原创单片机串行通信波特率的自适应实现方法

 2009-8-13 18:41  2439 6 6 分类: MCU/ 嵌入式

摘　要：串行数据通信是各种单片机多机应用系统和开发系统中不可或缺的功能，而如何实现通信双方速率的匹配极为重要。文中提出了一种由从机自动适应主机波特率的新方法，此法方便实用，握手时间快。此方法成功地应用于SST89C54／58构成的IAP编程系统中，同样也适用于各种类型的单片机系统。
FDwz5k#r:i0　　关键词：串行通信；波特率；自适应；SST89C54／58；IAP；
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　　在串行异步通信中，目前实现波特率自动检测并适应的设计思想有多种，可是他们或者需要额外的硬件支持，或者实现时方法繁杂且软件开销大。文章介绍了一种简单可靠的用软件实现波特率自动适应的方法，并给出了仿真调试电路原理图，给出了同步程序的详细框图。该方法提高了波特率解调的便捷性和兼容性。
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1　仿真电路电子园51单片机学习网+H)cl6o0dxa Ge;@'Ax
　　SST89C54／58单片机是MCS-51系列单片机的派生产品，他们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容。实际上 SST公司的SST89C54／58是一款使用非常方便51系列单片机，如不考虑其看门狗定时器和内部Flash程序存储器，可以将其看成是一个可在线编程的标准8052单片机。图1为实现串行通信仿真调试硬件原理图，这是一个通用的串行通信接口电路，INT0脚用来启动从机同步适应。同步建立后的数据传送过程中外部中断0被禁止，而一批数据传送完毕后进入待机监控状态时则开放外中断。电子园51单片机学习网cI'a#f k

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2　波特率自适应实现原理
q,P3d P1u9L$H&zp5P02．1　波特率
C'e8Z`DP.A*s0　　对于8052单片机，串行通信用定时器1或定时器2作波特率发生器，波特率取决于他们的溢出率。当串行口在工作方式1，3，用定时器1作波特率发生器时，则波特率计算如下：电子园51单片机学习网#Vpt!V~f

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　　当定时器1工作方式2时，n＝8，X为定时器1初值。
4f.D:F`qV0　　当定时器1工作方式1时，n＝16，X为定时器1初值。
-y9_ IO-a1g3T8G i0　　若用定时器2作波特率发生器时，则波特率计算公式如下：

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其中：X为定时器2的初值。电子园51单片机学习网o.r mh{0n
2．2　波特率自适应原理
x,lTR ];M0　　主机端要求和从机建立通信时，先发送同步字符80H，从机根据此同步字符来计算当前的通信速率，并设置此值为本从机的波特率，从而完成通信速率的自适应。以串行通信方式1为例，他是一个10位的数据格式，如图2所示。

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　　所以，在发送同步字符80H时，在数据线上他所呈现的电平状态如图3所示。

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　　从机通过检测本机RXD引脚的信号，并利用定时器对RXD信号的低电平进行宽度测量，其负脉宽时间T_DOWN刚好是8位数据的宽度，这有利于波特率发生器初值的计算。采用定时器0方式1并置初值0对T_DOWN进行定时，可得计数值T_H0，T_L0，用X_T来表示，设从机晶振为f_f，则有又设被测低电平（含起始位）数据位数为N（此处为8），则得主机发送数据波特率baud_m为：电子园51单片机学习网X:tbrb!y8TZ

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　　比较式（3）和式（4），主机和从机波特率应设置相等，则可得从机波特率发生器T1的装入初值为：
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　　由式（5）可看出，从机波特率发生器装入初值与晶振无关，且当N＝8时分母为2⁸，此时后一项做除法运算最为方便，分子右移8位即可，在程序运算中只需丢弃分子的最后一个字节即可。电子园51单片机学习网a2y.I { PAz
　　若使用定时器2作波特率发生器，则易得其初值应为：

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3　波特率自适应法在IAP编程握手同步中的应用电子园51单片机学习网wC2A:R[*K
　　SST89C54／58单片机可以方便地实现IAP（InApplication Programming），通过IAP功能可以在应用板上直接下载程序，不需任何编程器就可以完成单片机系统的开发及单片机教学实验。作者基于IAP模块设计了一款专用的51单片机开发学习系统，其成本不超过50元，为标准51，52系列单片机的开发与学习提供了一种便捷而廉价的手段和方法。电子园51单片机学习网6P+oApmZ
　　使用IAP功能可以对产品的软件进行在线升级，而不需要其他硬件。可以这样说，单片机系统只要有串行口，利用IAP功能通过串行口便可将PC机内的产品升级软件下载到产品中去，而实现产品软件升级换代。甚至在远程通过Modem对产品进行软件升级，这也将是以后各种电子产品发展的必然趋势。而在线升级离不开通信速率的自动适应。

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　　同步握手中断处理程序流程图如图4所示。从机在待机监控状态时，开放外部中断0，当主机访问从机时，先发送同步字节80H，再送FEH（也可为55H， AAH等），则当80H发出时从机RXD脚出现负跳变，触发外部中断0，启动定时器0对同步脉冲进行测量，同时关闭外中断0，并初始化串行口建立串行口数据接收，等待下一同步字节FEH，若同步成功则发应答信号，否则进入监控程序继续等待同步。所有数据收发完毕后再开放外中断0，进入监控待机状态。电子园51单片机学习网Md4| De/o
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4　结　语电子园51单片机学习网-iqHp:P8B${;` `
　　在自制的SST89C5X系列单片机IAP仿真系统上对文中提出的方法反复进行了测试，在从机主振为12 MHz条件下，从300～38 400 b／s范围的各种常用波特率从机均很好地适应。当波特率低于120 b／s时，定时器0会产生溢出，若主机可能用到此波特率，可以用T0中断计数对计数值进行修正。若采用查询RXD引脚电平的方式，则图1可进一步简化，即可以不用外中断0，这更能节约硬件资源。文中提出的方法可以很
'nqj&eI`NOv0方便地应用于多机分布式控制系统中，也可以应用于各种需要变波特率的场合。电子园51单片机学习网 VKc:Z;R|K.px.v
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