51 单片机串行通讯中波特率的自动检测

本文介绍一种在 80C51 串行通讯应用中自动检测波特率的方法。按照经验，程序起动后所接收到的第1个字符用于测量波特率。
这种方法可以不用设定难于记忆的开关，还可以免去在有关应用中使用多种不同波特率的烦恼。人们可以设想：一种可靠地实现自动波特检测的方法是可能的，它无须严格限制可被确认的字符。问题是：在各种的条件下，如何可以在大量允许出现的字符中找出波特率的定时间隔。
显然，最快捷的方法是检测一个单独位时间（single bit time），以确定接收波特率应该是多少。可是，在 RS-232 模式下，许多 ASCII 字符并不能测量出一个单独位时间。对于大多数字符来说，只要波特率存在合理波动（这里的波特率是指标准波特率），从起始位到最后一位“可见”位的数据传输周期就会在一定范围内发生变化。此外，许多系统采用 8 位数据、无奇偶校验的格式传输 ASCII 字符。在这种格式里，普通 ASCII 字节不会有 MSB 设定，并且，UART总是先发送数据低位（LSB），后发送数据高位（MSB），我们总会看见数据的停止位。
在下面的波特率检测程序中，先等待串行通讯输入管脚的起始信号（下降沿），然后起动定时器T0。在其后的串行数据的每一个上升沿，将定时器 T0的数值捕获并保存。当定时器T0溢出时，其最后一次捕获的数值即为从串行数据起始位到最后一个上升沿（我们假设是停止位）过程所持续的时间。
CmpTable 表格列出了每一波特率的最大测量时间。这些数据是经过选择的，所以，4 个数据位时间（加上起始位时间）仍可产生正确的波特率。
使用这种方法时，必须遵守一个假设：这种技术仅取决于所接收到的一个字符，接收这个字符的波特率必须大于最低波特率。本质上来说，这意味着这个字符必须来自正常敲击键盘时所产生的字符。
在PC上，我们不可能快速、连续地敲击两个字符，以欺骗程序。但是，PC的功能键具有一个问题，因为它会连续发送两个紧挨着的字符，使程序检测得到错误的波特率。在为 12MHz时钟频率而设计的的例子程序中，其总采样时间大约为 65mS，大约可以在 RS-232 通讯中以300bps的速度发送两个字符。
假如使用了奇偶校验，当4 个MSB以及所接收字节的奇偶校验位均这同一值时，就可能会发生错误。这类错误的发生取决于系统是使用了奇校验或偶校验，可能发生于小写的字母“p”到“z”，还有花括号（｛｝）、垂直条（|）、波纹线（~），以及删除键“delete”。值得注意的是，惯常的提示符按键（如，空格键、回车键、及返回键），是没有这些限制的（奇数还是偶数的限制？）。
在以此方式运行程序时，如第一个字节已经过去，但串行口（UART）的波特率未能正确设置，那将造成用于检测波特率的第一个字符丢失。同样，如果在正常通讯中检测到串行口的通讯“帧”错误，绝大部分“实时”程序必须重复这一检测波特率的过程。
如需采用另外设定的晶体振荡频率、波特率，请使用下列公式计算 CmpTable的表项目：

记住，表项目是两个字节的数值，所以上述公式的结果一定要分成高位字节及低位字节（如果采用十六进制，则容易得出高位、低位字节）。当然，也可以用汇编程序来完成所有的运算。
上述的公式是由以下得来的：


备注：在 8-N-1 格式的数据通讯中，‘#-of-bits’(“可见”位数)是 9，以及‘bits-to-recognize’（最小认可位数）是5。

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；自动的波特率检测程序
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$ Title(Automatic Baud Rate Detection Test)
$ Date(12–16–91)
$ MOD552
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； Definitions
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RX BIT P3.0 ；串行口的接收管脚
CharH DATA 30h ；捕获定时器T0的高位字节
CharL DATA 31h ；捕获定时器T0的低位字节
BaudRate DATA 32h ；存贮最终确定的波特率
Display EQU P4 ；显示结果的端口
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； Reset and Interrupt Vectors
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ORG 8000h
Start: ACALL AutoBaud ；检测波特率
MOV Display, BaudRate ；显示波特率值
SJMP Start
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； Subroutines
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；AutoBaud Rate Detect Routine.
；通过测量接收第一个字符所需要的时间来确定波特率。部分接收字符可能会发生错误，
；主要是那些以3（4？）位同样数值结束的字符。波特率指针（检测结果）保存在ACC中。
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AutoBaud: MOV TMOD, #01h ；初始化T0(串行口波特率定时器)
MOV TH0, #0 ；将T0 置于16位定时器模式
MOV TL0, #0
MOV TCON, #0
MOV CharH, #0 ；预置波特率检测结果
MOV CharL, #0
AB0: JB RX, AB0 ；等待串行通讯起始
SETB TR0 ；起动定时器 T0
AB1: JB TF0, AB3 ；检查定时器是否溢出？
JNB RX, AB1 ；检测串行信号上升沿？
MOV CharH, TH0 ；在串行信号上升沿捕获定时器T0数值
MOV CharL, TL0
AB2: JB TF0, AB3 ；检查定时器是否溢出？
JB RX, AB2 ；检查串行信号下降沿？
SJMP AB1 ；返回，继续采集
AB3: CLR TR0 ；最大的采集时间已经超过，检查结果
CLR TF0 ；清除定时器溢出标志
MOV BaudRate, #19 ；设置波特率表指针
CmpLoop: MOV A, BaudRate
MOV DPTR, #CmpTable
MOVC A, @A+DPTR ；取一个表项目（高位字节）以进行比较
DEC BaudRate
CJNE A, CharH, Cmp1 ；捕获值与表项目的高位字节相等？
SJMP CmpLow ；高位字节相等，检查低位字节
Cmp1: JC CmpMatch ；表项目小于定时值，则符合？
DJNZ BaudRate, CmpLoop ；未至表项目的结尾，则继续？
SJMP CmpMatch ；至比较结束
CmpLow: MOV A, BaudRate
MOVC A, @A+DPTR ；取一个表项目（低位字节）以进行比较
CJNE A, CharL, Cmp2 ；捕获值与表项目的低位字节相等？
SETB C ；结果相等
Cmp2: JC CmpMatch ；如果表项目＜定时值，则置位C
DJNZ BaudRate, CmpLoop ；未至表项目的结尾，则继续？
CmpMatch: MOV A, BaudRate ；数据比较完成
CLR C ；产生结果（波特率索引）
RRC A
MOV BaudRate, A ；保存结果
RET
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； CmpTable 比较表
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；比较表所保持的定时值用于公认的波特率转换情况。表项目为低位（LSB）、高位（MSB）。
；这些数据是以12MHz为基准操作。
CmpTable: DB 40h,0 ；0 – 超出范围，值太低
DB 80h,0 ；1 – 38400 baud.
DB 0,01h ；2 – 19200 baud.
DB 0,02h ；3 – 9600 baud.
DB 0,04h ；4 – 4800 baud.
DB 0,08h ；5 – 2400 baud.
DB 0,10h ；6 – 1200 baud.
DB 0,20h ；7 – 600 baud.
DB 0,40h ；8 – 300 baud.
DB 0,80h ；9 – 超出范围，值太高
END