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  • 一同事问关于标题的相关事宜,简单截图,以示之~~~

    一同事问关于标题的相关事宜,简单截图,以示之~~~

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  • 波特率计算 STM32下的波特率和串口外设时钟息息相关,USART 1的时钟来源于APB2,USART 2-5的时钟来源于APB1。在STM32中,有个波特率寄存器USART_BRR,如下: STM32串口波特率通过USART_BRR进行设置,STM32的...
    波特率的计算

        STM32下的波特率和串口外设时钟息息相关,USART 1的时钟来源于APB2,USART 2-5的时钟来源于APB1。在STM32中,有个波特率寄存器USART_BRR,如下:


         STM32串口波特率通过USART_BRR进行设置, STM32的波特率寄存器支持分数设置,以提高精确度。USART_BRR的前4位用于表示小数,后12位用于表示整数。但是它还不是我们想要设置的波特率,想要设置我们串口的波特率大小还需要进行计算。其实有关波特率的计算是下面这一条表达式:

        从上面的表达式,我们引入了一个新量USARTDIV,它表示对串口的时钟源fck进行分频。假设我们已知道了波特率和fck时钟频率的大小,那么通过上式便可以计算出USARTDIV的具体大小,然后再通过USART的值大小对波特率寄存器进行设置。
        USARTDIV通过上面的表达式得出,是一个带有小数的浮点数(如27.75)。将小数部分和整数部分分开,分别得到一个整数值n(如27)和一个小数值m(如0.75)。有了这两个值我们便可以填写USART_BRR寄存器进而设置我们串口波特率大小了。
        将整数部分m(27 = 0x1B)直接写入USART_BRR的后12位部分;将小数部分n乘以16后得到的整数值(如0.75 x 16 = 12 = 0xC)写入USART_BRR前4位部分,最后USART_BRR的值为0x1BC。
    注意:如果小数部分乘以16之后仍带有小数,则要四舍五入去除小数部分得到一个新的整数,再将其写入USART_BRR的前四位。
     
    为什么在计算波特率的公式中要乘以16?
        ​我们知道串口通信是通过TXD和RXD这两条线进行通信的,当接收器的RXD连接着发送器的TXD,接收器的TXD连接着发送器的RXD,接收器和发送器可以通过RXD和TXD互传数据。当接收器检测到RXD这条线的电平被拉为低电平,立即开始接收发送器发送过来的数据,刚刚那个低电平只是一个告知接收器可以接收数据的起始位而已。
        在数据的传输中,信号可能受到一些干扰而产生一些抖动,如下图。如果接收端只对这些信号数据采样一次,那么它有可能采样到的是抖动的不准的数据,进而使数据传输不准确,所以接收端在采样数据线上的数据,通常都要采样多次,然后通过比较获得准确的数据。
      
        
         前面已经说过, USARTDIV, 它表示对串口的时钟源fck进行分频 ,而这16表示的正是1bit数据的采样次数。为什么呢?
         ,将这个表达式的分子分母倒过来,可以得到下面这条表达式
        
         每一位的传输时间只有1/TX_baud,这个总时间除以16,所以每采样一次的时间正好是T1,即新分频后的周期。而初始的串口时钟信号来自于 APBx,APBx时钟信号需要经过分频才会等于T1,所以才需要分频USARTDIV。

    转载于:https://www.cnblogs.com/cposture/p/4268910.html

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  • USART波特率 vs SPI速率

    千次阅读 2019-11-18 21:00:00
    本文主要结合STM32,讲述UART和SPI有关速率相关的知识。在回答上面问题之前,需要先了解STM32内部时钟的概念,尤其是串口和SPI的内部时钟。STM32里包含有系统时钟、AHB时钟和APB时钟。APB时钟来源于AHB,AHB时钟来源...
    本文主要结合STM32,讲述UART和SPI有关速率相关的知识。

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    在回答上面问题之前,需要先了解STM32内部时钟的概念,尤其是串口和SPI的内部时钟。

    STM32里包含有系统时钟、AHB时钟和APB时钟。APB时钟来源于AHB,AHB时钟来源于系统时钟。

    640?wx_fmt=png

    从上图中可以看出,时钟就像流水一样,从时钟源汇聚到系统时钟上,再从系统时钟继续分频或者说是继续分发到AHB、APB。

    通常我们谈论的MCU能跑到多少M、主频多少M,其实所指的就是系统时钟。

    这些时钟在不同的STM32系列中是不一样的,我们以STM32F401为例,手册上说它的APB1的最高时钟是42MHz,APB2的最高时钟是84MHz,不同的外设因为挂在不同的总线上,所以速度就不太相同了。比如USART1挂在APB2上,所以它的时钟最高就是84MHz, USART2是挂在APB1上,它的总线时钟最快就是42MHz。当我们配置串口的时候会发现,USART2的 baudrate 最高是2.625Mbit/s,但是同样配置的USART1却可以达到5.25Mbit/s,这就是因为所在的总线时钟的不同而不同。

