STC單片機波特率自適應方法

　　0 引言

　　串口RS 232是工業(yè)控制、儀器儀表、計算機外設常用的一種通信協(xié)議。串口通信的波特率一般都是選取標準系列值，并要求通信雙方嚴格遵循相同的波特率，實(shí)際應用中，一臺設備往往要與多種其他設備聯(lián)絡(luò )，為適應各種不同設備的通信速度，就要求該設備能適應不同的波特率，實(shí)現這種要求的常見(jiàn)方法有兩種，一是增加波特率選擇開(kāi)關(guān)，二是設計能自動(dòng)適應各種常見(jiàn)通信速度的串口。第一種方法增加了硬件，同時(shí)針對不同對象需要重新設置開(kāi)關(guān)，在不清楚對方波特率的情況下還無(wú)法使用。第二種方法采用軟硬件結合，通過(guò)檢測、計算，自動(dòng)選擇正確的波特率，實(shí)際使用極其方便。

　　自適應波特率串口的實(shí)現方法通常有以下幾種：

　?。?）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)主機固定發(fā)送1 個(gè)字符，從機以不同的波特率試探接收，當接收到的數據與約定相同時(shí)，確定該波特率即是正確的通信波特率。

　?。?）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)主機發(fā)送1 串字符，從機以某固定波特率接收，然后通過(guò)軟件分析接收到的數據，計算出接收數據與發(fā)送數據之間的倍數關(guān)系，從而確定正確的波特率。

　?。?）協(xié)議約定通信開(kāi)始時(shí)主機固定發(fā)送1 個(gè)字符，從機用單片機定時(shí)器檢測RXD 上的信號寬度，通過(guò)計算來(lái)確定主機的波特率。

　　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(guò)大，不適合單片機處理；第三種方式單片機有現成的定時(shí)器資源，計算也相對簡(jiǎn)單，所以?xún)?yōu)選這種。

　　要測量脈沖寬度，前提是單片機的時(shí)鐘信號必須穩定。目前很多STC單片機可選外接晶振時(shí)鐘或片內RC振蕩時(shí)鐘，片內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，這對成本及體積敏感的應用很具優(yōu)勢。但選用片內RC振蕩時(shí)，頻率會(huì )有±15%左右的誤差，頻率的穩定性也比外接晶振要差，按理論計算值設置波特率參數，無(wú)法保證可靠的通信，但按以上自適應波特率串口的第三種方法，每次通信前實(shí)測、計算、確定波特率常數，就可以實(shí)現穩定可靠的通信，這樣充分利用了STC單片機的優(yōu)勢。

　　1 STC 單片機的特點(diǎn)

　　標準51 芯片由于定時(shí)器最高分辨率只有1 μs,對于較高的通信波特率來(lái)說(shuō)，測量精度不夠，導致計算值不準，無(wú)法正常工作。STC系列單片機是在標準51單片機基礎上發(fā)展起來(lái)的，它增加了很多實(shí)用的接口電路，擴大了時(shí)鐘的頻率范圍，設計出了1T 時(shí)鐘的芯片，可以通過(guò)軟件對系統時(shí)鐘分頻，并提供了片內RC振蕩時(shí)鐘，在目前51芯片的市場(chǎng)占有極大的份額。STC系列單片機采用片內RC振蕩時(shí)鐘、自適應波特率串口通信技術(shù)，可以廣泛地應用于分布式控制、智能儀表、通信等行業(yè)。

　　2 自適應工作原理

　　STC 單片機采用異步通信，UART 工作于模式1（8位UART,波特率可變），用定時(shí)計數器2做波特率發(fā)生器，工作于模式2（8位自動(dòng)重裝模式），主從機按圖1方式連接，從機自適應主機的波特率。

　　自適應過(guò)程由主機發(fā)送聯(lián)絡(luò )字符開(kāi)始。為了使從機獲得最大的測量脈寬，提高測量精度，由主機發(fā)送二進(jìn)制“0”.如圖2所示，二進(jìn)制“0”由1位起始位，8位數據位（低位在先）及1位停止位構成，其中1位起始位和8位數據位全為0,所以低電平的寬度為9 b.

　　從機查詢(xún)RXD引腳的電平，檢測到低電平后就啟動(dòng)定時(shí)器0開(kāi)始計時(shí)，再檢測到高電平就停止定時(shí)器0計時(shí)，根據定時(shí)器0的定時(shí)值就可以計算出主機的波特率。

　　當時(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 系列單片機在UART 模式1,時(shí)鐘模式為1T 時(shí)，其波特率公式為：

　　從機UART在模式1下，將式（4）或式（6）計算結果作為定時(shí)器1重裝值，設定通信參數，通過(guò)串口回送應答信號給主機。主機如正確接收到從機回送的信號，就說(shuō)明從機已完成波特率自適應，可以開(kāi)始正常通信了。