UART串口，作為單片機最常用的通訊接口已經(jīng)深入每一個嵌入式工程師的腦海。UART串口有著簡單、實用的特性，嵌入式工程師常常用來將其作為調(diào)試系統(tǒng)的重要工具。UART串口的配置參數(shù)有很多，但是最常用，且需要修改的參數(shù)只有通訊波特速率這一個?？墒沁@僅有的一個參數(shù)又常常給我們帶來許多困擾。那么，我們對于串口波特速率該如何識別呢?筆者在這里介紹三種識別串口速率的方法，供大家參考。
UART(Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter)異步串行接收/發(fā)送接口，是嵌入式系統(tǒng)里最為重要的接口之一，它不僅用于板級芯片之間的通訊，而且應(yīng)用于實現(xiàn)系統(tǒng)之間的通信和系統(tǒng)調(diào)度中。UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸，其字符數(shù)據(jù)幀格式如下圖所示：
圖1 UART字符數(shù)據(jù)幀格式
從上面圖中的幀格式可以看出，UART數(shù)據(jù)幀由1個開始同步位，1個數(shù)據(jù)字，1個結(jié)束停止位，以及可選的校驗位組成。由于UART為異步通訊，因此，其按位發(fā)送時必須嚴(yán)格遵守設(shè)定的波特率，而接收方也必須在相同的波特率下才能正確解析發(fā)送的字符數(shù)據(jù)。于是，接收方正確識別、配置波特率就相當(dāng)關(guān)鍵了。下面筆者根據(jù)實際經(jīng)驗介紹三種識別串口波特率的方法：
窮舉法
理論上，發(fā)送波特率可以設(shè)定為任意的值，但是平時我們使用的串口速率只有這么幾種數(shù)值，如圖2所示：
圖2 常用串口波特速率
既然知道了常用串口速率，于是我們就可以一個一個試，總會有一個是成功。當(dāng)然前提是我們知道主機發(fā)送的內(nèi)容是什么，否則如何才能知道串口速率正確匹配呢!這里必須注意，在設(shè)定波特率與實際波特率成倍數(shù)的情況下，是可以讀出來數(shù)據(jù)——當(dāng)然，數(shù)據(jù)是錯誤的。
示波器法
示波器被秒為電子工程師的“眼睛”，我們可以就用這雙眼睛來“看”出串口發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率。這里我們先排除掉高端的帶有數(shù)字邏輯分析功能的示波器，因為，這樣的示波器已經(jīng)遠超筆者的IQ了，不是我們本篇討論的內(nèi)容。
上一部分，我們講述了波形的幀格式，這里我們就利用波形，發(fā)送一個特殊的字符0x55(1010 1010B)。從理論上面分析，這個波形應(yīng)該會產(chǎn)生一個按位翻轉(zhuǎn)的波形效果。圖3是筆者使用示波器采集下來的截圖：
圖3 9600bps發(fā)送0x55波形圖
看到圖3所示的波形圖，再加上理論分析，我們知道波形是按位翻轉(zhuǎn)，于是我們使用示波器的指針功能(cursor)來直接查看波特率。如圖3左上角的測量結(jié)果顯示，每位翻轉(zhuǎn)的頻率為9.615KHz，與我們設(shè)定的頻率9600kbps基本相符，可以確定此發(fā)送頻率為9600bps。
芯片自識別法
UART串口常常用來做為固件升級使用的接口，因此，其波特率要根據(jù)上位機的實際情況而定。如果環(huán)境較差時，就需要使用低波特率的通訊。這時，自動波特率識別的方法就誕生了。下面我們以TI Stellaris里bootloader里的串口波特率自動識別源程序為例進行分析：
int UARTAutoBaud(unsigned long *pulRatio){
long lPulse, lValidPulses, lTemp, lTotal;
volatile long lDelay;
// 配置systick，將其值設(shè)定為最大值;
HWREG(NVIC_ST_RELOAD) = 0xffffffff;
HWREG(NVIC_ST_CTRL) = NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC | NVIC_ST_CTRL_ENABLE;
// 打開引腳的邊沿觸發(fā)中斷
HWREG(GPIO_PORTA_BASE + GPIO_O_IBE) = UART_RX;
// 使能UART RXD引腳邊沿觸發(fā)中斷
HWREG(NVIC_EN0) = 1;
// 采集引腳邊沿中斷，兩個字節(jié)的邊沿
while(g_ulTickIndex < MIN_EDGE_COUNT)
{
}
// 計算systick采樣下來的值，對溢出進行處理
for(lPulse = 0; lPulse < (MIN_EDGE_COUNT - 1); lPulse++){
lTemp = (((long)g_pulDataBuffer[lPulse] -
(long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1]) & 0x00ffffff);
g_pulDataBuffer[lPulse] = lTemp;
}
// 此循環(huán)計算兩個連續(xù)脈沖之間的寬度
for(lPulse = 0; lPulse < (MIN_EDGE_COUNT - 1); lPulse++){
// 精確計算兩個連續(xù)脈沖之間的寬度
lTemp = (long)g_pulDataBuffer[lPulse];
lTemp -= (long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1];
if(lTemp < 0) {
lTemp *= -1;
}
// 驗證兩個邊沿的脈寬是否正確，其算法如下：
// abs(Pulse[n] - Pulse[n + 1]) < Pulse[n + 1] / PULSE_DETECTION_MULT
// 或者
// PULSE_DETECTION_MULT * abs(Pulse[n] - Pulse[n + 1]) < Pulse[n + 1]
if((lTemp * PULSE_DETECTION_MULT) < (long)g_pulDataBuffer[lPulse + 1]) {
lTotal += (long)g_pulDataBuffer[lPulse];
lValidPulses++;
}
else{
lValidPulses = 0;
lTotal = 0;
}
// 7個有效脈沖，就可以計算UART串口速率
if(lValidPulses == 7) {
// 將最后一個脈沖加入計數(shù)器，并計算波特率
lTotal += (long)g_pulDataBuffer[lPulse];
*pulRatio = lTotal >> 1;
// 返回成功標(biāo)識
return(0);
}
}
// 檢測失敗
return(-1);
}
UART串口有著這樣或者那樣的優(yōu)點，但新興的USB接口的USB DFU功能可以更加有效替代串口來完成固件升級;性能優(yōu)越的CAN總線，其硬件價格不斷下降，而且CAN總線的MAC接口更多集成在最新MCU芯片上;CAN2.0B接口正在擠壓著UART接口器件的市場;對于我們普通民眾，現(xiàn)在新型號電腦已經(jīng)沒有DB9串口座。在殘酷的現(xiàn)實下，多年后也許只有我們電子工程師才會記得曾經(jīng)的簡單、實用的UART串口。
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