STC單片機自適應波特率串口的實現(xiàn)方法
STC單片機自適應波特率串口的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：
（1）協(xié)議約定通信開始時主機固定發(fā)送1 個字符，從機以不同的波特率試探接收，當接收到的數(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發(fā)送1 串字符，從機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)關系，從而確定正確的波特率。
。3）協(xié)議約定通信開始時主機固定發(fā)送1 個字符，從機用單片機定時器檢測RXD 上的信號寬度，通過計算來確定主機的波特率。
以上3 種方法，第一種由于需要多次試探，效率很低；第二種計算量過大，不適合單片機處理；第三種方式單片機有現(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，前提是單片機的時鐘信號必須穩(wěn)定。目前很多STC單片機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，按理論計算值設置波特率參數(shù)，無法保證可靠的通信，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單片機的優(yōu)勢。
1 STC 單片機的特點
標準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，導致計算值不準，無法正常工作。STC系列單片機是在標準51單片機基礎上發(fā)展起來的，它增加了很多實用的接口電路，擴大了時鐘的頻率范圍，設計出了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系列單片機采用片內(nèi)RC振蕩時鐘、自適應波特率串口通信技術，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），主從機按圖1方式連接，從機自適應主機的波特率。
自適應過程由主機發(fā)送聯(lián)絡字符開始。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)送二進制“0”.如圖2所示，二進制“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的波特率。
當時鐘分頻寄存器CLK_DIV=0（不分頻），特殊功能寄存器AUXR=0xC0（T0 用1T 時鐘），則：
而STC51 系列單片機在UART 模式1,時鐘模式為1T 時，其波特率公式為：
從機UART在模式1下，將式（4）或式（6）計算結果作為定時器1重裝值，設定通信參數(shù)，通過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，就說明從機已完成波特率自適應，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%.
在自適應波特率校準系統(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 本身固有的一個機器周期誤差ΔT1 = ±1.由于STC51單片機采用1T 時鐘定時，ΔT0 誤差只有標準51系列芯片的1 12,系統(tǒng)誤差主要由ΔT1 決定。
以STC12C5620為例，當采用片內(nèi)RC振蕩，時鐘頻率通常在5.2~6.9 MHz 之間。當時鐘頻率為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，由T1 取整帶來的誤差在0.5%以內(nèi)。當系統(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，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，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的通信。
4 軟件流程與程序
主機軟件流程圖如圖3所示，從機軟件流程圖如圖4所示。
以下為C51波特率自適應程序：
5 應用實例
采用STC12C5620 設計的重力檢測開關，如圖5 所示。為降低成本、縮小體積，采用了片內(nèi)RC振蕩，不設按鍵及顯示。重力檢測開關首次工作前需設定一些參數(shù)，并校準。由于沒有鍵盤及顯示，采用和計算機聯(lián)機設置、校準。本電路采用了上述的自適應波特率工作方式，由PC機作主機，通過串口來初始化重力檢測開關的各參數(shù)。
設置時，將重力檢測開關與計算機之間用RS 232線連接好，然后點擊PC機軟件界面上的“連接串口”按鈕進行波特率自適應，當界面上狀態(tài)欄提示“連接串口成功！”時，表示波特率自適應工作正確完成， 如圖6所示，可以進行參數(shù)設置和校準操作。設置、校準后，重力檢測開關就可脫機正常工作了。
經(jīng)反復驗證，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 結語
該波特率自適應方法，可擴展應用于其他單片機系統(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準值也可正常工作，具有較大的實用價值。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
