1. 問題背景：

2. 問題分析:

3. 總結(jié):

1. 問題背景：

對(duì)于嵌入式開發(fā)者來說，串口應(yīng)該是應(yīng)用最廣泛的模塊，在日常客戶支持過程中經(jīng)常會(huì)有客戶問到一些關(guān)于串口通訊穩(wěn)定性的問題，比較典型的幾個(gè)問題如下：

在9600波特率能工作，但切換到115200就無法正常通訊，是不是和時(shí)鐘精度有關(guān)系？

串口穩(wěn)定通訊對(duì)時(shí)鐘精度的要求是多少，是否波特率配置越高對(duì)時(shí)鐘精度要求就越高？內(nèi)部RC能否滿足？

串口正常通訊了一段時(shí)間后通訊出錯(cuò)，是不是因?yàn)槔塾?jì)誤差太大了？

盡管網(wǎng)上鋪天蓋地的串口配置的資料，但對(duì)這些具體問題的描述確實(shí)不多，于是好好研究了一番。

2. 問題分析:

想回答這些問題還要從串口通訊的采樣時(shí)序說起，如上圖所示，根據(jù)串口的采樣特點(diǎn)不難看出，對(duì)于發(fā)送端來說，數(shù)據(jù)是在上升沿被drive到總線上，接收端在每個(gè)bit的中間位置采樣，這就意味著在最后一個(gè)Bit位采樣時(shí)，允許極限偏移為50%，假如用1個(gè)起始位+9個(gè)數(shù)據(jù)位+1個(gè)奇偶校驗(yàn)位+1個(gè)停止位來計(jì)算，那么每位偏差最高為：

±50% / 12 = ±4.16%

Note:對(duì)于有些支持過采樣的串口來說，采樣點(diǎn)可能不是50%中間位置，一般會(huì)更靠后，此處不展開討論；

假如用1個(gè)起始位+8個(gè)數(shù)據(jù)位+1個(gè)停止位來計(jì)算，那么每位偏差最高為：±50% / 10 = ±5%

而串口通信，要涉及到發(fā)送和接收兩端，當(dāng)一端為0誤差，另一端最大誤差可到4.16%，如果兩端誤差相同，那每端的最大誤差就只能是2.08%，這也就是為什么很多硬件老法師建議串口的波特率誤差控制在2%以內(nèi)。

±4.16% / 2 = ±2.08%

因此，對(duì)于串口通信來說，可以粗略認(rèn)為，當(dāng)時(shí)鐘誤差小于±2%時(shí)，通信是比較可靠的。對(duì)于客戶實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，考慮到UART是一個(gè)異步通訊，通訊的穩(wěn)定性取決于雙方的時(shí)鐘精度，不是說只有一方的精度滿足要求，系統(tǒng)就能正常工作，所以需要系統(tǒng)去考慮。

3. 總結(jié):

基于以上的分析，可以得出結(jié)論如下：

串口穩(wěn)定通訊和雙方的時(shí)鐘精度和有關(guān)，總誤差不能超過±4.16%，對(duì)于大部分全溫度范圍±1%的MCU來說，都能滿足基本的通訊需求。

串口通訊的累計(jì)誤差發(fā)生在每次數(shù)據(jù)(也可以簡單理解成每個(gè)字節(jié)，只是字節(jié)不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)橛袝r(shí)數(shù)據(jù)可能是9 bits)發(fā)送內(nèi)部，連續(xù)的多次發(fā)送之間沒有累計(jì)誤差，因?yàn)檫B續(xù)的多個(gè)字節(jié)發(fā)送都會(huì)被Start起始信號(hào)進(jìn)行重新同步，也就是說傳輸1個(gè)字節(jié)的誤差和傳輸1000個(gè)字節(jié)的誤差基本差不多；

串口是否穩(wěn)定通訊和波特率大小無關(guān)，并非波特率配置越高對(duì)時(shí)鐘精度要求就越高，只和每次發(fā)送的串口數(shù)據(jù)長度(包含起始位/數(shù)據(jù)位/奇偶校驗(yàn)位/停止位長度)有關(guān), 位長越長，對(duì)時(shí)鐘精度要求越高;

對(duì)于使用串口實(shí)現(xiàn)的LIN通訊，以上結(jié)論也基本適用;

以上結(jié)論僅從采樣時(shí)序的角度分析，不考慮外界電磁干擾的影響，因?yàn)橥ǔ２ㄌ芈试礁撸课粩?shù)據(jù)的時(shí)間長度越短，就越容易受到電磁干擾從而導(dǎo)致通信不可靠。

審核編輯 ：李倩

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