? ? 串口波特率和信號(hào)時(shí)鐘頻率的關(guān)系? ??
關(guān)于串口數(shù)據(jù)的形式，如果沒有做過(guò)數(shù)字設(shè)計(jì)，估計(jì)很少有人去了解它的數(shù)據(jù)波形，或者說(shuō)即使了解過(guò)也忘得差不多了。因?yàn)閷?shí)際工程中，幾乎不會(huì)去測(cè)試串口波形，無(wú)論是用哪種技術(shù)方案，只要帶串口的，一般都有現(xiàn)成穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，所以能遇到問(wèn)題去測(cè)試的機(jī)會(huì)少之又少。

在工程開發(fā)中，經(jīng)常用串口來(lái)打印一些信息輔助軟硬件調(diào)試，最常用的調(diào)節(jié)變量一般是波特率，像其他的位寬、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)、極性、或者Flow control都很少去調(diào)。

很多人容易把波特率跟時(shí)鐘頻率混在一起理解，其實(shí)兩個(gè)是不同的概念，頻率就是時(shí)鐘的頻率，但是波特率不一樣，波特率表示一個(gè)單位時(shí)間（1s）內(nèi)傳輸?shù)腷it數(shù)，比如波特率115200bps表示連續(xù)傳輸情況下，在1s時(shí)間內(nèi)傳輸了115200個(gè)bit，在信號(hào)線上表現(xiàn)的每個(gè)bit所占時(shí)間為：

1Hz/115200 ≈ 8.68us

而此時(shí)的時(shí)鐘頻率約為115.2073kHz，所以波特率≠信號(hào)時(shí)鐘頻率。

下圖是邏輯分析儀抓取串口以波特率115200bps、位寬8bit、無(wú)奇偶校驗(yàn)、1bit停止位發(fā)送的波形，可以看到，解析測(cè)量到的一個(gè)bit時(shí)間長(zhǎng)度是8.7us，跟我們上面計(jì)算的一樣。

圖1. 波特率115200一個(gè)bit的時(shí)間長(zhǎng)度

? ? 串口數(shù)據(jù)波形的解析和測(cè)試? ??看了上面的波形，我們也可以很清晰的知道，串口在沒有數(shù)據(jù)通信時(shí)信號(hào)線上是高電平，一個(gè)bit低電平表示數(shù)據(jù)的開始，然后傳對(duì)應(yīng)位寬的數(shù)據(jù)，加上奇偶校驗(yàn)，如果沒有則不加，然后最后一個(gè)bit時(shí)間的高電平表示一次的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。典型的數(shù)據(jù)幀構(gòu)成如下圖所示。

圖2. 串口的一幀數(shù)據(jù)構(gòu)成

為什么要一個(gè)bit的時(shí)間長(zhǎng)度表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束呢，可以看上圖圖1的第二個(gè)數(shù)據(jù)的開始信號(hào)，我們現(xiàn)在也知道了串口由高電平拉低并維持一個(gè)bit的低電平時(shí)間長(zhǎng)度表示數(shù)據(jù)的開始，如果一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)束不是高電平，那第二個(gè)數(shù)據(jù)的開始是無(wú)法被識(shí)別的，當(dāng)然，這個(gè)停止位的時(shí)間寬度，還可以設(shè)置為1.5個(gè)或2個(gè)bit的時(shí)間寬度，取決于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求，不過(guò)一般一個(gè)bit位已經(jīng)足夠。下圖為8bit數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度測(cè)量情況，可以看到總時(shí)間寬度為69.3us，按照上面的信息計(jì)算理論值為69.44us，在誤差范圍內(nèi)，所以可以確定為8bit位寬沒錯(cuò)。

圖3. 波特率115200的8bit位寬時(shí)間長(zhǎng)度測(cè)量

當(dāng)我嘗試把數(shù)據(jù)寬度改為5bit時(shí)，同樣發(fā)送字符'1'，抓取到的波形如下，可以看到，字符'1'的x031的高3bit沒了，發(fā)送出來(lái)的數(shù)據(jù)為低5bit數(shù)據(jù)。

圖4. 波特率115200、5bit位寬發(fā)送0x31的波形

把數(shù)據(jù)位寬改為6bit時(shí)，可以看到0x31能被識(shí)別了出來(lái)。

圖5. 波特率115200、6bit位寬，1bit停止位，發(fā)送0x31的波形

把數(shù)據(jù)位寬改為8bit，2bit停止位。

圖6. 波特率115200、8bit位寬，2bit停止位，發(fā)送0x31的波形

下面來(lái)嘗試數(shù)據(jù)位寬改為8bit，1bit停止位，奇校驗(yàn)。這里先說(shuō)下串口的奇偶校驗(yàn)。奇偶校驗(yàn)用來(lái)確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有奇數(shù)個(gè)或者偶數(shù)個(gè)邏輯高電平，即如果設(shè)置奇校驗(yàn)輸出，如果數(shù)據(jù)位中有3個(gè)bit邏輯1，那么此時(shí)滿足邏輯1為奇數(shù)條件，校驗(yàn)位此時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)為邏輯0。如果數(shù)據(jù)位中有2個(gè)bit邏輯1，那么此時(shí)不滿足邏輯1為奇數(shù)的條件，校驗(yàn)位會(huì)自動(dòng)變?yōu)檫壿?來(lái)滿足數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位組合得到的邏輯1為奇數(shù)。

同理，如果設(shè)置為偶校驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)中的邏輯1為偶數(shù)個(gè)時(shí)，校驗(yàn)位會(huì)自動(dòng)變?yōu)檫壿?，確保數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位的組合得到的邏輯1為偶數(shù)，如果數(shù)據(jù)中的邏輯1為奇數(shù)，那么校驗(yàn)位會(huì)自動(dòng)變?yōu)檫壿?，確保數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位組合得到的邏輯1為偶數(shù)，各種情況如下圖所示。

圖7. 波特率115200、8bit位寬，1bit停止位，奇校驗(yàn)，發(fā)送0x31的波形，可以看到校驗(yàn)位此時(shí)為?0

圖8. 波特率115200、8bit位寬，1bit停止位，奇校驗(yàn)，發(fā)送0x30的波形，可以看到校驗(yàn)位此時(shí)為?1

圖9. 波特率115200、8bit位寬，1bit停止位，偶校驗(yàn)，發(fā)送0x31的波形，可以看到校驗(yàn)位此時(shí)為 1

圖10. 波特率115200、8bit位寬，1bit停止位，偶校驗(yàn)，發(fā)送0x30的波形，可以看到校驗(yàn)位此時(shí)為 0

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