STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實(shí)現(xiàn)方法

STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實(shí)現(xiàn)方法STC單片機(jī)自適應(yīng)波特率串口的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：

（1）協(xié)議商定通信開頭時(shí)主機(jī)固定發(fā)送1個(gè)字符，從機(jī)以不同的波特率摸索接收，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)與商定相同時(shí)，確定該波特率即是正確的通信波特率。

（2）協(xié)議商定通信開頭時(shí)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(jì)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)議商定通信開頭時(shí)主機(jī)固定發(fā)送1個(gè)字符，從機(jī)用單片機(jī)定時(shí)器檢測RXD上的信號寬度，通過計(jì)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摸索，效率很低；其次種計(jì)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(shí)器資源，計(jì)算也相對簡潔，所以優(yōu)選這種。

要測量脈沖寬度，前提是單片機(jī)的時(shí)鐘信號必需穩(wěn)定。目前許多STC單片機(jī)可選外接晶振時(shí)鐘或片內(nèi)RC振蕩時(shí)鐘，片內(nèi)RC振蕩時(shí)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(shí)，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(jì)算值設(shè)置波特率參數(shù)，無法保證牢靠的通信，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(shí)測、計(jì)算、確定波特率常數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定牢靠的通信，這樣充分利用了STC單片機(jī)的優(yōu)勢。

1STC單片機(jī)的特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)51芯片由于定時(shí)器最高辨別率只有1μs,對于較高的通信波特率來說，測量精度不夠，導(dǎo)致計(jì)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)上進(jìn)展起來的，它增加了許多有用的接口電路，擴(kuò)大了時(shí)鐘的頻率范圍，設(shè)計(jì)出了1T時(shí)鐘的芯片，可以通過軟件對系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，并供應(yīng)了片內(nèi)RC振蕩時(shí)鐘，在目前51芯片的市場占有極大的份額。STC系列單片機(jī)采納片內(nèi)RC振蕩時(shí)鐘、自適應(yīng)波特率串口通信技術(shù)，可以廣泛地應(yīng)用于分布式掌握、智能儀表、通信等行業(yè)。

2自適應(yīng)工作原理

STC單片機(jī)采納異步通信，UART工作于模式1（8位UART,波特率可變），用定時(shí)計(jì)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)字符開頭。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9b.

從機(jī)查詢RXD引腳的電平，檢測到低電平后就啟動定時(shí)器0開頭計(jì)時(shí)，再檢測到高電平就停止定時(shí)器0計(jì)時(shí)，依據(jù)定時(shí)器0的定時(shí)值就可以計(jì)算出主機(jī)的波特率。

當(dāng)時(shí)鐘分頻寄存器CLK_DIV=0（不分頻），特別功能寄存器AUXR=0xC0（T0用1T時(shí)鐘），則：

而STC51系列單片機(jī)在UART模式1,時(shí)鐘模式為1T時(shí)，其波特率公式為：

從機(jī)UART在模式1下，將式（4）或式（6）計(jì)算結(jié)果作為定時(shí)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)，可以開頭正常通信了。

3誤差分析

為保證牢靠通信，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(gè)方面，一是定時(shí)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(gè)機(jī)器周期誤差ΔT1=±1.由于STC51單片機(jī)采納1T時(shí)鐘定時(shí)，ΔT0誤差只有標(biāo)準(zhǔn)51系列芯片的112,系統(tǒng)誤差主要由ΔT1打算。

以STC12C5620為例，當(dāng)采納片內(nèi)RC振蕩，時(shí)鐘頻率通常在5.2~6.9MHz之間。當(dāng)時(shí)鐘頻率為5.2MHz,SMOD=1時(shí)，UART時(shí)鐘分別按12T,1T計(jì)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(shí)選擇合適的時(shí)鐘，在5.2MHz時(shí)鐘頻率下，波特率可以在300~115200b/s之間實(shí)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(shí)鐘為6.9MHz時(shí)，用同樣的方法計(jì)算，也可以證明波特率可以在300~115200b/s之間實(shí)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采納片內(nèi)RC振蕩，可以在300~115200b/s之間完成波特率自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定牢靠的通信。

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(shí)例

采納STC12C5620設(shè)計(jì)的重力檢測開關(guān)，如圖5所示。為降低成本、縮小體積，采納了片內(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，采納和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)設(shè)置、校準(zhǔn)。本電路采納了上述的自適應(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(shí)，將重力檢測開關(guān)與計(jì)算機(jī)之間用RS232線連接好，然后點(diǎn)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“連接串口勝利！”時(shí)，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(yàn)證，該電路在300~115200