MCU串口異步通訊過程中的奇偶校驗和停止位深入研究

在連續(xù)的高速異步通訊中，如果沒有作為握手用的信號位，那么如何辨識一個字符幀的開始變成了難題。從一串連續(xù)的數(shù)字中找出字節(jié)的幀頭，然后正確的識別出要傳輸?shù)男畔ⅲ�除非做多次嘗試，并且通訊雙方約定好起始信息，方可正確傳輸信息。此時，為了讓信號有較為明顯的辨識信息，增加奇偶校驗位，以及加長停止位的長度，都是一個提高幀起始判定的一種方法。

在波特率為115200的設置下，如果采用N，8，1的標準設置，可以從下面的波形圖中看出，如果連續(xù)發(fā)送字符0x55，則停止位到下一個起始位之間的脈寬是11.12us, 而標準的數(shù)字位的脈寬是8.83us。如果在兩個數(shù)據(jù)的發(fā)送之間沒有其他延時信號，則可能無法分辨出那一個位是一個字符幀的起始位，從而導致后續(xù)其它字符的幀錯誤。這樣在使用軟件方法做串行數(shù)據(jù)接收時，就會出錯。


圖1，在波特率115200時，標準位脈沖寬度為8.83us


圖2，在波特率115200時，停止位到下一個起始位的寬度可能更小，這里是11.12us。


圖3，出現(xiàn)幀判別錯誤的情形(這里是奇偶校驗設置不正確導致)。

為了解決這個異常，可以通過加長停止位的方法，提高軟件對起始位的識別幾率。因此上可以將常用的1個停止位，增加到1.5個或2個位長度。對于長線傳輸，為了檢查傳輸過程中信號是否受其他干擾而導致的翻轉(zhuǎn)，又在停止位之前，插入奇偶校驗位的方式，協(xié)議商定傳輸?shù)?的個數(shù)是奇數(shù)個或者偶數(shù)個，然后通過插補的方式確定每幀的情況相同。這樣，如果在接收端發(fā)現(xiàn)幀錯誤，可以及時檢查出來。

使用C51的發(fā)送程序：
sbit TXB = P3^1;
sbit RXB = P3^0;
bit bUartBusy; //串口正在使用的標志
unsigned char bEven; //用來計算偶校驗的和
#define ON 1
#define OFF 0
// #define EVENPARITY
//#define STOP2BITS

void SendChar(unsigned char c)
{
    unsigned char nCnt;
   
    TXB=0; //串口起始位開始
    TR0 = 1; //定時器0開始計時
    ET0 = 1; //使能定時器0中斷
    bUartBusy = ON;      
    //bUartBusy 在Timer0的服務程序中設置為OFF
    while(bUartBusy == ON); //維持當前TXB的電平，直到下一次中斷到來。輸出一個位寬的數(shù)據(jù)。
    //由低位開始，將數(shù)據(jù)通過串口輸出
   #ifdef EVENPARITY    //如果定義偶校驗
   bEven=0;           //偶校驗的初值為0.
   #endif
    for (nCnt = 0; nCnt < 8; nCnt++) {
        TXB =c & 0x01;  //輸出最低位
#ifdef EVENPARITY
        bEven = bEven + (c & 0x01); //偶校驗計算，把所有的1加起來
#endif
        c >>= 1;  //右移一位，準備在下個周期中輸出
        bUartBusy = ON;
       while(bUartBusy == ON);
    }
#ifdef EVENPARITY
    TXB=bEven & 0x1;   //取1的個數(shù)和作為偶校驗結(jié)果位發(fā)送。
    bUartBusy = ON;
    while(bUartBusy == ON);
#endif
    TXB = 1; // 發(fā)送第一個串口停止位  
    bUartBusy = ON;
    while(bUartBusy == ON);
#ifdef STOP2BITS    //如果定義2位停止位
    bUartBusy = ON;         //發(fā)送第2個停止位
    while(bUartBusy == ON);
#endif
    TR0 = 0; //定時器0結(jié)束計時
    ET0 = 0; //禁能定時器0中斷   
}
定時器Timer0的中斷服務中，僅僅完成標志設置，確保每個數(shù)據(jù)位發(fā)送的延遲時間準確。
void Timer0ISR(void) interrupt 1 using 1
{
    EA=0;
    bUartBusy=OFF;
    EA=1;
}
關(guān)于定時器的工作模式和時間間隔設置如下：
void uartInit(void)
{
    AUXR |= 0x80; //Timer0為1T模式
    TMOD &= 0xF0; //設置Timer0為模式0(16位自動重裝載)
    //設置Timer0的計數(shù)器初值
    TL0 = (0xFFFF - MCUFREQ / UARTBAUD) & 0xFF;
    TH0 = ((0xFFFF - MCUFREQ / UARTBAUD) >> 8) & 0xFF;
    TR0 = 0;
    ET0 = 0;
    EA = 1;
}

其中：AUXR 為特殊功能寄存器，地址為0x8e。
sfr AUXR=0x8E;
#define MCUFREQ   11059200  //系統(tǒng)主頻為11.0592MHz
#define UARTBAUD 115200      //串口通訊的波特率

此時，數(shù)據(jù)的波形變化如下：

取其中的一個字符分析如下：完整的字符幀包括8位數(shù)據(jù)位，1個起始位，1個偶校驗位，2個停止位。示意圖如下所示。


在數(shù)據(jù)接收時，在雙方的發(fā)送接收參數(shù)都協(xié)商好以后，通過對重復的停止位，校驗位進行確認，就可由大量數(shù)據(jù)中判定出數(shù)據(jù)的起始位等信息。否則，需要定義握手信息來確認是否通訊正常。