如何排查因波特率漂移導致的通訊異常問(wèn)題

　　示波器的協(xié)議解碼功能大家都不生疏，你是否有過(guò)波形看起來(lái)正常，協(xié)議參數、解碼設置都正確，卻無(wú)法正常解碼的經(jīng)歷呢?本文以UART協(xié)議為例，分享由于波特率漂移導致通信異常的故障排查過(guò)程。

　　什么是波特率漂移呢?可以理解為被測部件晶振有偏差，導致實(shí)際波特率和正常的波特率不一致。為什么波特率漂移會(huì )導致通信異常呢?本文從波形出發(fā)，帶你自檢解碼結果。

　　一、波特率漂移導致通信異常的故障排查

　　引出這樣一個(gè)真實(shí)的例子，PC端發(fā)送串口數據為“0xEE 0x61 0x32 0xFF 0xFC 0xFF 0xFF”，示波器解碼結果為“0xEE 0x98 0xF6 0xFC 0xFF”初步判定通信故障。但協(xié)議參數設置和解碼設置都正確，為什么會(huì )出現收發(fā)不一致的現象呢?下文將解碼時(shí)協(xié)議參數設置中的波特率都設置為9600 bps，實(shí)際為9600 bps，10126 bps的波形圖解碼結果對比(如圖1所示)分析為例，分享波特率漂移后導致波形有偏差，從而出現通信異常的原因排查過(guò)程。

　　圖1 同一解碼波特率下的不同波形解碼結果圖

　　首先講講UART的解碼原理。當示波器解碼UART信號時(shí)，將空閑電平之后的下降沿作為開(kāi)始位，然后從波形中等間隔采樣，以等間隔時(shí)間段內的采樣點(diǎn)中的多數狀態(tài)作為該位的解碼數值。不同波特率的波形，最小數據位寬不一致，時(shí)間T=1/采樣率，實(shí)際采樣率大的波形對應的時(shí)間就小，所以從圖1中可看出波特率為10126bps的波形像往左偏移了。當解碼時(shí)設置的波特率同為9600時(shí)，采樣點(diǎn)的位置是根據9600的波特率來(lái)確定的，當實(shí)際采樣率和9600bps有偏差時(shí)，誤差會(huì )逐漸累積，從而導致解碼有偏差。設置的數據位寬越大，越容易疊加誤差。

　　二、自檢波特率方法

　　從波形出發(fā)，根據波形最小位寬估算波特率，此法適用于波特率偏差較大或不確定波特率該設置多少時(shí)。這是工程師們較習慣的自檢方法。估算波特率需要看波形中的最小位寬，從來(lái)圖 2看，時(shí)基檔位為100us，最小位寬剛好占一格，則最小位寬為100us左右，換算之后等于10000bps。想要得到更精確的波特率數值，可以使用示波器的測量功能。打開(kāi)示波器面板中的【measure】，選擇波特率測量項，觀(guān)察波特率測量結果對比，如下圖 2紅框內的測量結果。

　　開(kāi)頭中引出的例子，正是因為波特率產(chǎn)生了漂移，實(shí)際為10000 bps，而解碼時(shí)按照正常部件的9600bps來(lái)設置，這么一算，波特率誤差大于4%，因此會(huì )導致解碼結果不正確。換個(gè)晶振再解碼，通訊果然正常了。

　　圖 2 從波形最小位寬估算波特率圖

　　總結

　　在解碼中波特率雖然只是一個(gè)參數，但因其漂移產(chǎn)生的影響不容忽視，它可能就是導致通信故障的因素。解碼前注意檢驗波特率，這么一個(gè)小細節也許可以省去日后排查故障的時(shí)間。從波形出發(fā)，重新審視示波器價(jià)值，它用來(lái)觀(guān)察波形和分析數據就是為了檢測被測部件是否正常的。