān)系是比特率=波特率X單個(gè)調制狀態(tài)對應的二進(jìn)制位數。波特率是傳輸通道頻寬的指標。

　　波特率發(fā)生器的波特率編程

　　一個(gè)完整的由verilog實(shí)現的波特率發(fā)生器：

　　module baud_gen（

　　clk_50MHz， rst_p， bclk

　?。?

　　input clk_50MHz; /*輸入的系統時(shí)鐘，50MHz*/

　　input rst_p; /*復位脈沖，高電平有效*/

　　/* 倍頻值16乘以9600波特率，即9600*16=153600，得到波特率發(fā)生器的實(shí)際輸出信號頻率為153.6kbit/s */

　　output bclk; // 輸出信號：UART（串口）波特率發(fā)生器輸出的時(shí)鐘脈沖，頻率：153.60kbps

　　//即每秒1536000個(gè)脈沖，*波特率發(fā)生器輸出脈沖bclk，注意：除了主頻分頻之外，

　　//還決定了這個(gè)信號的占空比，在本例中輸出信號占空比為 1:325

　　reg bclk; //寄存器數據類(lèi)型bclk

　　reg ［8:0］ cnt; //寄存器數據類(lèi)型cnt，9位，UART用它來(lái)記錄接收到的主頻脈沖個(gè)數，

　　//注意在修改輸出波特率值時(shí)，若占空比小于1：511，需要增加該變量所占位數

　　//以下語(yǔ)句利用同步計數器完成時(shí)鐘分頻，

　　always @（posedge clk_50MHz） begin /* 每當信號clk_50MHz發(fā)生電平變化執行以下語(yǔ)句 */

　　if（rst_p） begin /* 如果復位脈沖信號為高電平執行以下語(yǔ)句 */

　　cnt 《= 0; //對主頻信號計數器cnt做非阻塞方式復位賦值，賦值為邏輯0 。此后每當時(shí)鐘信號到來(lái)就變。

　　bclk 《= 0; /* 寄存器變量bclk賦值為邏輯0，使該脈沖信號復位為低電平，以低電平作為開(kāi)始*/

　　end

　　else begin

　　/* 50MHz除以153600（UART實(shí)際頻率）等于325.5 即50_000_000 /153600 = 325.5（波特率除數） */

　　if（cnt 》 324） begin /*如果cnt的數值大于324，即cnt計數脈沖數等于325（0-324個(gè)脈沖）*/

　　cnt 《= 0; /* 50MHz主頻信號計數器cnt值，被非阻塞方式復位*/

　　bclk 《= 1; /*串口波特率時(shí)鐘脈沖信號bclk賦值為邏輯1，使該脈沖信號跳變到高電平周期*/

　　end

　　else begin

　　cnt 《= cnt + 1; /* 50MHz主頻信號計數器cnt值被非阻塞方式增量賦值（加1） */

　　bclk 《= 0; //波特率發(fā)生器時(shí)鐘脈沖信號bclk被非阻塞方式賦值為’0’，

　　//使該脈沖信號跳變到低電平周期*/

　　end

　　end

　　end

　　endmodule

　　波特率計算

　　在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數據速率要有一定的約定，我們通過(guò)軟件對MCS—51串行口編程可約定四種工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率決定。

　　串行口的四種工作方式對應著(zhù)三種波特率。由于輸人的移位時(shí)鐘的來(lái)源不同，所以，各種方式的波特率計算公式也不同。

　　一、方式0的波特率

　　方式0時(shí)，移位時(shí)鐘脈沖由56（即第6個(gè)狀態(tài)周期，第12個(gè)節拍）給出，即每個(gè)機器周期產(chǎn)生一個(gè)移位時(shí)鐘，發(fā)送或接收一位數據。所以，波特率為振蕩頻率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影響，即： 方式0的波特率=fosc/12

　　二、方式l和方式3的波特率

　　方式1和方式3的移位時(shí)鐘脈沖由定時(shí)器T1的溢出率決定，故波特宰由定時(shí)器T1的 溢出率與SMOD值同時(shí)決定，即： 方式1和方式3的波特率=2SMOD/32·T1溢出率

　　其中，溢出率取決于計數速率和定時(shí)器的預置值。計數速率與TMOD寄存器中C/T的狀態(tài)有關(guān)。當C/T=0時(shí)，計數速率=fosc/2；當C/T=1時(shí)，計數速率取決于外部輸入時(shí)鐘頻率。

　　當定時(shí)器Tl作波特率發(fā)生器使用時(shí)，通常選用可自動(dòng)裝入初值模式（工作方式2），在 工作方式2中，TLl作為計數用，而自動(dòng)裝入的初值放在THl中，設計數初值為x，則每過(guò)“256一x”個(gè)機器周期，定時(shí)器T1就會(huì )產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時(shí)應禁止T1中斷。

　　波特率發(fā)生器的波特率選擇

　　在串行通訊中，收發(fā)雙方的數據傳送率（波特率）要有一定的約定。在8051串行口的四種工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率控制。

　　方式0

　　方式0的波特率固定為主振頻率的1/12。

　　方式2

　　方式2的波特率由PCON中的選擇位SMOD來(lái)決定，可由下式表示：

　　波特率=2的SMOD次方除以64再乘一個(gè)fosc，也就是當SMOD=1時(shí)，波特率為1/32fosc，當SMOD=0時(shí)，波特率為1/64fosc

　　方式1和方式3

　　定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其公式如下：

　　T1溢出率= T1計數率/產(chǎn)生溢出所需的周期數

　　式中T1計數率取決于它工作在定時(shí)器狀態(tài)還是計數器狀態(tài)。當工作于定時(shí)器狀態(tài)時(shí)，T1計數率為fosc/12;當工作于計數器狀態(tài)時(shí)，T1計數率為外部輸入頻率，此頻率應小于fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時(shí)器T1的工作方式、T1的預置值有關(guān)。

　　定時(shí)器T1工作于方式0：溢出所需周期數=8192-x 定時(shí)器T1工作于方式1：溢出所需周期數=65536-x

　　定時(shí)器T1工作于方式2：溢出所需周期數=256-x

　　因為方式2為自動(dòng)重裝入初值的8位定時(shí)器/計數器模式，所以用它來(lái)做波特率發(fā)生器最恰當。

　　當時(shí)鐘頻率選用11.0592MHZ時(shí)，取易獲得標準的波特率，所以很多單片機系統選用這個(gè)看起來(lái)“怪”的晶振就是這個(gè)道理。

　　下表列出了定時(shí)器T1工作于方式2常用波特率及初值。

　　常用波特率 Fosc（MHZ） SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4H 1200 11.0592 0 E8H

　　例如9600 11.0592 0 FDH

　　T1溢出率= T1計數率/產(chǎn)生溢出所需的周期數

　　產(chǎn)生溢出所需的周期數=256-FD（253）=3 SMOD=0 11059200/12*3 *1/32=9600