串行通信波特率的一种自动检测方法

　　串行通信是终端和主机之间的主要通信方式，通信波特率一般选择1800、4800、9600和 19200等。终端的类型有很多种，其通信速率也有很多种选择。主机怎样确定终端的通信速率呢？本文给出了一种简单、易行的方法：设定主机的接收波特率（以9600波特为例），终端发送一个特定的字符（以回车符为例），主机根据接收到的字符信息就可以确定终端的通信波特率。本文对这种方法予以详述。

1　基本方法
　　回车符的ASCII值为0x0D。串行通信时附加一个起始位和终止位，位的传输顺序一般是 先传低位再传高位。此时回车符的二进制表示方式为：

图1　回车符的位序列

　　串行通信中一个二进制位的传输时间（记为T）取决于通信的波特率，9600波特时一个 二进制位的传输时间是19200波特时一个二进制位传输时间的两倍，即：2*T₁₉₂₀₀=T ₉₆₀₀。因此，9600波特时一个位的传输时间，19200波特时可以传输两个位。同样地 ，9600波特传输两个位的时间在4800波特时只能传送一个位。主机设定接收波特率为9600， 终端只有也以9600波特发送的字符，主机才能正确地接收。发送波特率高于或低于9600都会 使主机接收到的字符发生错误。接收波特率为9600，终端以不同的波特率发送回车符时，主 机接收到的二进制序列如表1所示。
　　从表1中可以看出，除了19200和1800波特时两种特例情况，其他情形的二进制序列都是 9600波特时二进制序列的变换。取前十个二进制位与9600波特时的二进制位相对应。忽略缺 少停止位‘1’引发的数据帧错误，把接收到的字符表示成字节方式（如表1的最右列所示） 。例如：在发送速率为1200波特，接收速率为9600波特时，主机得到的字节是0x80，而不 是正确的回车符0x0D。因为在不同的发送速率下（9600，4800，2400，1200）得到的字节 不同，所以通过接收字符的判定就可以确定发送波特率。
　　发送波特率为19200时，其发送速度正好是接收速度（9600波特）的两倍，因此发送端 的两个二进制位会被接收端看作一个。取决于不同的串行接口硬件，‘01’和‘10’这两种 二进制位组合可能被认为是‘1’或者‘0’。幸运的是，只有0～4位存在这样的歧义问题， 后面的位因为都是停止位，所以都是‘1’。因此，发送速率为19200波特时接收到的字符其高半个字节为0xF。低半个字节可能是多个值中的一个，但不会是0x0，因为0x0D中有相邻 的两个‘1’，这就会至少在低半个字节中产生一个‘1’。因此，整个字节的形式为0xF?， 且低半个字节不为0。

表1 　不同波特率下的二进制序列

　　发送速率为1800波特时，因为
　　T₁₈₀₀=T₉₆₀₀*16/3，
而16/3不是整数，接收端二进制位的状态转换时刻和9600波特不一一对应，引起在接收端 的一个位接收周期内有状态发生变化的可能。表1中给出的第六个位（表示为x）就是这种情 况。因为x有可能被看作‘1’，也有可能被看作‘0’，所以发送速率为1800波特时接收到 的字节可能是0xE0或者0xF0。波特率为3600和7200时也有同样的问题，也可以采用同样的方 法，但不确定的位数会增加，需要检测的字节种类也会更多。3600波特和7200波特的传输速 率几乎不采用，因此这个问题并不严重。只要发送波特率在1200～19200之间，我们都可以 通过接收到的一个字符对此波特率进行唯一的判定。 [page]

2　低波特率的检测
　　当发送速率低于1200波特时，接收端收到的字节都是0x00，因此只能确定其速率低于12 00波特，而不可能再得到更多的信息。为了解决这个问题，可以在9600波特的速率下继续接 收下一个字节信息。发送速率为600波特或更低时，一个位的发送时间要大于9600波特时整 个字节的接收时间。因此，发送端每一个从‘1’（终止位）到‘0’（起始位）的跳变都会 让接收端认为一个新的字节开始了。表2所示为600波特或更低的传输速率时接收端回车符的 二进制序列（只给出开始的一些位）。

表2　 低波特率回车符的接收方式

　　600波特时，第一个从‘1’到‘0’的跳变在初始化以后即刻发生。这个跳变让接收端 得到字节0x00。第二个跳变在初始化(16+16)*T₉₆₀₀秒以后发生，这会让接收端认 为另外一个字节开始接收了。一个二进制位的接收时间是T₉₆₀₀，所以串行接口电路 会在第一个跳变以后10* T₉₆₀₀秒提示第一个字节接收完毕，在(16+16+10)* T_{96 00}秒以后提示第二个字节接收完毕。因此600波特时，第一个字节接收完毕和第二个字节 接收完毕的时间差是(16+16+10-10)* T₉₆₀₀=32* T₉₆₀₀秒。表2的第三列所示 是把这个时间差以T₉₆₀₀的个数表示。因为T₉₆₀₀=1/9600秒=104.16毫秒，相 乘可以得到两个字节接收完毕的实时间差。不同发送波特率的时间差如表2的最后一列所示 。有了这个时间差信息，就可以确定低传输速率时的波特率了：测定第一个和第二个字节的 接收时间差，然后在时间差常数表（表2）里查出哪个波特率下的时间差与之最相近，对应 的就是终端发送波特率。即使测定的时间差有些误差，一般也可以正确地确定波特率。

3　实现方式
　　通过以上分析，各种波特率都可以通过回车符的发送和接收信息来测定，算法实现的伪 代码在本文的最后给出。应用实践证明了这种方法的有效性。
;　Pseudo code to determine what baud rate a transmitter is at,

on the b asis of a single

;　RETURN (0x0D) character received from it.

Initialise receive baud rate to 9600
Wait for Byte to be received
IF Byte = 0x00 THEN
　　　Start Timer
　　　REPEAT
　　　UNTIL (Timer > 50 ms OR New Byte Received)
　　　CASE Timer IN
　　　　1 ms-4 ms: 600 Baud
　　　　5 ms-10 ms: 300 Baud
　 　 　 11 ms-15 ms: 150 Baud
　 　 　 16 ms-22 ms: 110 Baud
　 　 　 23 ms-32 ms: 75 Baud
　 　 　 33 ms-49 ms: 50 Baud
　　　　　　　ELSE: Timed out; reset
　　END CASE;
ELSIF Byte >= 0xF1 THEN
　　 19200 Baud
ELSE
　　CASE Byte IN
　　　　0x0D: 9600 Baud
　　　　0xE6: 4800 Baud
　　　　0x78: 2400 Baud
　　0xE0,0xF0: 1800 Baud
　　　　0x80: 1200 Baud
　　　　ELSE: Line noise; reset
　　END CASE
END IF■

参考文献：

［1］赵依军等. 单片微机接口技术［M］.北京： 人民邮电出版社，1989.
［2］刘利. 软硬件技术参考大全［M］.北京： 学苑出版社，1993.
［3］张世一. 数字信号处理［M］. 北京：北京工业学院出版社，1987