波特率转换串行异步通信协议

异步通信协议规定每个数据以相同的位串行传送，每个串行数据自起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

起始位：发送设备发送一个数据时，先发一个逻辑“0”信号，占一位，提醒接收方准备接收。

数据位：信号位数可以为5、6、7或8 位。数据位从最低有效位开始逐位发送。

奇偶校验位：用于进行有限差错检测， 占一位。通信双方需约定－致的奇偶校验方式。

停止位：用于标志一个数据的传送完毕．一般用高电平．可以为1 位、1.5位、2 位。

波特率（ Baud ）：它是以每秒传送的二进制位数来度量的，单位为比特/秒（b/s）。PC机常用的波特率有： 50 、75 、110、150、300、600、1200、4800、9600和19200b/s 等几种。

串口通信，就是RS-232/RS-485通信，要求通信的双方波特率等通信格式一样才可以通信成功。可是在许多情况下，两种不同格式比如不同波特率的串口也要相互通信，这就必须进行串口波特率等格式的转换。解决波特率转化的途径有两种一是用单片机，接收时设置为跟上位PC机一致的波特事进行接收。发送时再设置为跟下位系统相同的波特察发送数据；二是用FPGA ， 利用VHDL设计出异步串行通信电路，直接接收PC 机的数据，自行转化为另一种波特率的事行数据再发送出去。

首先我们约定， PC机与FPGA 进行串行通信的波特率为9600，信息格式为8 个数据位， 1 个停止位， 1 个奇偶校验位。

控制下位系统进行工作的波特率为375k ，其信息格式为8 个数据位， 1 个停止位， l 个奇偶校验位。

对于接收Baud9600 （每位敷掘的位宽大约为104 μ s ）的数据而言， 采用的晶振必须要大于2 × 9600= 19200Hz 才行，考虑到发送数据需要产生375k 的时钟，被选用能被整除的24MHz 晶振。

接收过程始于在TXD9600端检测到负跳变时。此时，利用24MHz 的晶振分频得来的1MHz不断采样， 采样速率为波特率的104倍。。一旦检测到负跳变， 104计数据立即复位开始记数，当记数到52时把此刻的采样值寄存起来， 记数满104时一位数据采样完毕， 清零104 计数器，重新开始记数，对下一位数值进行采样寄存。2100433B

波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示 。

波特率发生器不是产生波特率的，波特率时钟频率/波特率因子=波特率。

波特率发生器的作用是从输入时钟转换出需要的波特率clk，即波特率时钟频率。

一个完整的由verilog实现的波特率发生器：

module baud_gen(

clk_50MHz, rst_p, bclk

);

input clk_50MHz; /*输入的系统时钟，50MHz*/

input rst_p; /*复位脉冲，高电平有效*/

/* 倍频值16乘以9600波特率，即9600*16=153600，得到波特率发生器的实际输出信号频率为153.6kbit/s */

output bclk; // 输出信号：UART（串口）波特率发生器输出的时钟脉冲，频率：153.60kbps

//即每秒1536000个脉冲，*波特率发生器输出脉冲bclk，注意：除了主频分频之外，

//还决定了这个信号的占空比，在本例中输出信号占空比为 1:325

reg bclk; //寄存器数据类型bclk

reg [8:0] cnt; //寄存器数据类型cnt，9位，UART用它来记录接收到的主频脉冲个数，

//注意在修改输出波特率值时，若占空比小于1：511，需要增加该变量所占位数

//以下语句利用同步计数器完成时钟分频，

always @(posedge clk_50MHz) begin /* 每当信号clk_50MHz发生电平变化执行以下语句 */

if(rst_p) begin /* 如果复位脉冲信号为高电平执行以下语句 */

cnt <= 0; //对主频信号计数器cnt做非阻塞方式复位赋值，赋值为逻辑0 。此后每当时钟信号到来就变。

bclk <= 0; /* 寄存器变量bclk赋值为逻辑0，使该脉冲信号复位为低电平，以低电平作为开始*/

end

else begin

/* 50MHz除以153600（UART实际频率）等于325.5 即50_000_000 /153600 = 325.5（波特率除数） */

if(cnt > 324) begin /*如果cnt的数值大于324，即cnt计数脉冲数等于325（0-324个脉冲）*/

cnt <= 0; /* 50MHz主频信号计数器cnt值，被非阻塞方式复位*/

bclk <= 1; /*串口波特率时钟脉冲信号bclk赋值为逻辑1，使该脉冲信号跳变到高电平周期*/

end

else begin

cnt <= cnt 1; /* 50MHz主频信号计数器cnt值被非阻塞方式增量赋值（加1） */

bclk <= 0; //波特率发生器时钟脉冲信号bclk被非阻塞方式赋值为’0’，

//使该脉冲信号跳变到低电平周期*/

end

end

end

endmodule

在串行通讯中,收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。

方式0

方式0的波特率固定为主振频率的1/12。

方式2

方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可由下式表示：

波特率=2的SMOD次方除以64再乘一个fosc,也就是当SMOD=1时,波特率为1/32fosc,当SMOD=0时,波特率为1/64fosc

方式1和方式3

定时器T1作为波特率发生器,其公式如下：

T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数

式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。

定时器T1工作于方式0：溢出所需周期数=8192-x 定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-x

定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-x

因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰当。

当时钟频率选用11.0592MHZ时,取易获得标准的波特率,所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。

下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

常用波特率 Fosc(MHZ) SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4H 1200 11.0592 0 E8H

例如9600 11.0592 0 FDH

T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数

产生溢出所需的周期数=256-FD(253)=3 SMOD=0 11059200/12*3 *1/32=9600

在串行通信中，收发双方对发送或接收的数据速率要有一定的约定，我们通过软件对MCS—51串行口编程可约定四种工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率决定。

串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输人的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不同。

一、方式0的波特率

方式0时，移位时钟脉冲由56(即第6个状态周期，第12个节拍)给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。所以，波特率为振荡频率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影响，即： 方式0的波特率=fosc/12

二、方式l和方式3的波特率

方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，故波特宰由定时器T1的 溢出率与SMOD值同时决定，即： 方式1和方式3的波特率=2SMOD/32·T1溢出率

其中，溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。计数速率与TMOD寄存器中C/T的状态有关。当C/T=0时，计数速率=fosc/2；当C/T=1时，计数速率取决于外部输入时钟频率。

当定时器Tl作波特率发生器使用时，通常选用可自动装入初值模式(工作方式2)，在 工作方式2中，TLl作为计数用，而自动装入的初值放在THl中，设计数初值为x，则每过“256一x”个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断，此时应禁止T1中断。这时，溢出周期为：2100433B