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[導(dǎo)讀]平時使用串口打印出現(xiàn)亂碼的,絕大部分原因是串口波特率沒對。那么,我們怎么測量實(shí)際的波特率呢?在這之前,順便一起回顧一下波特率的概念。什么是波特率、比特率?比特率(Bitrate)表示每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù),單位為比特每秒(bit/s)。波特率(Baudrate)表示每秒鐘傳送的碼...

平時使用串口打印出現(xiàn)亂碼的,絕大部分原因是串口波特率沒對。那么,我們怎么測量實(shí)際的波特率呢?在這之前,順便一起回顧一下波特率的概念。

什么是波特率、比特率?

  • 比特率(Bitrate)表示每秒鐘傳輸?shù)?code style="margin: 0px 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;font-size: 14px;border-radius: 4px;background-color: rgba(27, 31, 35, 0.0470588);font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;color: rgb(239, 112, 96);">二進(jìn)制位數(shù),單位為比特每秒(bit/s)。

  • 波特率(Baudrate)表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數(shù),是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)。

  • 碼元是通訊信號調(diào)制的概念,通訊中常用時間間隔相同的符號來表示一個二進(jìn)制數(shù)字,這樣的信號稱為碼元。


常見的通訊傳輸中,用 0V 表示數(shù)字 0, 5V 表示數(shù)字 1,那么一個碼元可以表示兩種狀態(tài) 0 和 1,所以一個碼元等于一個二進(jìn)制比特位,此時波特率的大小與比特率一致。


如果在通訊傳輸中,有 0V、2V、 4V 以及 6V 分別表示二進(jìn)制數(shù) 00、 01、 10、 11,那么每個碼元可以表示四種狀態(tài),即兩個二進(jìn)制比特位,所以碼元數(shù)是二進(jìn)制比特位數(shù)的一半,這個時候的波特率為比特率的一半。因?yàn)楹芏喑R姷耐ㄓ崳?/span>比如串口通訊)中一個碼元都是表示兩種狀態(tài),所以大家常常直接以波特率來表示比特率 。

串口通訊協(xié)議

在串口通訊的協(xié)議層中,規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容,它由啟始位、主體數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位以及停止位組成,通訊雙方的數(shù)據(jù)包格式要約定一致才能正常收發(fā)數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)幀組成如下:


下面,我們來實(shí)際驗(yàn)證一下其數(shù)據(jù)幀是不是真的是這樣的。編寫如下代碼:


代碼很簡單,就是使用串口不斷地往外發(fā)數(shù)據(jù)0xAA(當(dāng)然,發(fā)送其它數(shù)據(jù)也是可以的)。我們的串口配置如下:


我們可以使用示波器或者邏輯分析儀抓取實(shí)際信號看看數(shù)據(jù)是不是符合上面的幀格式。這里,我們使用邏輯分析儀抓取USART1的發(fā)送信號線(TX)


從實(shí)際結(jié)果中,我們可以看到的確是按幀格式來發(fā)的。這里可能會有人有疑問,上面那個數(shù)據(jù)幀的圖片中有個空閑狀態(tài),這個又是什么呢?空閑、空閑,當(dāng)然是沒有在發(fā)數(shù)據(jù)時候的狀態(tài)呀,我們把我們的代碼改為:


在初始化完成之后只發(fā)送一次0xAA,邏輯分析儀抓到的數(shù)據(jù)為:


可見,空閑狀態(tài)是個高電平。在上一個的范例中,我們一直在while循環(huán)中發(fā)送數(shù)據(jù)0xAA,所以就沒有空閑狀態(tài)。

在這個實(shí)驗(yàn)中,我們需要知道的是兩個點(diǎn)是:

  • 串口發(fā)送數(shù)據(jù)是低位先發(fā)的。我們單片機(jī)發(fā)0xAA(10101010B),所以邏輯分析儀抓到的有效數(shù)據(jù)是01010101B

  • 單片機(jī)的串口使用的是TTL電平,為正邏輯電平信號。邏輯分析儀抓到的數(shù)據(jù)0對應(yīng)著實(shí)際電壓0~0.5V,數(shù)據(jù)1對應(yīng)著實(shí)際電壓2.4V-5V,

