51 单片机串行通讯中波特率的自动检测

    本文介绍一种在 80C51 串行通讯应用中自动检测波特率的方法。按照经验，程序起动后所接收到的第1个字符用于测量波特率。 
    这种方法可以不用设定难于记忆的开关，还可以免去在有关应用中使用多种不同波特率的烦恼。人们可以设想：一种可靠地实现自动波特检测的方法是可能的，它无须严格限制可被确认的字符。问题是：在各种的条件下，如何可以在大量允许出现的字符中找出波特率的定时间隔。 
    显然，最快捷的方法是检测一个单独位时间（single bit time），以确定接收波特率应该是多少。可是，在 RS-232 模式下，许多 ASCII 字符并不能测量出一个单独位时间。对于大多数字符来说，只要波特率存在合理波动（这里的波特率是指标准波特率），从起始位到最后一位“可见”位的数据传输周期就会在一定范围内发生变化。此外，许多系统采用 8 位数据、无奇偶校验的格式传输 ASCII 字符。在这种格式里，普通 ASCII 字节不会有 MSB 设定，并且，UART总是先发送数据低位（LSB），后发送数据高位（MSB），我们总会看见数据的停止位。 
    在下面的波特率检测程序中，先等待串行通讯输入管脚的起始信号（下降沿），然后起动定时器T0。在其后的串行数据的每一个上升沿，将定时器 T0的数值捕获并保存。当定时器T0溢出时，其最后一次捕获的数值即为从串行数据起始位到最后一个上升沿（我们假设是停止位）过程所持续的时间。 
    CmpTable 表格列出了每一波特率的最大测量时间。这些数据是经过选择的，所以，4 个数据位时间（加上起始位时间）仍可产生正确的波特率。 
    使用这种方法时，必须遵守一个假设：这种技术仅取决于所接收到的一个字符，接收这个字符的波特率必须大于最低波特率。本质上来说，这意味着这个字符必须来自正常敲击键盘时所产生的字符。 
    在PC上，我们不可能快速、连续地敲击两个字符，以欺骗程序。但是，PC的功能键具有一个问题，因为它会连续发送两个紧挨着的字符，使程序检测得到错误的波特率。在为 12MHz时钟频率而设计的的例子程序中，其总采样时间大约为 65mS，大约可以在 RS-232 通讯中以300bps的速度发送两个字符。 
    假如使用了奇偶校验，当4 个MSB以及所接收字节的奇偶校验位均这同一值时，就可能会发生错误。这类错误的发生取决于系统是使用了奇校验或偶校验，可能发生于小写的字母“p”到“z”，还有花括号（｛｝）、垂直条（|）、波纹线（~），以及删除键“delete”。值得注意的是，惯常的提示符按键（如，空格键、回车键、及返回键），是没有这些限制的（奇数还是偶数的限制？）。 
    在以此方式运行程序时，如第一个字节已经过去，但串行口（UART）的波特率未能正确设置，那将造成用于检测波特率的第一个字符丢失。同样，如果在正常通讯中检测到串行口的通讯“帧”错误，绝大部分“实时”程序必须重复这一检测波特率的过程。 
    如需采用另外设定的晶体振荡频率、波特率，请使用下列公式计算 CmpTable的表项目：
          
    记住，表项目是两个字节的数值，所以上述公式的结果一定要分成高位字节及低位字节（如果采用十六进制，则容易得出高位、低位字节）。当然，也可以用汇编程序来完成所有的运算。
上述的公式是由以下得来的：
 
