怎么测量实际的波特率、比特率?串口通讯协议用代码怎么验证?

通常用串口打印乱码大多是因为串口波特率不对。那么我们应该如何测量实际的波特率呢？在此之前，让我们回顾一下波特率的概念。

什么是波特率和比特率？

比特率的英文是Bitrate，它表示每秒传输的二进制位数，单位为比特/秒(bit/s)。

波特率的英文是Baudrate，它表示每秒传输的码元符号的个数，是衡量数据传输速率的指标。

码元是通信信号调制的概念。具有相同时间间隔的符号通常用于表示通信中的二进制数。这种的信号称为码元。

在普通通信传输中，0V代表数字0，5V代表数字1，所以一个码元可以代表0和1两种状态，所以一个码元等于一个二进制位，波特率与比特率一致。

如果0V、2V、4V和6V在通信传输中分别代表二进制数00、01、10和11，那么每个码元可以代表四种状态，即两个二进制位，因此码元数是二进制位数的一半，此时波特率是比特率的一半。

因为在许多常见的通信中，例如串口通讯中，一个码元代表两种状态，所以我们通常直接用波特率来表示比特率。

串口通讯协议

在串口通信的协议层，它规定了数据包的内容，由起始位、主数据、校验位和停止位组成。通讯双方的数据包格式应一致，才能正常收发数据。数据帧的组成如下：

让我们实际验证数据帧是否真的是这样，编写以下代码：

代码非常简单，即使用串口连续向外发送数据0xAA（当然也可以发送其他数据）。我们的串口配置如下：

我们可以用示波器或逻辑分析仪抓取实际信号，看数据是否符合上述格式。在这里，我们用逻辑分析仪来捕捉usart1的传输信号线（TX）：

从实际结果中，我们可以看出它确实是按照帧格式发送的。有些人可能对此有所怀疑。在上面的数据帧的图片中存在空闲状态。这是什么？空闲、空闲，当然不是在发送数据的状态，我们把代码改为：

初始化完成后，只发送一个0XAA，逻辑分析仪捕获的数据是：

可见，空闲状态是高电平。在前面的示例中，我们在while循环中发送了数据0XAA，因此没有空闲状态。

在这个实验中，我们需要知道两点是：

串口发送的数据首先是低位的。我们的单片机发送0XAA（10101010B），逻辑分析仪采集的有效数据为01010101b。

单片机的串口使用TTL电平，这是一个正的逻辑电平信号。逻辑分析仪采集的数据0对应实际电压0~0.5V，数据1对应实际电压2.4v~5V。

RS-232电平标准常与TTL电平标准相比较。例如，

TTL电平标准常用于普通电子电路中。在理想状态下，5V表示二进制逻辑1，0V表示逻辑0。为了提高串口通信的远距离传输和抗干扰能力，RS-232电平标准用-15V表示逻辑1，+15V表示逻辑0。

在旧的台式计算机中，通常有一个RS-232标准的COM端口(也称 DB9 接口)：

在这个示例程序中，我们将串口波特率设置为115200bps。在串口通信中，符号只由一个二进制数表示（即只有0 和 1两种状态），因此波特率和比特率是相等的。

比特率代表每秒传输的二进制位数，所以我们知道传输一比特数据的时间，我们能推导出波特率吗？从逻辑分析仪上我们可以知道，发送一位数据的时间如下：

发送一位数据的时间约为8.667us，因此可以计算出一秒钟发送多少位数据：

计算出的波特率为115380bps，非常接近115200bps。最后，肯定是有一定的错误。这个错误的原因包括逻辑分析仪的质量和我们的测量环境。但这个误差也在允许范围内。您可以看到串口助手接收到的数据是否正确：

可以看到接收到的数据是正确的，即波特率是正确的。

串口波特率对不上怎么解决？

在实践中。我们可能会遇到这样情况，即代码中配置的波特率与串口助手上设置的波特率相同，但仍然存在一个异常。

例如，如果我们向串口助手发送一个字符串，那么应该显示在串口助手上的字符串就被乱码了。或者我们发送一个数据到串口助手，发现数据被移动了。

在这种情况下，大多数波特率都不对应，因此我们必须检查底层文件。如果代码中波特率计算相关值（时钟）与实际情况不符，就会出现这样的现象。例如，我的一位同事以前遇到过这种情况，这就是原因。

在使用STM32时，通常使用外部晶体振荡器，如STM32F103系列。外置晶体振荡器的输入范围为4~16mhz:

经验值一般为8MHz，而且一般的demo工程底层代码里默认的也是设置为8MHz，比如：

但是如果实际晶体振荡器没有粘贴8m，就会出现问题（例如串口波特率不正确）。追溯到源代码，串口波特率被分配到USART_Init函数中的，打开这个函数：

计算串口波特率需要一个apbclock变量，而这个值得来源从RCC_GetClocksFreq函数来，再打开这个函数：

所以要注意的是，HSE_VALUE这个值要与实际做对应。

遇到这种问题找谁说理去。经验就是不断采坑不断积累的一个过程，早点遇到坑可能也是一件好事。像类似底层的问题很少遇到，但是一旦遇到那就得比较棘手的问题了，需要很有耐心地去查找。

能用稳定的芯片是一件很幸福的事情，用不稳定、不成熟的芯片的时候，那个才是真的难啊，遇到问题真是让人怀疑人生啊，软件、硬件、芯片都可能有问题。

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