    那我们怎么知道使用的USART1、USART2到底挂在哪条总线上呢?去从数据手册里寻找,直接在手册里搜索关键词APB1或者APB2就可以快速找到列表。

    2.串口的过采样技术规范

    比如说做数据的接收,我们可以看到串口是通过过采样技术来实现对数据的接收,因为它没有时钟线,只能通过高于波特率的16倍或者8倍对总线上的数据一个一个地进行采集,根据最后采集到的情况来判断信号的状态。

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    举个例子,当我们采集START信号的时候,实际上它要求采集到1110 x0x0x0 000这样固定的序列的时候才认为是一个起始信号。START信号在串口里是一个bit的低电平信号,我们用16倍的速率进行采样,首先它在前面会做一个下降沿检测,这个检测是要在前面的4个bit能检测到1110,硬件会对总线上的数据根据采样点一直进行检测,这里的采样点就是APB的时钟,串口挂在不同的APB上用的时钟不一样。采样的时候采集到1110就知道是一个下降沿,后面的x意思是任意的,后面的几个位中至少需要检测到三个0,而最后边的三个位需要是连续的三个0,这样才能被判定是一个起始位。其实只是判断了3、5、7、8、9、10这六个点,只要是0,就可以确认了。这里我们是以START信号为例,其他信号也是这样的。

    可能有人会有疑问,x是任意的,不去检测,如果0不满足要求应该怎么办呢?

    如果3、5、7、8、9、10这六个点都是0,那就可以认为这是一个起始信号; 如果在 3、5、7和8、9、10这两个阶段都满足至少有两个bit是0的话,那就可以确认它是起始信号,确认的意思是说它里面的接收缓冲区非空,标志位就已经置上了,承认这个信号,但是还要给一个NE的标志位,因为虽然承认了这个信号,但里面是存在噪声的。 我们看串口的中断标志位的时候就可以看到,在它的错误事件里就有一个 NOISE FLAG,这个位就表示当串口在接收的时候,在总线上检测到的电平并不是一个标准的、完整的高电平或者低电平,会有错误但不影响整个数据的接收,如果在接收的时候开启了EIE位,错误可以产生一个中断,让MCU对总线上的情况有一个了解。
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    如果前三个bit满足条件,而后三个bit没有满足的话,那就说明这个数据是错误的,就不会置标志位了,只要在3、5、7和8、9、10这两个阶段中有一个阶段不满足条件,就不会置位,并且还会有噪声的说明。

    当然了,这些都是在检测下降沿没有问题的情况下来说的,如果说在检测下降沿1110都不完整或者是错误的,直接就会回到ideal状态,重新等待下一个数据发送过来。

    3.SPI 的速度为什么这么快?

    我们可以看一下SPI的时序图,图中上面两根线是CLOCK线,它根据配置的不同而不同,在CPHA=0时,即在第一个时钟沿进行采样,CPOL表示的是时钟的默认电平是高电平(CPOL=1)还是低电平(CPOL=0),这里看到的每个时钟都可以传输一个bit。

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    4.SPI速率是不是应该和系统时钟一样?

    其实不是,因为系统需要时间去获取采集到的数据,所以SPI的时钟分频系数最小是二分之一的分频,那么就是说SPI的速度是系统时钟的一半了。

    有人觉得同步传输明显优于异步传输,因为有时钟线,传输速率会更高。

    但其实这种说法并不是完全正确的,因为每一种传输方式都有自己的优势。比如串口有自动波特率的功能,就是说在接收的时候并不知道主机是按照什么样的波特率进行传输的,那就只能等主机发一个特定字节的数据过来并且检测数据的状态,然后自己硬件去设置波特率的寄存器,这样就可以在下一次传输的时候和主机使用相同的波特率。其次,在不同的温度范围内,内部的RC振荡器是有温漂的并且很大,最标准的校准方法是给它一个时钟沿,但是很多时候并没有这个时钟沿,那我们就可以用自动波特率。每次通讯的时候都采用自动波特率,就是每次都先接收,接收之后BRR寄存器里面的值就会随着温度的变化发生改变,MCU就可以根据BRR的值来调节HSITRIM。这个方法的好处是不需要提供一个非常标准的时钟,通过串口通讯这种异步的方式就可以把时钟信息传给单片机内部。

