串行通信波特率的一种自动检测方法

串行通信是终端和主机之间的主要通信方式，通信波特率一般选择1800、4800、9600和 19200等。终端的类型有很多种，其通信速率也有很多种选择。主机怎样确定终端的通信速率呢？本文给出了一种简单、易行的方法：设定主机的接收波特率（以9600波特为例），终端发送一个特定的字符（以回车符为例），主机根据接收到的字符信息就可以确定终端的通信波特率。本文对这种方法予以详述。

1　基本方法
　　回车符的ASCII值为0x0D。串行通信时附加一个起始位和终止位，位的传输顺序一般是 先传低位再传高位。此时回车符的二进制表示方式为：

图1　回车符的位序列

　　串行通信中一个二进制位的传输时间（记为T）取决于通信的波特率，9600波特时一个 二进制位的传输时间是19200波特时一个二进制位传输时间的两倍，即：2*T₁₉₂₀₀=T ₉₆₀₀。因此，9600波特时一个位的传输时间，19200波特时可以传输两个位。同样地 ，9600波特传输两个位的时间在4800波特时只能传送一个位。主机设定接收波特率为9600， 终端只有也以9600波特发送的字符，主机才能正确地接收。发送波特率高于或低于9600都会 使主机接收到的字符发生错误。接收波特率为9600，终端以不同的波特率发送回车符时，主 机接收到的二进制序列如表1所示。
　　从表1中可以看出，除了19200和1800波特时两种特例情况，其他情形的二进制序列都是 9600波特时二进制序列的变换。取前十个二进制位与9600波特时的二进制位相对应。忽略缺 少停止位‘1’引发的数据帧错误，把接收到的字符表示成字节方式（如表1的最右列所示） 。例如：在发送速率为1200波特，接收速率为9600波特时，主机得到的字节是0x80，而不 是正确的回车符0x0D。因为在不同的发送速率下（9600，4800，2400，1200）得到的字节 不同，所以通过接收字符的判定就可以确定发送波特率。
　　发送波特率为19200时，其发送速度正好是接收速度（9600波特）的两倍，因此发送端 的两个二进制位会被接收端看作一个。取决于不同的串行接口硬件，‘01’和‘10’这两种 二进制位组合可能被认为是‘1’或者‘0’。幸运的是，只有0～4位存在这样的歧义问题， 后面的位因为都是停止位，所以都是‘1’。因此，发送速率为19200波特时接收到的字符其高半个字节为0xF。低半个字节可能是多个值中的一个，但不会是0x0，因为0x0D中有相邻 的两个‘1’，这就会至少在低半个字节中产生一个‘1’。因此，整个字节的形式为0xF?， 且低半个字节不为0。

表1 　不同波特率下的二进制序列

波特率	接收到的二进制位序列	字节表示
19200	0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0xF?

9600

0　1　 0　1　 1　0 　0　 0　0 　1　

0x0D

4800

0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0xE6

2400

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0x78

1800

0 0 0 0 0 x 1 1 1 1 x 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0xE0

1800

0 0 0 0 0 x 1 1 1 1 x 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0xF0

1200

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

0x80

600

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0x00

300

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0x00

150

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0x00

110

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0x00

　　发送速率为1800波特时，因为
　　T₁₈₀₀=T₉₆₀₀*16/3，
而16/3不是整数，接收端二进制位的状态转换时刻和9600波特不一一对应，引起在接收端 的一个位接收周期内有状态发生变化的可能。表1中给出的第六个位（表示为x）就是这种情 况。因为x有可能被看作‘1’，也有可能被看作‘0’，所以发送速率为1800波特时接收到 的字节可能是0xE0或者0xF0。波特率为3600和7200时也有同样的问题，也可以采用同样的方 法，但不确定的位数会增加，需要检测的字节种类也会更多。3600波特和7200波特的传输速 率几乎不采用，因此这个问题并不严重。只要发送波特率在1200～19200之间，我们都可以 通过接收到的一个字符对此波特率进行唯一的判定。

