在戶用儀表（電能表、燃氣表、水表、熱能表等）自動
抄讀系統(tǒng)及工業(yè)控制系統(tǒng)中， 往往使用現(xiàn)場總線采用
有關通信規(guī)約進行數(shù)據(jù)交換以獲取有關信息。 而數(shù)據(jù)
通信一般使用主從應答的查詢方式， 其數(shù)據(jù)鏈路層一
般由前導字符、幀起始符、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域（包
含地址）、校驗碼、結束符等組成。 由于不同的工作環(huán)境
要求系統(tǒng)有不一樣的通信波特率，因此，戶用儀表等必
須有波特率自適應的軟硬件模塊， 達到現(xiàn)場系統(tǒng)配置
靈活，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的工作效率及可*性。
一、從機波特率的計算方法
設定通信時每字節(jié)的傳輸格式為：1個起始位、8個
數(shù)據(jù)位（低bit位在先）、1個停止位，如圖1所示。 服務器主
機在發(fā)送1幀信息之前先發(fā)送1個以上的前導字節(jié)FEh，
從機就是從1幀通信數(shù)據(jù)前的前導字符中提取相應的波
特率信息。 在發(fā)送前導字符FEh字節(jié)時bit位的傳輸如圖2
所示， 從機在起始位的下降沿CPU進行內部時鐘的開始
計數(shù)至上升沿時時鐘計數(shù)結束。 根據(jù)圖2可知，時鐘計數(shù)
的1/2即為波特率傳輸1個bit位所需的時間。
二、硬件的工作原理
本文選擇MSP430系列單片機作為從機的微控制
器，采用模擬串口的異步半雙工通信方式（因有些型號
單片機不帶串行通信口）。MSP430系列單片機是由美國
TI公司設計制造的，是一種具有超低功耗并且功能強大
的單片機，系列型號以FLASH芯片為主，單片機自身帶
有JTAG仿真接口，調試工具簡單、使用方便，非常適合
戶用儀表等低功耗產品的開發(fā)。
MSP430系列單片機的定時器系統(tǒng)由一個16位的定
時計數(shù)器及對應的多組具有輸入捕獲或比較功能的
CCRx寄存器組成。 每個CCRx寄存器能獨立選擇輸入捕
獲或比較功能中的一種模式， 通過簡單的控制字設置
就能相互轉換。 定時計數(shù)器有多種時鐘源選擇方式（如
外部輸入、晶體振蕩器、內部數(shù)控（DCO）的RC振蕩器
等），并有停止、增計數(shù)、連續(xù)、增/減計數(shù)4種工作模式。
每個CCRx寄存器都具有外接輸入信號及控制輸出功
能，當單個CCRx寄存器啟動捕獲功能時，輸入的邊沿觸
發(fā)信號能把定時計數(shù)器內的當時值拷貝到CCRx寄存器
并能響應中斷處理。 而當CCRx寄存器啟動比較功能，且
CCRx寄存器的值與定時計數(shù)器的值相同時，能產生預置
的bit位輸出信號并響應中斷處理。 在1幀數(shù)據(jù)的應答通
信過程中時間比較短，此時間內溫度變化很小，可認定
當時內部DCO的RC振蕩值是個相對穩(wěn)定值，而波特率的
計算只是1個bit位所占用的多少個定時器的時鐘數(shù)，因
此不必考慮高精度的晶體振蕩器作為時鐘源，可以使用
內部的DCO振蕩器作為數(shù)據(jù)通信的時鐘源， 因為通信時
的波特率計時的時鐘脈沖數(shù)對時鐘源的準確度沒有要
求，只要保證傳送1幀信息的時鐘穩(wěn)定性就能可*工作。
考慮到單片機波特率計算會產生的時鐘誤差及1個字節(jié)
可能產生時鐘累積誤差，一般要求定時器的時鐘頻率大
于最高波特率的100倍以上，使每傳輸1個字節(jié)時的時鐘
誤差積累不會引起通信誤碼。 對于仿真的模擬串口利用
定時器捕獲模式對端口上、下沿的信號進行捕捉，獲取
接收時第一個前導碼字節(jié)（FEh）兩個低電平bit位的時鐘
周期數(shù)，從而計算出波特率發(fā)生的正確時序。 從機定時
器的捕獲模式還能感應接收字節(jié)起始位的下降沿信號
以得到CCRx的時鐘值，利用波特率計算的時鐘數(shù)設置比
較模式的寄存器CCRx值， 下次比較模式產生中斷的
CCRx值=CCRx（當前值）+波特率計算的時鐘數(shù)。 注意，接
收時的D0位計算為1.5倍波特率計算的時鐘數(shù)，定時器的
比較模式中斷得到接收bit位的電平信號，如圖3所示。 當
從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，定時器的比較模式使用了單片機定時
器的PWM輸出模式1、模式5的方法，確定了輸出bit位的
電平同步信號，如圖4所示。 上述接收、發(fā)送數(shù)據(jù)信息的
處理在定時器中斷處理程序中完成。
三、軟件流程
（見圖5）
為了充分利用MSP430單片機的低功耗功能， 單片
機平時可以工作在休眠狀態(tài)，定時器初始化的工作模式
設為連續(xù)增計數(shù)方式， 根據(jù)相對應的捕獲/比較寄存器
CCRx初始化相應的通信輸入、輸出端口，設置定時器的
控制寄存器CCTLx為下降沿捕獲模式。 當有串行通信時
開啟定時器的時鐘， 同時產生定時器捕獲/比較模式
CCRx的中斷處理信號，在CCRx中斷處理程序中完成數(shù)
據(jù)通信。 為了防止通信過程中產生意外事故的死循環(huán)，
可在通信過程中設置一個看門狗，當然可以使用定時器
另外一組CCRx的比較模式功能來仿真看門狗程序。 當
通信結束時設置定時器的CCTLx為下降沿捕獲模式，為
了降低功耗還可以關閉定時器時鐘。
此方法已成功應用在總線制網(wǎng)絡水表的自動抄讀
系統(tǒng)上，在DCO頻率為3MHz時波特率（300~9600）BPS均
能正常工作。 實施的方法也可以移植到別的單片機系
列，尤其是沒有串口功能的單片機系統(tǒng)，有時還可以節(jié)
省系統(tǒng)硬件的通信資源
本文完整版本及圖列從這里下載:http://www.zg4o1577.cn/f/波特率自適應的模擬串行通信.kdh
程序詳見: http://www.zg4o1577.cn/mcu/1541.html
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