詳解波特率發(fā)生器編程/計(jì)算/波特率選擇

　　波特率發(fā)生器是什么

　　在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變次數(shù)來表示。而波特率發(fā)生器的作用是從輸入時(shí)鐘轉(zhuǎn)換出需要的波特率clk。常用于單片機(jī)方面。每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘糠Q為位傳輸速率，簡稱比特率。比特率表示有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。波特率與比特率的關(guān)系是比特率=波特率X單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)。波特率是傳輸通道頻寬的指標(biāo)。

　　波特率發(fā)生器的波特率編程

　　一個(gè)完整的由verilog實(shí)現(xiàn)的波特率發(fā)生器：

　　module baud_gen（

　　clk_50MHz， rst_p， bclk

　　）;

　　input clk_50MHz; /*輸入的系統(tǒng)時(shí)鐘，50MHz*/

　　input rst_p; /*復(fù)位脈沖，高電平有效*/

　　/* 倍頻值16乘以9600波特率，即9600*16=153600，得到波特率發(fā)生器的實(shí)際輸出信號頻率為153.6kbit/s */

　　output bclk; // 輸出信號：UART（串口）波特率發(fā)生器輸出的時(shí)鐘脈沖，頻率：153.60kbps

　　//即每秒1536000個(gè)脈沖，*波特率發(fā)生器輸出脈沖bclk，注意：除了主頻分頻之外，

　　//還決定了這個(gè)信號的占空比，在本例中輸出信號占空比為 1:325

　　reg bclk; //寄存器數(shù)據(jù)類型bclk

　　reg ［8:0］ cnt; //寄存器數(shù)據(jù)類型cnt，9位，UART用它來記錄接收到的主頻脈沖個(gè)數(shù)，

　　//注意在修改輸出波特率值時(shí)，若占空比小于1：511，需要增加該變量所占位數(shù)

　　//以下語句利用同步計(jì)數(shù)器完成時(shí)鐘分頻，

　　always @（posedge clk_50MHz） begin /* 每當(dāng)信號clk_50MHz發(fā)生電平變化執(zhí)行以下語句 */

　　if（rst_p） begin /* 如果復(fù)位脈沖信號為高電平執(zhí)行以下語句 */

　　cnt 《= 0; //對主頻信號計(jì)數(shù)器cnt做非阻塞方式復(fù)位賦值，賦值為邏輯0 。此后每當(dāng)時(shí)鐘信號到來就變。

　　bclk 《= 0; /* 寄存器變量bclk賦值為邏輯0，使該脈沖信號復(fù)位為低電平，以低電平作為開始*/

　　end

　　else begin

　　/* 50MHz除以153600（UART實(shí)際頻率）等于325.5 即50_000_000 /153600 = 325.5（波特率除數(shù)） */

　　if（cnt 》 324） begin /*如果cnt的數(shù)值大于324，即cnt計(jì)數(shù)脈沖數(shù)等于325（0-324個(gè)脈沖）*/

　　cnt 《= 0; /* 50MHz主頻信號計(jì)數(shù)器cnt值，被非阻塞方式復(fù)位*/

　　bclk 《= 1; /*串口波特率時(shí)鐘脈沖信號bclk賦值為邏輯1，使該脈沖信號跳變到高電平周期*/

　　end

　　else begin

　　cnt 《= cnt + 1; /* 50MHz主頻信號計(jì)數(shù)器cnt值被非阻塞方式增量賦值（加1） */

　　bclk 《= 0; //波特率發(fā)生器時(shí)鐘脈沖信號bclk被非阻塞方式賦值為’0’，

　　//使該脈沖信號跳變到低電平周期*/

　　end

　　end

　　end

　　endmodule

　　波特率計(jì)算

　　在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)速率要有一定的約定，我們通過軟件對MCS—51串行口編程可約定四種工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率決定。

　　串行口的四種工作方式對應(yīng)著三種波特率。由于輸人的移位時(shí)鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不同。

　　一、方式0的波特率

　　方式0時(shí)，移位時(shí)鐘脈沖由56（即第6個(gè)狀態(tài)周期，第12個(gè)節(jié)拍）給出，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)移位時(shí)鐘，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。所以，波特率為振蕩頻率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影響，即： 方式0的波特率=fosc/12

　　二、方式l和方式3的波特率

　　方式1和方式3的移位時(shí)鐘脈沖由定時(shí)器T1的溢出率決定，故波特宰由定時(shí)器T1的 溢出率與SMOD值同時(shí)決定，即： 方式1和方式3的波特率=2SMOD/32·T1溢出率

　　其中，溢出率取決于計(jì)數(shù)速率和定時(shí)器的預(yù)置值。計(jì)數(shù)速率與TMOD寄存器中C/T的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)C/T=0時(shí)，計(jì)數(shù)速率=fosc/2；當(dāng)C/T=1時(shí)，計(jì)數(shù)速率取決于外部輸入時(shí)鐘頻率。

　　當(dāng)定時(shí)器Tl作波特率發(fā)生器使用時(shí)，通常選用可自動(dòng)裝入初值模式（工作方式2），在 工作方式2中，TLl作為計(jì)數(shù)用，而自動(dòng)裝入的初值放在THl中，設(shè)計(jì)數(shù)初值為x，則每過“256一x”個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器T1就會(huì)產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時(shí)應(yīng)禁止T1中斷。

　　波特率發(fā)生器的波特率選擇

　　在串行通訊中，收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳送率（波特率）要有一定的約定。在8051串行口的四種工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率控制。

　　方式0

　　方式0的波特率固定為主振頻率的1/12。

　　方式2

　　方式2的波特率由PCON中的選擇位SMOD來決定，可由下式表示：

　　波特率=2的SMOD次方除以64再乘一個(gè)fosc，也就是當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率為1/32fosc，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為1/64fosc

　　方式1和方式3

　　定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其公式如下：

　　T1溢出率= T1計(jì)數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)

　　式中T1計(jì)數(shù)率取決于它工作在定時(shí)器狀態(tài)還是計(jì)數(shù)器狀態(tài)。當(dāng)工作于定時(shí)器狀態(tài)時(shí)，T1計(jì)數(shù)率為fosc/12;當(dāng)工作于計(jì)數(shù)器狀態(tài)時(shí)，T1計(jì)數(shù)率為外部輸入頻率，此頻率應(yīng)小于fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時(shí)器T1的工作方式、T1的預(yù)置值有關(guān)。

　　定時(shí)器T1工作于方式0：溢出所需周期數(shù)=8192-x 定時(shí)器T1工作于方式1：溢出所需周期數(shù)=65536-x

　　定時(shí)器T1工作于方式2：溢出所需周期數(shù)=256-x

　　因?yàn)榉绞?為自動(dòng)重裝入初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式，所以用它來做波特率發(fā)生器最恰當(dāng)。

　　當(dāng)時(shí)鐘頻率選用11.0592MHZ時(shí)，取易獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率，所以很多單片機(jī)系統(tǒng)選用這個(gè)看起來“怪”的晶振就是這個(gè)道理。

　　下表列出了定時(shí)器T1工作于方式2常用波特率及初值。

　　常用波特率 Fosc（MHZ） SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4H 1200 11.0592 0 E8H

　　例如9600 11.0592 0 FDH

　　T1溢出率= T1計(jì)數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)

　　產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)=256-FD（253）=3 SMOD=0 11059200/12*3 *1/32=9600