UART 波特率选择的认识与理解

笔者前几天碰到了串口波特率的问题，想要1M以上的波特率，发现波特率总是乱码，常用标准的几种波特率也不是很好用。

1、UART时钟情况说明

ch340G模块，时钟为12MHZ。

某PMC开发板，ARM Coretex A53内核，主频为1.6G，串口时钟为6.25MHZ，理论最大支持2Mbit/s。
该开发板的串口波特率是通过分频而来。

Baud Rate = 625000/（UDLH <<8+UDLL）

2、理论计算

当选择常用的波特率时，开发板分出的波特率时钟的偏差。

波特率	总时钟	分频系数	误差计算
115200	6250000	54	0.47%
128000	6250000	48	1.7%
230400	6250000	27	0.47%
256000	6250000	24	1.7%
468000	6250000	13	4.3%
512000	6250000	12	1.7%
921600	6250000	7	3.1%
1000000	6250000	6	4.1%
1024000	6250000	6	1.7%
2000000	6250000	3	4.1%

波特率误差计算说明：由于波特率是由总时钟分频而来，所以分频系数必须是整数。（由上面寄存器可知，总不能向寄存器写入小数吧）

误差率 = (总时钟/分频系数 – 波特率)/波特率。
分频系数 = int(总时钟/波特率)。最好取4舍5入，可以减少误差。

选择上述的波特率范围原因是：串口转USB的模块支持上述波特率，

正常波特率的接收误差范围要小于2%，为了稳定通信要小于1%，（因为）且当前串口线较长，超过15cm。

3、实际测试

双方通信测试（乱码测试），基于CH340测试。
921600 测试乱码
1000000 测试乱码
1024000 测试乱码 （256000*4）
2000000 测试乱码

示波器采用KeySight（是德MSO X3054T），带宽为500MHZ，采样率5GSa/s，

对于板子的时钟，是否与实际的符合也做了测试。
发送和接收均是针对Host端来说的。
频率的抓取位置均是通过示波器自动完成的。
（1）115200波特率的测试抓取。（发送）

115200波特率的测试抓取。（接收）

6250000/54 = 115740HZ，和抓到的波形频率一致。
（2）1562500波特率测试（6250000/4 = 1562500 恰好整除）（接收，即开发板生成）

串口工具设置的频率若为1562500，（发送），选择那种可以自己设置波特率的串口工具。
比如Mobaxterm以及SecureCRT。

抓取的发送频率为：1.4966MHZ，误差率为：4.2%.
两个波特率的测试，基本可以确定开发板的波特率总时钟是OK的。
但是无法支持1M以上的波特率。

4、最大波特率问题

不太好确定双方都支持的最大波特率。即双方的波特率目前512000（误差率低于2%，可能误码率交高）是找到最大的且符合误差范围的波特率值。

• 串口工具上常见的波特率，512000之上的开发板都不支持，即计算出来的误差率较高。

• 1024000波特率是因为串口模块支持能力有限，虽然说得支持2MHz，但是实际测试下来误差较大。
  （CH340G与PL2302 在相同波特率下（1M以上）测试，无法正常通信）。

• 其实我们经常看到51单片机或者串口模块的晶振选择11.05625MHZ，其实原因是特定晶振分出的串口波特率时钟偏差小。

由下表可以看到11.0592MHZ的时钟偏差比12MHZ要小。

时钟	波特率	分频系数	误差
11.0592MHZ/12MHZ	9600	1152/1250	0%/0%
11.0592MHZ/12MHZ	115200	96/104	0%/0.16%
11.0592MHZ/12MHZ	230400	48/52	0%/0.16%
11.0592MHZ/12MHZ	256000	43/47	0.47%/0.26%
11.0592MHZ/12MHZ	460800	24/26	0%/0.16%
11.0592MHZ/12MHZ	921600	12/13	0%/0.16%

假如我们不选择这种串口模块，其实可以配置成任意的波特率，只要符合一定范围内的误差就行。

5、波特率提高

再选择另外一种串口模块之后（CMSIS DAPLink 支持虚拟串口），波特率在1.5625Mhz可以成功通信。因为开发板4分频正好为1.5625Mhz。
发送时钟频率（串口模块）

接收时钟频率（开发板发送时钟频率，相对概念）

误差计算为：0.064%，符合范围，可以正常通信。

6、总结

0、发送乱码原因：模块支持M级别波特率的问题。
1、选择常用固定的波特率是因为：ch340或者其他模块的时钟可以对这些常见波特率进行整分频。
2、发现PL2302和CH340G在1M以上的波特率无法通信。
3、如果需要较高的波特率（比如1M以上），需要看看模块是否满足，可以通过示波器来看，计算一下误差
4、选择用一些可以自己设置波特率的串口工具，比如SecureCRT、Mobaxterm等。
5、下次测试一下STM32的波特率支持情况
6、波特率以及比特率的理解增加