串行通信波特率的一種自動(dòng)檢測(cè)方法

串行通信波特率的一種自動(dòng)檢測(cè)方法

給出了一種利用接收到的字符信息檢測(cè)串行終端通信波特率的方法。此方法簡(jiǎn)單、可靠、易行，并給出了實(shí)現(xiàn)這種檢測(cè)方法的偽代碼。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)檢測(cè)；波特率

串行通信是終端和主機(jī)之間的主要通信方式，通信波特率一般選擇1800、4800、9600和 19200等。終端的類型有很多種，其通信速率也有很多種選擇。主機(jī)怎樣確定終端的通信速率呢？本文給出了一種簡(jiǎn)單、易行的方法：設(shè)定主機(jī)的接收波特率（以9600波特為例），終端發(fā)送一個(gè)特定的字符（以回車符為例），主機(jī)根據(jù)接收到的字符信息就可以確定終端的通信波特率。本文對(duì)這種方法予以詳述。

1　基本方法
　　回車符的ASCII值為0x0D。串行通信時(shí)附加一個(gè)起始位和終止位，位的傳輸順序一般是先傳低位再傳高位。此時(shí)回車符的二進(jìn)制表示方式為：

t54-1.gif (935 bytes)

圖1　回車符的位序列

　　串行通信中一個(gè)二進(jìn)制位的傳輸時(shí)間（記為T）取決于通信的波特率，9600波特時(shí)一個(gè) 二進(jìn)制位的傳輸時(shí)間是19200波特時(shí)一個(gè)二進(jìn)制位傳輸時(shí)間的兩倍，即：2*T19200=T 9600。因此，9600波特時(shí)一個(gè)位的傳輸時(shí)間，19200波特時(shí)可以傳輸兩個(gè)位。同樣地，9600波特傳輸兩個(gè)位的時(shí)間在4800波特時(shí)只能傳送一個(gè)位。主機(jī)設(shè)定接收波特率為9600，終端只有也以9600波特發(fā)送的字符，主機(jī)才能正確地接收。發(fā)送波特率高于或低于9600都會(huì) 使主機(jī)接收到的字符發(fā)生錯(cuò)誤。接收波特率為9600，終端以不同的波特率發(fā)送回車符時(shí)，主機(jī)接收到的二進(jìn)制序列如表1所示。
　　從表1中可以看出，除了19200和1800波特時(shí)兩種特例情況，其他情形的二進(jìn)制序列都是 9600波特時(shí)二進(jìn)制序列的變換。取前十個(gè)二進(jìn)制位與9600波特時(shí)的二進(jìn)制位相對(duì)應(yīng)。忽略缺少停止位‘1’引發(fā)的數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤，把接收到的字符表示成字節(jié)方式（如表1的最右列所示）。例如：在發(fā)送速率為1200波特，接收速率為9600波特時(shí)，主機(jī)得到的字節(jié)是0x80，而不是正確的回車符0x0D。因?yàn)樵诓煌陌l(fā)送速率下（9600，4800，2400，1200）得到的字節(jié) 不同，所以通過(guò)接收字符的判定就可以確定發(fā)送波特率。
　　發(fā)送波特率為19200時(shí)，其發(fā)送速度正好是接收速度（9600波特）的兩倍，因此發(fā)送端的兩個(gè)二進(jìn)制位會(huì)被接收端看作一個(gè)。取決于不同的串行接口硬件，‘01’和‘10’這兩種二進(jìn)制位組合可能被認(rèn)為是‘1’或者‘0’。幸運(yùn)的是，只有0～4位存在這樣的歧義問(wèn)題，后面的位因?yàn)槎际峭Ｖ刮?，所以都是?’。因此，發(fā)送速率為19200波特時(shí)接收到的字符其高半個(gè)字節(jié)為0xF。低半個(gè)字節(jié)可能是多個(gè)值中的一個(gè)，但不會(huì)是0x0，因?yàn)?x0D中有相鄰的兩個(gè)‘1’，這就會(huì)至少在低半個(gè)字節(jié)中產(chǎn)生一個(gè)‘1’。因此，整個(gè)字節(jié)的形式為0xF?，且低半個(gè)字節(jié)不為0。

表1 　不同波特率下的二進(jìn)制序列

波特率	接收到的二進(jìn)制位序列	字節(jié)表示
19200	0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	0xF?
9600	0　1　 0　1　 1　0 　0　 0　0 　1	0x0D
4800	0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1	0xE6
2400	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1	0x78
1800	0 0 0 0 0 x 1 1 1 1 x 0 0 0 0 0 1 1 1 1	0xE0
1800	0 0 0 0 0 x 1 1 1 1 x 0 0 0 0 0 1 1 1 1	0xF0
1200	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0	0x80
600	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1	0x00
300	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0	0x00
150	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0	0x00
110	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0	0x00

　　發(fā)送速率為1800波特時(shí)，因?yàn)?br>　　T1800=T9600*16/3，
而16/3不是整數(shù)，接收端二進(jìn)制位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)刻和9600波特不一一對(duì)應(yīng)，引起在接收端的一個(gè)位接收周期內(nèi)有狀態(tài)發(fā)生變化的可能。表1中給出的第六個(gè)位（表示為x）就是這種情況。因?yàn)閤有可能被看作‘1’，也有可能被看作‘0’，所以發(fā)送速率為1800波特時(shí)接收到的字節(jié)可能是0xE0或者0xF0。波特率為3600和7200時(shí)也有同樣的問(wèn)題，也可以采用同樣的方法，但不確定的位數(shù)會(huì)增加，需要檢測(cè)的字節(jié)種類也會(huì)更多。3600波特和7200波特的傳輸速率幾乎不采用，因此這個(gè)問(wèn)題并不嚴(yán)重。只要發(fā)送波特率在1200～19200之間，我們都可以通過(guò)接收到的一個(gè)字符對(duì)此波特率進(jìn)行唯一的判定。