經(jīng)常與TTL電平標(biāo)準(zhǔn)做對比的是RS-232電平標(biāo)準(zhǔn),如:


常見的電子電路中常使用 TTL 的電平標(biāo)準(zhǔn),理想狀態(tài)下,使用 5V 表示二進(jìn)制邏輯 1,使用 0V 表示邏輯 0;而為了增加串口通訊的遠(yuǎn)距離傳輸及抗干擾能力,RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)使用-15V 表示邏輯 1, 15V 表示邏輯 0。

在舊式的臺式計(jì)算機(jī)中一般會有 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)的?COM 口(也稱?DB9 接口) ?:


在這個示例程序中,我們設(shè)置的串口波特率為115200bps。在串口通訊中,碼元只用1個二進(jìn)制數(shù)來表示(即只有0 和 1兩種狀態(tài)),所以波特率與比特率在數(shù)值上是相等的。

而比特率表示的是每秒鐘傳輸?shù)?code style="margin: 0px 2px;padding: 2px 4px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;font-size: 14px;border-radius: 4px;background-color: rgba(27, 31, 35, 0.0470588);font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;color: rgb(239, 112, 96);">二進(jìn)制位數(shù),那我們知道傳一位數(shù)據(jù)的時間豈不是就可以反推出波特率是多少了嗎?從邏輯分析儀中,我們可以知道發(fā)送一位數(shù)據(jù)的時間如下:


發(fā)送一位數(shù)據(jù)的時間大約為8.667us,所以1秒鐘發(fā)送多少位數(shù)據(jù)是可以算出來的:


算出來的波特率為115380bps,與115200bps很相近。最終肯定是有一定的誤差,這個誤差產(chǎn)生的原因包括邏輯分析儀的質(zhì)量及我們的測量環(huán)境等等因素。但是,這個誤差也是在允許的范圍內(nèi)的,可以看看串口助手接收到的數(shù)據(jù)是不是正確的:


可見,數(shù)據(jù)接收正確,也就是波特率對的上了。

串口波特率對不上怎么解決?

在實(shí)際中。我們可能會遇到這樣的情況,代碼里配置的波特率與串口助手上設(shè)置的波特率一樣了,但還是出現(xiàn)異常情況。

異常情況如我們往串口助手發(fā)送字符串,串口助手上本該顯示的字符串出現(xiàn)了亂碼。或者我們往串口助手發(fā)送一個數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)移位了。

出這種情況大多是波特率對應(yīng)不上,我們就得自己檢查我們的底層文件了,代碼中的某個與波特率計(jì)算相關(guān)的值(時鐘)與實(shí)際不匹配了,就會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,比如之前我的一位同事就遇到這樣的情況就是這個原因?qū)е碌摹?/p>我們用STM32的時候,一般都是使用外部晶振,比如STM32F103系列,可輸入的外部晶振的范圍是4~16MHz


經(jīng)驗(yàn)值往往是8MHz,而且一般的demo工程底層代碼里默認(rèn)的也是設(shè)置為8MHz,比如:


但是,如果實(shí)際晶振貼的不是8M的話,就出問題了(比如串口波特率就不正確了)。追根溯源,串口波特率是配進(jìn)USART_Init函數(shù)中的,打開這個函數(shù):


計(jì)算串口波特率需要一個apbclock變量,而這個值得來源從RCC_GetClocksFreq函數(shù)來,再打開這個函數(shù):


所以要注意的是,HSE_VALUE這個值要與實(shí)際做對應(yīng)。

遇到這種問題找誰說理去?經(jīng)驗(yàn)就是不斷踩坑、不斷積累的一個過程,早點(diǎn)遇到坑可能也是一件好事。像類似底層的問題很少遇到,但是一旦遇到那就得比較棘手的問題了,需要很有耐心地去查找。

能用穩(wěn)定的芯片是一件很幸福的事情,用不穩(wěn)定、不成熟的芯片的時候,那個才是真的難啊,遇到問題真是讓人懷疑人生啊,軟件、硬件、芯片都可能有問題……

以上就是本次的筆記分享,希望各位喜歡!如有錯誤歡迎指出,謝謝!


END
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