STC单片机自适应波特率串口的实现方法

发布者:JoyfulHearted最新更新时间:2015-03-26 来源: diangon关键字:STC单片机  自适应  波特率  串口 手机看文章 扫描二维码
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  STC单片机自适应波特率串口的实现方法通常有以下几种:

  (1)协议约定通信开始时主机固定发送1 个字符,从机以不同的波特率试探接收,当接收到的数据与约定相同时,确定该波特率即是正确的通信波特率。

  (2)协议约定通信开始时主机发送1 串字符,从机以某固定波特率接收,然后通过软件分析接收到的数据,计算出接收数据与发送数据之间的倍数关系,从而确定正确的波特率。

  (3)协议约定通信开始时主机固定发送1 个字符,从机用单片机定时器检测RXD 上的信号宽度,通过计算来确定主机的波特率。

  以上3 种方法,第一种由于需要多次试探,效率很低;第二种计算量过大,不适合单片机处理;第三种方式单片机有现成的定时器资源,计算也相对简单,所以优选这种。

  要测量脉冲宽度,前提是单片机的时钟信号必须稳定。目前很多STC单片机可选外接晶振时钟或片内RC振荡时钟,片内RC振荡时钟省去了外部的晶振等元件,成本降低、电路板的体积也可以缩小,这对成本及体积敏感的应用很具优势。但选用片内RC振荡时,频率会有±15%左右的误差,频率的稳定性也比外接晶振要差,按理论计算值设置波特率参数,无法保证可靠的通信,但按以上自适应波特率串口的第三种方法,每次通信前实测、计算、确定波特率常数,就可以实现稳定可靠的通信,这样充分利用了STC单片机的优势。

  1 STC 单片机的特点

  标准51 芯片由于定时器最高分辨率只有1 μs,对于较高的通信波特率来说,测量精度不够,导致计算值不准,无法正常工作。STC系列单片机是在标准51单片机基础上发展起来的,它增加了很多实用的接口电路,扩大了时钟的频率范围,设计出了1T 时钟的芯片,可以通过软件对系统时钟分频,并提供了片内RC振荡时钟,在目前51芯片的市场占有极大的份额。STC系列单片机采用片内RC振荡时钟、自适应波特率串口通信技术,可以广泛地应用于分布式控制、智能仪表、通信等行业。

  2 自适应工作原理

  STC 单片机采用异步通信,UART 工作于模式1(8位UART,波特率可变),用定时计数器2做波特率发生器,工作于模式2(8位自动重装模式),主从机按图1方式连接,从机自适应主机的波特率。

  

  自适应过程由主机发送联络字符开始。为了使从机获得最大的测量脉宽,提高测量精度,由主机发送二进制“0”.如图2所示,二进制“0”由1位起始位,8位数据位(低位在先)及1位停止位构成,其中1位起始位和8位数据位全为0,所以低电平的宽度为9 b.

  

  从机查询RXD引脚的电平,检测到低电平后就启动定时器0开始计时,再检测到高电平就停止定时器0计时,根据定时器0的定时值就可以计算出主机的波特率。

  当时钟分频寄存器CLK_DIV=0(不分频),特殊功能寄存器AUXR=0xC0(T0 用1T 时钟),则:

  

  而STC51 系列单片机在UART 模式1,时钟模式为1T 时,其波特率公式为:

  

  从机UART在模式1下,将式(4)或式(6)计算结果作为定时器1重装值,设定通信参数,通过串口回送应答信号给主机。主机如正确接收到从机回送的信号,就说明从机已完成波特率自适应,可以开始正常通信了。

  3 误差分析

  为保证可靠通信,要求通信双方的波特率相对误差小于2.5%.

  在自适应波特率校准系统中,误差主要来自两个方面,一是定时器T0 启动和停止滞后造成的误差ΔT0;二是波特率发生器T1 本身固有的一个机器周期误差ΔT1 = ±1.由于STC51单片机采用1T 时钟定时,ΔT0 误差只有标准51系列芯片的1 12,系统误差主要由ΔT1 决定。[page]

  以STC12C5620为例,当采用片内RC振荡,时钟频率通常在5.2~6.9 MHz 之间。当时钟频率为5.2 MHz,SMOD=1时,UART时钟分别按12T,1T 计算,见表1,表2.

  

  

  表1、表2中加粗部分表示可以选用的波特率值,由表1、表2可知,只要编程时选择合适的时钟,在5.2 MHz时钟频率下,波特率可以在300~115 200 b/s 之间实现自适应,由T1 取整带来的误差在0.5%以内。当系统时钟为6.9 MHz时,用同样的方法计算,也可以证明波特率可以在300~115 200 b/s 之间实现自适应,由T1 取整带来的误差也在0.5%以内。由此可见,STC12C5620采用片内RC振荡,可以在300~115 200 b/s之间完成波特率自适应,实现稳定可靠的通信。

  4 软件流程与程序

  主机软件流程图如图3所示,从机软件流程图如图4所示。

  

  以下为C51波特率自适应程序:

  

  

  5 应用实例

  采用STC12C5620 设计的重力检测开关,如图5 所示。为降低成本、缩小体积,采用了片内RC振荡,不设按键及显示。重力检测开关首次工作前需设定一些参数,并校准。由于没有键盘及显示,采用和计算机联机设置、校准。本电路采用了上述的自适应波特率工作方式,由PC机作主机,通过串口来初始化重力检测开关的各参数。[page]

  

  设置时,将重力检测开关与计算机之间用RS 232线连接好,然后点击PC机软件界面上的“连接串口”按钮进行波特率自适应,当界面上状态栏提示“连接串口成功!”时,表示波特率自适应工作正确完成, 如图6所示,可以进行参数设置和校准操作。设置、校准后,重力检测开关就可脱机正常工作了。

  

  经反复验证,该电路在300~115 200 b/s 波特率范围内可稳定通信工作。

  6 结语

  该波特率自适应方法,可扩展应用于其他单片机系统,解决对方的波特率未知、或对方的波特率有偏差而无法正常通信的问题,即使对方的波特率不是标准值也可正常工作,具有较大的实用价值。

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