波特率的计算

STM32 下的波特率和串口外设时钟息息相关,USART 1 的时钟来源于 APB2,USART 2-5 的时钟来源于 APB1。在 STM32 中,有个波特率寄存器 USART_BRR,如下:

 

 

STM32 串口波特率通过 USART_BRR 进行设置,STM32 的波特率寄存器支持分数设置,以提高精确度。USART_BRR 的前 4 位用于表示小数,后 12 位用于表示整数。但是它还不是我们想要设置的波特率,想要设置我们串口的波特率大小还需要进行计算。其实有关波特率的计算是下面这一条表达式:

 

 

从上面的表达式,我们引入了一个新量 USARTDIV,它表示对串口的时钟源 fck 进行分频。假设我们已知道了波特率和 fck 时钟频率的大小,那么通过上式便可以计算出 USARTDIV 的具体大小,然后再通过 USART 的值大小对波特率寄存器进行设置。

 

USARTDIV 通过上面的表达式得出,是一个带有小数的浮点数(如 27.75)。将小数部分和整数部分分开,分别得到一个整数值 n(如 27)和一个小数值 m(如 0.75)。有了这两个值我们便可以填写 USART_BRR 寄存器进而设置我们串口波特率大小了。

 

将整数部分 m(27 = 0x1B)直接写入 USART_BRR 的后 12 位部分;将小数部分 n 乘以 16 后得到的整数值(如 0.75 x 16 = 12 = 0xC)写入 USART_BRR 前 4 位部分,最后 USART_BRR 的值为 0x1BC。

 

注意:如果小数部分乘以 16 之后仍带有小数,则要四舍五入去除小数部分得到一个新的整数,再将其写入 USART_BRR 的前四位。

 

为什么在计算波特率的公式中要乘以 16

我们知道串口通信是通过 TXD 和 RXD 这两条线进行通信的,当接收器的 RXD 连接着发送器的 TXD,接收器的 TXD 连接着发送器的 RXD,接收器和发送器可以通过 RXD 和 TXD 互传数据。当接收器检测到 RXD 这条线的电平被拉为低电平,立即开始接收发送器发送过来的数据,刚刚那个低电平只是一个告知接收器可以接收数据的起始位而已。

 

在数据的传输中,信号可能受到一些干扰而产生一些抖动,如下图。如果接收端只对这些信号数据采样一次,那么它有可能采样到的是抖动的不准的数据,进而使数据传输不准确,所以接收端在采样数据线上的数据,通常都要采样多次,然后通过比较获得准确的数据。

 

 

前面已经说过,USARTDIV,它表示对串口的时钟源 fck 进行分频,而这 16 表示的正是 1bit 数据的采样次数。为什么呢?

 

 

将这个表达式的分子分母倒过来,可以得到下面这条表达式

 

 

每一位的传输时间只有 1/TX_baud,这个总时间除以 16,所以每采样一次的时间正好是 T1,即新分频后的周期。而初始的串口时钟信号来自于 APBx,APBx 时钟信号需要经过分频才会等于 T1,所以才需要分频 USARTDIV。