波特率设计|单片机原理与接口技术

波特率是表征串行通信数据传输快慢的物理量。常用波特率有50bit/s、110bit/s、300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s、38400bit/s等。

每一位的传输时间定义为波特率的倒数。例如，波特率为9600bit/s的通信系统，其每位的传输时间应为T_d=1/9600ms=0.104ms。通常，异步通信的波特率在50～9600bit/s之间。

例7-1：设单片机以1200bit/s的波特率发送120字节的数据，每帧10位，问至少需要多长时间？

解：所谓“至少”，是指串行通信不被打断，且数据帧与帧之间无等待间隔的情况。需传送的二进制位数为10bit×120=1200bit，所需时间T=1200bit/1200（bit/s）=1s。

在串行通信中，为了保证接收方能正确识别数据，收发双方必须事先约定串行通信的波特率。通过软件可对单片机串行接口编程，由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。MCS-51单片机在不同的串口工作方式下，其串行通信的波特率是不同的，串行接口的四种工作方式对应三种波特率。其中，方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率决定。

1）方式0：波特率与系统时钟频率f_CLK有关。一旦系统时钟频率选定且在ISP编程器中设置好，方式0的波特率固定不变。

当用户在烧录应用程序时ISP编程器中设置单片机为6T/双倍速时，其波特率为f_OSC的1/6。若设置单片机为12T/单倍速时，其波特率为f_OSC的1/12。

例如，方式0的波特率计算公式为

2）方式2：波特率与系统时钟频率、SMOD位的值有关。其计算公式为

3）方式1和方式3：串行接口工作在方式1或方式3时，波特率设置方法相同，采用定时器T1或定位器T2作为波特率发生器。其计算公式为

其中，T1溢出率是指定时器T1每秒溢出的次数。由于T1每溢出一次所需的时间即为T1的定时时间，所以T1溢出率等于T1定时时间的倒数。T1溢出率计算公式为

的定时时间=（2ⁿ-计数初值

式中，n是定时器T1的位数，取值与T1的工作方式有关。若定时器T1为方式0，则n=13；若定时器T1为方式1，则n=16；若定时器T1为方式2或方式3，则n=8。分频单元的内部结构如图7-8所示。

图7-8 分频单元的内部结构

设计数初值为X，那么每过256-X个机器周期，T1产生一次溢出。此时，T1溢出率取决于T1的计数初值（TH1），T1溢出脉冲可有两种分频路径，即16分频或32分频，SMOD是决定分频路径的逻辑开关。如果SMOD=0，则为单倍波特率；如果SMOD=1，则为双倍波特率。

计算公式为

例如，使用单倍波特率，即SMOD=0，晶振频率为11.0592MHz，向T1寄存器TH1（=TL1）中载入F3H，即TH1=243，得波特率为

T1溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。在单片机的应用中，常用的晶振频率为6MHz或12MHz（11.0592MHz）。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行接口波特率以及各参数的关系见表7-4。

表7-4常用波特率参数

计数速率与（TMOD）的状态有关：=0，计数速率=f_OSC/12；=1，计数速率取决于外部输入时钟频率。

当设置定时器T2作为波特率发生器，定时器T2的溢出脉冲经16分频后作为串行接口发送脉冲、接收脉冲。其波特率计算公式为

在使用时钟振荡频率为12MHz时，将初值X带入公式计算出的波特率有一定误差。为减小波特率误差，可使用的时钟频率为11.0592MHz或22.1184MHz，此时定时初值为整数，但该外接晶振用于系统精确的定时服务不是十分的理想。例如，单片机外接11.0592MHz晶振频率时，机器周期=12/11.0592MHz≈1.085μs，是一个无限循环的小数。当单片机外接22.1184MHz晶振频率时，机器周期=12/22.1184MHz≈0.5425μs，也是一个无限循环的小数，因此不能够为定时应用提供精确的定时。

在实际使用时，经常根据已知波特率和时钟频率来计算T1、T2的初值。定时器T1和T2产生的常用波特率见表7-5和表7-6。

表7-5 用定时器T1产生的常用波特率

表7-6 用定时器T2产生的常用波特率

定时器T2作波特率发生器是16位自动重装载初值的，位数比定时器1作为波特率发生器要多（定时器T1作为串口波特率发生器工作在方式2是8位自动重装初值），因此可以支持更高的传输速度。(www.xing528.com)

设置波特率的常用初始化程序如下：

MOV TMOD，#20H；设置定时器T1工作在方式2

MOV TH1，#XXH；装载定时初值

MOV TL1，#XXH

SETB TR1；开启定时器T1

MOV PCON，#80H；波特率倍增

MOV SCON，#50H；设置串行接口工作在方式1

例7-2：设单片机系统时钟频率f_OSC为11.0592MHz，T2工作在波特率发生器方式，波特率为9600bit/s。

解：（1）设计分析

根据题意知，T2工作在波特率发生器方式，T2产生发送时钟和接收时钟，则TCLK=1、RCLK=1。

（2）求定时初值

选择T2为定时模式，启动T2工作，即TR2=1，选择向上计数，即DCEN=0，这时波特率计算公式为

取SMOD=0，由于MCU选12T，则n=32，已知波特率为9600bit/s，f_OSC为11.0592MHz。令N=（RCAP2H，RCAP2L），则

即TH2=FFH，TL2=DCH，RCAP2H=FF，RCAP2L=DCH。

（3）确定特殊功能寄存器T2CON、T2MOD值

T2CON=34H（即TCLK=1、RCLK=1、TR2=1），T2MOD=00H（即DCEN=0）。

程序如下：

InitUart：MOV SCON，#50H；串行接口工作在方式1

MOV T2MOD，#00；设置T2加法计数，时钟输出不使能

MOV T2CON，#34H；T2为波特率发生器并启动T2计数

MOV TH2，#0FFH；设置定时寄存器计数初值

MOV TL2，#0DCH

MOV RCAP2L，#0DCH；设置自动重装寄存器计数初值

MOV RCAP2H，#0FFH

RET

串行接口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器T1、串行接口控制和中断控制。具体步骤如下：①确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；②计算T1的初值，装载TH1、TL1；③启动T1（编程TCON中的TR1位）；④确定串行接口控制（编程SCON寄存器）；⑤串行接口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。

在串行通信中，收发双方必须采用相同的通信速率，即波特率。单片机串行通信以定时器T1和定时器T2作为波特率信号发生器，其溢出脉冲经过分频单元后送到收、发控制器中。

TMOD=0X20；定时器1工作于方式2

TH1=0XFD，TL1=0XFD；波特率9600bit/s

TR1=1；启动定时器l

SCON=0X50；设定串行接口工作于方式1

PCON=0X80；波特率倍增

IE=0X90；允许中断