2　低波特率的檢測(cè)
　　當(dāng)發(fā)送速率低于1200波特時(shí)，接收端收到的字節(jié)都是0x00，因此只能確定其速率低于12 00波特，而不可能再得到更多的信息。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在9600波特的速率下繼續(xù)接收下一個(gè)字節(jié)信息。發(fā)送速率為600波特或更低時(shí)，一個(gè)位的發(fā)送時(shí)間要大于9600波特時(shí)整個(gè)字節(jié)的接收時(shí)間。因此，發(fā)送端每一個(gè)從‘1’（終止位）到‘0’（起始位）的跳變都會(huì) 讓接收端認(rèn)為一個(gè)新的字節(jié)開始了。表2所示為600波特或更低的傳輸速率時(shí)接收端回車符的二進(jìn)制序列（只給出開始的一些位）。

表2　低波特率回車符的接收方式

波特率	9600波特二進(jìn)制序列	時(shí)間差（周期）	時(shí)間差（實(shí)時(shí)間）
600	16 0's　16 1's　16 0's	32	3.33ms
300	32 0's　32 1's　32 0's	64	6.66ms
150	64 0's　64 1's　64 0's	128	13.33ms
110	87 0's　87 1's　87 0's	174	18.13ms
75	128 0's　128 1's　128 0's	256	26.66ms
50	192 0's　192 1's　192 0's	384	4 0.00ms

　　600波特時(shí)，第一個(gè)從‘1’到‘0’的跳變?cè)诔跏蓟院蠹纯贪l(fā)生。這個(gè)跳變讓接收端得到字節(jié)0x00。第二個(gè)跳變?cè)诔跏蓟?16+16)*T9600秒以后發(fā)生，這會(huì)讓接收端認(rèn) 為另外一個(gè)字節(jié)開始接收了。一個(gè)二進(jìn)制位的接收時(shí)間是T9600，所以串行接口電路會(huì)在第一個(gè)跳變以后10* T9600秒提示第一個(gè)字節(jié)接收完畢，在(16+16+10)* T96 00秒以后提示第二個(gè)字節(jié)接收完畢。因此600波特時(shí)，第一個(gè)字節(jié)接收完畢和第二個(gè)字節(jié) 接收完畢的時(shí)間差是(16+16+10-10)* T9600=32* T9600秒。表2的第三列所示是把這個(gè)時(shí)間差以T9600的個(gè)數(shù)表示。因?yàn)門9600=1/9600秒=104.16毫秒，相乘可以得到兩個(gè)字節(jié)接收完畢的實(shí)時(shí)間差。不同發(fā)送波特率的時(shí)間差如表2的最后一列所示。有了這個(gè)時(shí)間差信息，就可以確定低傳輸速率時(shí)的波特率了：測(cè)定第一個(gè)和第二個(gè)字節(jié)的接收時(shí)間差，然后在時(shí)間差常數(shù)表（表2）里查出哪個(gè)波特率下的時(shí)間差與之最相近，對(duì)應(yīng) 的就是終端發(fā)送波特率。即使測(cè)定的時(shí)間差有些誤差，一般也可以正確地確定波特率。

3　實(shí)現(xiàn)方式
　　通過(guò)以上分析，各種波特率都可以通過(guò)回車符的發(fā)送和接收信息來(lái)測(cè)定，算法實(shí)現(xiàn)的偽代碼在本文的最后給出。應(yīng)用實(shí)踐證明了這種方法的有效性。
;　Pseudo code to determine what baud rate a transmitter is at,

on the b asis of a single

;　RETURN (0x0D) character received from it.

Initialise receive baud rate to 9600
Wait for Byte to be received
IF Byte = 0x00 THEN
　　　Start Timer
　　　REPEAT
　　　UNTIL (Timer > 50 ms OR New Byte Received)
　　　CASE Timer IN
　　　　1 ms-4 ms:? 600 Baud
　　　　5 ms-10 ms:? 300 Baud
　　　 11 ms-15 ms:? 150 Baud
　　　 16 ms-22 ms:? 110 Baud
　　　 23 ms-32 ms:? 75 Baud
　　　 33 ms-49 ms:? 50 Baud
　　　　　　　ELSE:? Timed out; reset
　　END CASE;
ELSIF Byte >= 0xF1 THEN
　　? 19200 Baud
ELSE
　　CASE Byte IN
　　　　0x0D:? 9600 Baud
　　　　0xE6:? 4800 Baud
　　　　0x78:? 2400 Baud
　　0xE0,0xF0:? 1800 Baud
　　　　0x80:? 1200 Baud
　　　　ELSE:? Line noise; reset
　　END CASE
END IF

作者簡(jiǎn)介：任貴勇(1973-)，男，江蘇銅山人，博士生，從事智能控制、精密伺服系統(tǒng)控制的研究。
作者單位：任貴勇(哈爾濱工業(yè)大學(xué)控制工程系，哈爾濱　150001)
　　　　　屈彥成(哈爾濱工業(yè)大學(xué)控制工程系，哈爾濱　150001)
　　　　　王常虹(哈爾濱工業(yè)大學(xué)控制工程系，哈爾濱　150001)

參考文獻(xiàn)：

［1］趙依軍等. 單片微機(jī)接口技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，1989.
［2］劉利. 軟硬件技術(shù)參考大全［M］.北京：學(xué)苑出版社，1993.
［3］張世一. 數(shù)字信號(hào)處理［M］. 北京：北京工業(yè)學(xué)院出版社，1987.

閱讀全文