2　低波特率的检测
　　当发送速率低于1200波特时，接收端收到的字节都是0x00，因此只能确定其速率低于12 00波特，而不可能再得到更多的信息。为了解决这个问题，可以在9600波特的速率下继续接 收下一个字节信息。发送速率为600波特或更低时，一个位的发送时间要大于9600波特时整 个字节的接收时间。因此，发送端每一个从‘1’（终止位）到‘0’（起始位）的跳变都会 让接收端认为一个新的字节开始了。表2所示为600波特或更低的传输速率时接收端回车符的 二进制序列（只给出开始的一些位）。

表2　 低波特率回车符的接收方式

波特率	9600波特二进制序列	时间差 （周期）	时间差 （实时间）
600	16 0's　16 1's　16 0's

32

3.33ms

300

32 0's　32 1's　32 0's

64

6.66ms

150

64 0's　64 1's　64 0's

128

13.33ms

110

87 0's　87 1's　87 0's

174

18.13ms

75

128 0's　128 1's　128 0's

256

26.66ms

50

192 0's　192 1's　192 0's

384

4 0.00ms

　　600波特时，第一个从‘1’到‘0’的跳变在初始化以后即刻发生。这个跳变让接收端 得到字节0x00。第二个跳变在初始化(16+16)*T₉₆₀₀秒以后发生，这会让接收端认 为另外一个字节开始接收了。一个二进制位的接收时间是T₉₆₀₀，所以串行接口电路 会在第一个跳变以后10* T₉₆₀₀秒提示第一个字节接收完毕，在(16+16+10)* T_{96 00}秒以后提示第二个字节接收完毕。因此600波特时，第一个字节接收完毕和第二个字节 接收完毕的时间差是(16+16+10-10)* T₉₆₀₀=32* T₉₆₀₀秒。表2的第三列所示 是把这个时间差以T₉₆₀₀的个数表示。因为T₉₆₀₀=1/9600秒=104.16毫秒，相 乘可以得到两个字节接收完毕的实时间差。不同发送波特率的时间差如表2的最后一列所示 。有了这个时间差信息，就可以确定低传输速率时的波特率了：测定第一个和第二个字节的 接收时间差，然后在时间差常数表（表2）里查出哪个波特率下的时间差与之最相近，对应 的就是终端发送波特率。即使测定的时间差有些误差，一般也可以正确地确定波特率。

3　实现方式
　　通过以上分析，各种波特率都可以通过回车符的发送和接收信息来测定，算法实现的伪 代码在本文的最后给出。应用实践证明了这种方法的有效性。
;　Pseudo code to determine what baud rate a transmitter is at,on the b asis of a single

;　RETURN (0x0D) character received from it.

Initialise receive baud rate to 9600
Wait for Byte to be received
IF Byte = 0x00 THEN
　　　Start Timer
　　　REPEAT
　　　UNTIL (Timer > 50 ms OR New Byte Received)
　　　CASE Timer IN
　　　　1 ms-4 ms: 600 Baud
　　　　5 ms-10 ms: 300 Baud
　 　 　 11 ms-15 ms: 150 Baud
　 　 　 16 ms-22 ms: 110 Baud
　 　 　 23 ms-32 ms: 75 Baud
　 　 　 33 ms-49 ms: 50 Baud
　　　　　　　ELSE: Timed out; reset
　　END CASE;
ELSIF Byte >= 0xF1 THEN
　　 19200 Baud
ELSE
　　CASE Byte IN
　　　　0x0D: 9600 Baud
　　　　0xE6: 4800 Baud
　　　　0x78: 2400 Baud
　　0xE0,0xF0: 1800 Baud
　　　　0x80: 1200 Baud
　　　　ELSE: Line noise; reset
　　END CASE
END IF■

参考文献：

［1］赵依军等. 单片微机接口技术［M］.北京： 人民邮电出版社，1989.
［2］刘利. 软硬件技术参考大全［M］.北京： 学苑出版社，1993.
［3］张世一. 数字信号处理［M］. 北京：北京工业学院出版社，1987