 
    备注：在 8-N-1 格式的数据通讯中，‘#-of-bits’(“可见”位数)是 9，以及‘bits-to-recognize’（最小认可位数）是5。
  
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；自动的波特率检测程序
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$  Title(Automatic Baud Rate Detection Test)
$  Date(12–16–91)
$  MOD552
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； Definitions
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RX   BIT   P3.0   ；串行口的接收管脚
CharH   DATA   30h   ；捕获定时器T0的高位字节
CharL   DATA   31h   ；捕获定时器T0的低位字节
BaudRate   DATA   32h   ；存贮最终确定的波特率
Display   EQU  P4   ；显示结果的端口
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； Reset and Interrupt Vectors
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  ORG 8000h
Start:   ACALL   AutoBaud     ；检测波特率
  MOV   Display,  BaudRate   ；显示波特率值
  SJMP   Start
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； Subroutines
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；AutoBaud Rate Detect Routine.
；通过测量接收第一个字符所需要的时间来确定波特率。部分接收字符可能会发生错误，
；主要是那些以3（4？）位同样数值结束的字符。波特率指针（检测结果）保存在ACC中。
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AutoBaud:   MOV   TMOD,  #01h   ；初始化T0(串行口波特率定时器)
  MOV   TH0,  #0   ；将T0 置于16位定时器模式
  MOV   TL0,  #0
  MOV   TCON,  #0
  MOV   CharH,  #0   ；预置波特率检测结果
  MOV   CharL,  #0
AB0:   JB   RX,  AB0   ；等待串行通讯起始
  SETB   TR0     ；起动定时器 T0
AB1:   JB   TF0,  AB3   ；检查定时器是否溢出？
  JNB   RX,  AB1   ；检测串行信号上升沿？
  MOV   CharH,  TH0   ；在串行信号上升沿捕获定时器T0数值
  MOV   CharL,  TL0
AB2:   JB   TF0,  AB3   ；检查定时器是否溢出？
  JB   RX,  AB2   ；检查串行信号下降沿？
  SJMP   AB1     ；返回，继续采集
AB3:   CLR   TR0     ；最大的采集时间已经超过，检查结果
  CLR   TF0     ；清除定时器溢出标志
  MOV   BaudRate,  #19   ；设置波特率表指针
CmpLoop:   MOV   A,  BaudRate
  MOV   DPTR,  #CmpTable
  MOVC   A,  @A+DPTR   ；取一个表项目（高位字节）以进行比较
  DEC   BaudRate
  CJNE   A,    CharH,    Cmp1   ；捕获值与表项目的高位字节相等？
  SJMP   CmpLow     ；高位字节相等，检查低位字节
Cmp1:   JC   CmpMatch     ；表项目小于定时值，则符合？
  DJNZ   BaudRate,  CmpLoop   ；未至表项目的结尾，则继续？
  SJMP   CmpMatch    ；至比较结束
CmpLow:   MOV   A,  BaudRate
  MOVC   A,  @A+DPTR   ；取一个表项目（低位字节）以进行比较
  CJNE   A,    CharL,    Cmp2   ；捕获值与表项目的低位字节相等？
  SETB   C     ；结果相等
Cmp2:   JC   CmpMatch     ；如果表项目＜定时值，则置位C
  DJNZ   BaudRate,  CmpLoop   ；未至表项目的结尾，则继续？
CmpMatch:   MOV   A,  BaudRate   ；数据比较完成
  CLR   C     ；产生结果（波特率索引）
  RRC   A
  MOV   BaudRate,  A   ；保存结果
  RET
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； CmpTable    比较表
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；比较表所保持的定时值用于公认的波特率转换情况。表项目为低位（LSB）、高位（MSB）。
；这些数据是以12MHz为基准操作。
CmpTable:  DB 40h,0   ；0 – 超出范围，值太低
  DB 80h,0   ；1 – 38400 baud.
  DB 0,01h   ；2 – 19200 baud.
  DB 0,02h   ；3 – 9600 baud.
  DB 0,04h   ；4 – 4800 baud.
  DB 0,08h   ；5 – 2400 baud.
  DB 0,10h   ；6 – 1200 baud.
  DB 0,20h   ；7 – 600 baud.
  DB 0,40h   ；8 – 300 baud.
  DB 0,80h    ；9 – 超出范围，值太高
END

附：　波特率自动检测程序（通过验证）
  RX  BIT  P3.0  ;串行数据接收端
  CharH  EQU  30H  ;计时数据高位 TH0
  CharL  EQU  31H  ;计时数据低位 TL0
  BaudRt  EQU  32H  ;波特率计算值
;subroutine
AutoBaud:  MOV  TMOD,  #01H  ;初始化“T0”为计时器
  MOV  TH0,  #0
  MOV  TL0,  #0
  MOV  TCON,  #0
  MOV  CharH,  #0
  MOV  CharL,  #0
  JB  RX,  $  ;等待通讯开始位
  SETB  TR0
CHK1:  JBC  TF0,  CHK_END  ;若溢出，则开始计算
  JNB  RX,  $-2  ;检测串行数据上升沿
  MOV  CharH,  TH0  ;捕获“T0”计时数
  MOV  CharL,  TL0
  JBC  TF0,  CHK_END  ;若溢出，则开始计算
  JB  RX,  $-2  ;检测串行数据下降沿
  SJMP  CHK1
CHK_END:  CLR  TR0    ;停止计数器
  MOV  DPTR,  #baudtable
  MOV   BaudRt,  #19
LOOP:  MOV  A,     BaudRt  ;
  MOVC  A,  @A+DPTR  ;取表格数据（高位）
  DEC  BaudRt    ;索引地址减 1
  CJNE  A,  CharH,  CMP_1  ;检查结果范围
  SJMP  CMP_LOW
CMP_1:  JC  MATCH    ;若表中值 < 计时值，则匹配
  DJNZ  BaudRt,  LOOP
  SJMP  MATCH    ;表查完，至结束查表程序
CMP_LOW:  MOV  A,  BaudRt  ;高位相等，比较低位
  MOVC  A,  @A+DPTR  
  CJNE  A,  CharL,  CMP_2
  SETB  C    ;相等则匹配
CMP_2:  JC  MATCH    ;若低位字节 < 计时值，则匹配
  DJNZ  BaudRt,  LOOP
MATCH:  MOV  A,  BaudRt  ;转换为波特率索引值
  CLR  C
  RRC  A
  MOV  BaudRt,  A  ;保存
  RET
;波特率索引表（LSB 在前，MSB 在后,晶振为11.0592MHz）  
baudtable:  DB  03CH,00H  ;0-越限，值太小
    DB  078H,00H  ;1-波特率 38400
    DB  0F0H,00H  ;2-波特率 19200 
    DB  0E0H,01H  ;3-波特率  9600 
    DB  0C0H,03H  ;4-波特率  4800 
    DB  080H,07H  ;5-波特率  2400 
    DB  00H,00FH  ;6-波特率  1200 
    DB  00H,01EH  ;7-波特率   600 
    DB  00H,03CH  ;8-波特率   300 
    DB  00H,078H  ;9-越限，值太大 
  END