UART波形分析

Posted 2020-09-08 xliang1015

　　经常遇到初学者，对单片机串行通讯出了问题不知道如何办的情况。其实最有效的调试方法是用示波器观察收发数据的波形。通过观察波形可以确定以下情况：

1、数据是否接收或发送；

2、数据是否正确；

3、波特率是否正确；

一、串行数据的格式

　　异步串行数据的一般格式是：起始位+数据位+停止位，其中起始位1 位，数据位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。起始位是一个值为0的位，对于正逻辑的TTL电平，起始位是一位时间的低电平；停止位是值为1的位，对于正逻辑的TTL电平，停止位是高电平。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。对于数据0xAA， 8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。

图1、TTL电平的串行数据帧格式(0xAA)

图2、RS-232电平的串行数据帧格式(0xAA)

二、 根据波形图计算波特率

图3 波特率计算示意图

    如图3，其中灰色线是示波器的时间分度线，此时假设是200ms/格。可以看了，第一个字节的10位(1位起始位，8位数据位和1位停止位)共占约1.05ms，这样可计算出其波特率约为：

10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s

如果上图中的时间轴是100ms/格，同样可以计算出波特率应是19200bit/s。

三、根据波形图判断RS-485收发数据的正确与否

　　RS-485是一种半双工的串行通讯方式，485电平芯片所以要正确接收和发送数据，必需保证控制信号和数据的同步，否则要么发送数据丢失，要么接收数据可能丢失。

图4 RS-485的正确发送数据时序

图4中，发送控制信号的宽度基本与数据信号的宽度一致，所以能保证发送数据的正确和发送后及时转为接收。

图5 RS-485控制信号太短时的时序   

图5中，由于控制信号关闭过早，则第二个字节的后两位将发送错误；

图6 RS-485控制信号太短时的时序

图6中，由于控制信号关闭过迟，使485芯片在发送数据后，不能及时转到接收状态，此时总线若有数据过来，则本单元将不能正确接收。