MCU串口異步通訊過(guò)程中的奇偶校驗(yàn)和停止位深入研究

ID:91442 · 發(fā)表于 2015-10-29 12:46

在連續(xù)的高速異步通訊中，如果沒(méi)有作為握手用的信號(hào)位，那么如何辨識(shí)一個(gè)字符幀的開(kāi)始變成了難題。從一串連續(xù)的數(shù)字中找出字節(jié)的幀頭，然后正確的識(shí)別出要傳輸?shù)男畔ⅲ亲龆啻螄L試，并且通訊雙方約定好起始信息，方可正確傳輸信息。此時(shí)，為了讓信號(hào)有較為明顯的辨識(shí)信息，增加奇偶校驗(yàn)位，以及加長(zhǎng)停止位的長(zhǎng)度，都是一個(gè)提高幀起始判定的一種方法。

在波特率為115200的設(shè)置下，如果采用N，8，1的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，可以從下面的波形圖中看出，如果連續(xù)發(fā)送字符0x55，則停止位到下一個(gè)起始位之間的脈寬是11.12us, 而標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字位的脈寬是8.83us。如果在兩個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送之間沒(méi)有其他延時(shí)信號(hào)，則可能無(wú)法分辨出那一個(gè)位是一個(gè)字符幀的起始位，從而導(dǎo)致后續(xù)其它字符的幀錯(cuò)誤。這樣在使用軟件方法做串行數(shù)據(jù)接收時(shí)，就會(huì)出錯(cuò)。

圖1，在波特率115200時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)位脈沖寬度為8.83us

圖2，在波特率115200時(shí)，停止位到下一個(gè)起始位的寬度可能更小，這里是11.12us。

圖3，出現(xiàn)幀判別錯(cuò)誤的情形(這里是奇偶校驗(yàn)設(shè)置不正確導(dǎo)致)。

為了解決這個(gè)異常，可以通過(guò)加長(zhǎng)停止位的方法，提高軟件對(duì)起始位的識(shí)別幾率。因此上可以將常用的1個(gè)停止位，增加到1.5個(gè)或2個(gè)位長(zhǎng)度。對(duì)于長(zhǎng)線傳輸，為了檢查傳輸過(guò)程中信號(hào)是否受其他干擾而導(dǎo)致的翻轉(zhuǎn)，又在停止位之前，插入奇偶校驗(yàn)位的方式，協(xié)議商定傳輸?shù)?的個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)或者偶數(shù)個(gè)，然后通過(guò)插補(bǔ)的方式確定每幀的情況相同。這樣，如果在接收端發(fā)現(xiàn)幀錯(cuò)誤，可以及時(shí)檢查出來(lái)。

使用C51的發(fā)送程序：
sbit TXB = P3^1;
sbit RXB = P3^0;
bit bUartBusy; //串口正在使用的標(biāo)志
unsigned char bEven; //用來(lái)計(jì)算偶校驗(yàn)的和
#define ON 1
#define OFF 0
// #define EVENPARITY
//#define STOP2BITS

void SendChar(unsigned char c)
{
unsigned char nCnt;

TXB=0; //串口起始位開(kāi)始
TR0 = 1; //定時(shí)器0開(kāi)始計(jì)時(shí)
ET0 = 1; //使能定時(shí)器0中斷
bUartBusy = ON;
//bUartBusy 在Timer0的服務(wù)程序中設(shè)置為OFF
while(bUartBusy == ON); //維持當(dāng)前TXB的電平，直到下一次中斷到來(lái)。輸出一個(gè)位寬的數(shù)據(jù)。
//由低位開(kāi)始，將數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出
   #ifdef EVENPARITY //如果定義偶校驗(yàn)
bEven=0;          //偶校驗(yàn)的初值為0.
#endif
for (nCnt = 0; nCnt < 8; nCnt++) {
      TXB =c & 0x01;  //輸出最低位
#ifdef EVENPARITY
      bEven = bEven + (c & 0x01); //偶校驗(yàn)計(jì)算，把所有的1加起來(lái)
#endif
      c >>= 1;  //右移一位，準(zhǔn)備在下個(gè)周期中輸出
      bUartBusy = ON;
   while(bUartBusy == ON);
}
#ifdef EVENPARITY
TXB=bEven & 0x1; //取1的個(gè)數(shù)和作為偶校驗(yàn)結(jié)果位發(fā)送。
bUartBusy = ON;
while(bUartBusy == ON);
#endif
TXB = 1; // 發(fā)送第一個(gè)串口停止位
bUartBusy = ON;
while(bUartBusy == ON);
#ifdef STOP2BITS //如果定義2位停止位
bUartBusy = ON;        //發(fā)送第2個(gè)停止位
while(bUartBusy == ON);
#endif
TR0 = 0; //定時(shí)器0結(jié)束計(jì)時(shí)
ET0 = 0; //禁能定時(shí)器0中斷
}
定時(shí)器Timer0的中斷服務(wù)中，僅僅完成標(biāo)志設(shè)置，確保每個(gè)數(shù)據(jù)位發(fā)送的延遲時(shí)間準(zhǔn)確。
void Timer0ISR(void) interrupt 1 using 1
{
EA=0;
bUartBusy=OFF;
EA=1;
}
關(guān)于定時(shí)器的工作模式和時(shí)間間隔設(shè)置如下：
void uartInit(void)
{
AUXR |= 0x80; //Timer0為1T模式
TMOD &= 0xF0; //設(shè)置Timer0為模式0(16位自動(dòng)重裝載)
//設(shè)置Timer0的計(jì)數(shù)器初值
TL0 = (0xFFFF - MCUFREQ / UARTBAUD) & 0xFF;
TH0 = ((0xFFFF - MCUFREQ / UARTBAUD) >> 8) & 0xFF;
TR0 = 0;
ET0 = 0;
EA = 1;
}

其中：AUXR 為特殊功能寄存器，地址為0x8e。
sfr AUXR=0x8E;
#define MCUFREQ 11059200  //系統(tǒng)主頻為11.0592MHz
#define UARTBAUD 115200    //串口通訊的波特率

此時(shí)，數(shù)據(jù)的波形變化如下：

取其中的一個(gè)字符分析如下：完整的字符幀包括8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位，1個(gè)偶校驗(yàn)位，2個(gè)停止位。示意圖如下所示。

在數(shù)據(jù)接收時(shí)，在雙方的發(fā)送接收參數(shù)都協(xié)商好以后，通過(guò)對(duì)重復(fù)的停止位，校驗(yàn)位進(jìn)行確認(rèn)，就可由大量數(shù)據(jù)中判定出數(shù)據(jù)的起始位等信息。否則，需要定義握手信息來(lái)確認(rèn)是否通訊正常。

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