某日,一工程師咨詢在使用STM32F407 MCU開發產品時用到UART5和USART6做串行異步通信,將二者波特率配置為1200bps時,發現UART5正常,而USART6工作不正常。
咋聽起來的確有點奇怪。懷疑其相關配置有問題,查看代碼并無異常,而且當波特率調高時,二者都表現正常。這基本斷定代碼配置沒有邏輯或流程上的錯誤。
結合技術手冊來看,UART5與USART6的差別主要體現在掛在不同的外設總線上,UART5掛在APB1上,USART6掛在APB2總線上。對于32f407而言,APB1最高時鐘42M, APB2最高時鐘可達84M。

經進一步了解,客戶系統的APB1總線時鐘工作在42M,APB2總線時鐘工作在84M?蛻艄こ處熓褂ST官方參考固件庫進行開發。如果利用庫來開發的話,對于UART波特率的設定,只需要在相應變量位置填入你期望的波特率數值即可,至于具體的寄存器配置是通過庫函數調用實現的。用固件庫操作的話,工程師往往并沒怎么在意這個實現過程。
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USARTx, &USART_InitStructure);
這里有必要看看關于STM32F407 UART的波特率的設置及實現。UART的波特率具體是 通過USART_BRR寄存器來配置實現的,具體是用USARTDIV來設置。
關于波特率、外設時鐘、USART_BRR的配置參數有如下關系式:
上圖算式中OVER8取0或1,8 x( 2-OVER8) 分別代表過采樣的外設時鐘個數16或8。Fck表示UART所對應的外設時鐘【APB1或APB2】,USARTDIV就是對應 某波特率和外設時鐘及過采樣情況下要填入USART_BRR寄存器中的數字。
結合上面的計算,這個USARTDIV很可能就不是整數,可能是帶小數的數字,這正好滿足USART_BRR內部寄存器內部的2部分設計,DIV_MANTISSA【11:0】和DIV_Fraction【3:0】。DIV_MANTISSA放USARTDIV的整數部分,DIV_Fraction放USARTDIV的小數部分。當然,放入DIV_Fraction的數字是將小數部分折算成多少個采樣時鐘個數后來存放的。具體細節請查看stm32f4系列參考手冊相關部分,這里不細化了。
細心的人可能會發現,因為USART_BRR寄存器的整數部分DIV_MANTISSA【11:0】是12位,加上小數部分,USARTDIV最大只能為4096。顯然,根據上面算式不難理解在外設頻率一定、采樣頻率一定的情況下,那個波特率的設計值是有一定范圍的,并不能隨意地天馬行空。不然,你所需要的USARTDIV根本沒法在USART_BRR寄存器中實現。
講到這里,大家或許明白了為什么會出現文章開頭提出的疑問。我們可以核實下,此時UART5的APB1總線時鐘42M,假如過采樣為16、波特率為1200的話,可以算得此時的USARTDIV 為2187.5;而UART6此時的APB2總線時鐘為84M,同樣假如過采樣為16,波特率1200的話,不難算得此時的USARTDIV為 4375,顯然4375遠超出USART_BRR寄存器中USARTDIV所能實現的數據范圍了。如果通過調用庫函數做黑匣子式地修改USART_BRR的話,就會導致實際配置的波特率跟期望值大相徑庭而不不自知。
既然知道原因就好辦了,可結合產品應用需求具體調整來解決該問題,比方調整UART口或者調整APB2的工作時鐘等。