STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實現(xiàn)方法
STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
3 誤差分析
為保證可靠通信，要求通信雙方的波特率相對誤差小于2.5%.
在自適應(yīng)波特率校準(zhǔn)系統(tǒng)中，誤差主要來自兩個方面，一是定時器T0 啟動和停止滯后造成的誤差ΔT0;二是波特率發(fā)生器T1 本身固有的一個機(jī)器周期誤差ΔT1 = ±1.由于STC51單片機(jī)采用1T 時鐘定時，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，時鐘頻率通常在5.2~6.9 MHz 之間。當(dāng)時鐘頻率為5.2 MHz,SMOD=1時，UART時鐘分別按12T,1T 計算，見表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，只要編程時選擇合適的時鐘，在5.2 MHz時鐘頻率下，波特率可以在300~115 200 b/s 之間實現(xiàn)自適應(yīng)，由T1 取整帶來的誤差在0.5%以內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)時鐘為6.9 MHz時，用同樣的方法計算，也可以證明波特率可以在300~115 200 b/s 之間實現(xiàn)自適應(yīng)，由T1 取整帶來的誤差也在0.5%以內(nèi)。由此可見，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)用實例
采用STC12C5620 設(shè)計的重力檢測開關(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。重力檢測開關(guān)首次工作前需設(shè)定一些參數(shù)，并校準(zhǔn)。由于沒有鍵盤及顯示，采用和計算機(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)，通過串口來初始化重力檢測開關(guān)的各參數(shù)。
設(shè)置時，將重力檢測開關(guān)與計算機(jī)之間用RS 232線連接好，然后點擊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，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，重力檢測開關(guān)就可脫機(jī)正常工作了。
經(jīng)反復(fù)驗證，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
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)，解決對方的波特率未知、或?qū)Ψ降牟ㄌ芈视衅疃鵁o法正常通信的問題，即使對方的波特率不是標(biāo)準(zhǔn)值也可正常工作，具有較大的實用價值。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