    ‧  END  

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  • SPI详解

    千次阅读 2017-06-08 09:12:53
    高速:SPI1和SPI2在stm32f103最高波特率为18MHZ,SPI1和SPI4在stm32f407最高波特率为37.5MHZ,SPI2和SPI3在stm32f407最高波特率为21MHZ. 全双工:可以同时接收和发送数据。 同步:接收端和发送端必须在同一时刻接收...
       SPI
    


    1,概念:SPI是一种高速的,全双工,同步的通信总线。
    高速:SPI1和SPI2在stm32f103最高波特率为18MHZ,SPI1和SPI4在stm32f407最高波特率为37.5MHZ,SPI2和SPI3在stm32f407最高波特率为21MHZ.
    全双工:可以同时接收和发送数据。
    同步:接收端和发送端必须在同一时刻接收和发送。

    2,接口
    它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,也可以三线进行单向传输。
    SDI – 主设备数据输入,从设备数据输出;
    SDO – 主设备数据输出,从设备数据输入;
    SCLK – 时钟信号,由主设备产生;
    CS – 从设备使能信号,由主设备控制。


    3,SPI的相位和极性
    CPOL极性:当CPOL为0时,SCLK在空闲时为低电平,当CPOL为1时,SCLK空闲时为高电平。
    CPHA相位:当CPHA为0时,在SCLK的前一边沿采样,后一边沿输出。当CPHA为1时,在SCLK的前一边沿输出,后一边沿采样。


    4,SPI初始化配置
    ①,spi的GPIO口配置
    ②,spi的输入输出模式:双线输入输出,双线输入,单线输出,单线输入
    ③,spi的主从模式:主模式,从模式
    ④,spi的极性和相位配置
    ⑤,spi的波特率配置

    ⑥,spi的发送顺序:高位先发送,低位先发送

    举例如下:

    void SPI2_Init(void)
    {	 
      GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
      SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
    	
      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//开启GPIOA时钟
      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//开启GPIOB时钟
      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);//开启SPI2时钟
     
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
      GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//100MHz
      GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;//下拉输入
      GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    	
      GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource13,GPIO_AF_SPI2); //PB13引脚复用到SPI2
      GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource14,GPIO_AF_SPI2); //PB14引脚复用到SPI2
      GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource15,GPIO_AF_SPI2); //PB15引脚复用到SPI2	
     
      RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE);//使能SPI2时钟
      RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,DISABLE);//不使能SPI2时钟
    
      SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI为双向双线全双工模式
      SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置为spi主模式
      SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//设置SPI为8位数据格式
      SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;		//串行同步时钟的空闲状态为低电平
      SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;	//设置SPI在SCLK的前一边沿采样,后一边沿输出。
      SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;		//配置CS引脚为软件控制
      SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;		//设置SPI的波特率预分频值为256
      SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;	//指定SPI传输从高位开始
      SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
      SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);  
      SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI2	 
    }


    5,SPI读写数据流程
    ①,CS引脚拉低,使能spi从设备
    ②,等待spi-buffer为空
    ③,把需要发送的数据放入spi-buffer(若为读数据,则发送0xff)
    ④,等待接收完一个数据,把spi-buffer数据放入内存(若为写数据,则接收的数据无用,可丢弃)
    ⑤,CS引脚拉高,失能spi从设备

    举例如下:

    u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
    {		
    	u16 retry = 0;	
    	u8 ret;
    	SPI2_NSS(0);    //拉低CS电平
    	while(0 == (SPI2->SR & 1 << 1)) //等待发送区空
    	{
    		retry++;
    		if(retry > SPI_REG_TIMEOUT)
    		{
    			SPI_PRINT("debug SPI Send Data TIMEOUT\r\n");
    			return 0;
    		}
    	}			   
    	SPI2->DR = TxData; //发送一个byte 
    	retry = 0;
    	while(0 == (SPI2->SR & 1 << 0)) //等待接收完一个byte  
    	{
    		retry++;
    		if(retry > SPI_REG_TIMEOUT)
    		{
    			SPI_PRINT("debug SPI Send Data TIMEOUT\r\n");
    			return 0;
    		}
    	}	  						    
    	ret = SPI2->DR; //保存接收到的数据
    	SPI2_NSS(1);    //拉高CS电平			    
    	return ret;
    }



    6,SPI配置心得
    在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求,因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数据,是在时钟的下降沿还是上升沿输出数据。但要注意的是,由于主设备的SDO连接从设备的SDI,从设备的SDO连接主设备的SDI,从设备SDI接收的数据是主设备的SDO发送过来的,主设备SDI接收的数据是从设备SDO发送过来的,所以主设备这边SPI时钟极性的配置(即SDO的配置)跟从设备的SDI接收数据的极性是相反的,跟从设备SDO发送数据的极性是相同的。
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