如何排查因波特率漂移導(dǎo)致的通訊異常問題

　　示波器的協(xié)議解碼功能大家都不生疏，你是否有過(guò)波形看起來(lái)正常，協(xié)議參數(shù)、解碼設(shè)置都正確，卻無(wú)法正常解碼的經(jīng)歷呢?本文以UART協(xié)議為例，分享由于波特率漂移導(dǎo)致通信異常的故障排查過(guò)程。

　　什么是波特率漂移呢?可以理解為被測(cè)部件晶振有偏差，導(dǎo)致實(shí)際波特率和正常的波特率不一致。為什么波特率漂移會(huì)導(dǎo)致通信異常呢?本文從波形出發(fā)，帶你自檢解碼結(jié)果。

　　一、波特率漂移導(dǎo)致通信異常的故障排查

　　引出這樣一個(gè)真實(shí)的例子，PC端發(fā)送串口數(shù)據(jù)為“0xEE 0x61 0x32 0xFF 0xFC 0xFF 0xFF”，示波器解碼結(jié)果為“0xEE 0x98 0xF6 0xFC 0xFF”初步判定通信故障。但協(xié)議參數(shù)設(shè)置和解碼設(shè)置都正確，為什么會(huì)出現(xiàn)收發(fā)不一致的現(xiàn)象呢?下文將解碼時(shí)協(xié)議參數(shù)設(shè)置中的波特率都設(shè)置為9600 bps，實(shí)際為9600 bps，10126 bps的波形圖解碼結(jié)果對(duì)比(如圖1所示)分析為例，分享波特率漂移后導(dǎo)致波形有偏差，從而出現(xiàn)通信異常的原因排查過(guò)程。

　　圖1 同一解碼波特率下的不同波形解碼結(jié)果圖

　　首先講講UART的解碼原理。當(dāng)示波器解碼UART信號(hào)時(shí)，將空閑電平之后的下降沿作為開始位，然后從波形中等間隔采樣，以等間隔時(shí)間段內(nèi)的采樣點(diǎn)中的多數(shù)狀態(tài)作為該位的解碼數(shù)值。不同波特率的波形，最小數(shù)據(jù)位寬不一致，時(shí)間T=1/采樣率，實(shí)際采樣率大的波形對(duì)應(yīng)的時(shí)間就小，所以從圖1中可看出波特率為10126bps的波形像往左偏移了。當(dāng)解碼時(shí)設(shè)置的波特率同為9600時(shí)，采樣點(diǎn)的位置是根據(jù)9600的波特率來(lái)確定的，當(dāng)實(shí)際采樣率和9600bps有偏差時(shí)，誤差會(huì)逐漸累積，從而導(dǎo)致解碼有偏差。設(shè)置的數(shù)據(jù)位寬越大，越容易疊加誤差。

　　二、自檢波特率方法

　　從波形出發(fā)，根據(jù)波形最小位寬估算波特率，此法適用于波特率偏差較大或不確定波特率該設(shè)置多少時(shí)。這是工程師們較習(xí)慣的自檢方法。估算波特率需要看波形中的最小位寬，從來(lái)圖 2看，時(shí)基檔位為100us，最小位寬剛好占一格，則最小位寬為100us左右，換算之后等于10000bps。想要得到更精確的波特率數(shù)值，可以使用示波器的測(cè)量功能。打開示波器面板中的【measure】，選擇波特率測(cè)量項(xiàng)，觀察波特率測(cè)量結(jié)果對(duì)比，如下圖 2紅框內(nèi)的測(cè)量結(jié)果。

　　開頭中引出的例子，正是因?yàn)椴ㄌ芈十a(chǎn)生了漂移，實(shí)際為10000 bps，而解碼時(shí)按照正常部件的9600bps來(lái)設(shè)置，這么一算，波特率誤差大于4%，因此會(huì)導(dǎo)致解碼結(jié)果不正確。換個(gè)晶振再解碼，通訊果然正常了。

　　圖 2 從波形最小位寬估算波特率圖

　　總結(jié)

　　在解碼中波特率雖然只是一個(gè)參數(shù)，但因其漂移產(chǎn)生的影響不容忽視，它可能就是導(dǎo)致通信故障的因素。解碼前注意檢驗(yàn)波特率，這么一個(gè)小細(xì)節(jié)也許可以省去日后排查故障的時(shí)間。從波形出發(fā)，重新審視示波器價(jià)值，它用來(lái)觀察波形和分析數(shù)據(jù)就是為了檢測(cè)被測(cè)部件是否正常的。