波特率漂移導致通信異常的故障排查過程

示波器的協(xié)議解碼功能大家都不生疏，你是否有過波形看起來正常，協(xié)議參數(shù)、解碼設置都正確，卻無法正常解碼的經(jīng)歷呢？本文以UART協(xié)議為例，分享由于波特率漂移導致通信異常的故障排查過程。

什么是波特率漂移呢？可以理解為被測部件晶振有偏差，導致實際波特率和正常的波特率不一致。為什么波特率漂移會導致通信異常呢？本文從波形出發(fā)，帶你自檢解碼結(jié)果。

引出這樣一個真實的例子，PC端發(fā)送串口數(shù)據(jù)為“0xEE 0x61 0x32 0xFF 0xFC 0xFF 0xFF”，示波器解碼結(jié)果為“0xEE 0x98 0xF6 0xFC 0xFF”初步判定通信故障。但協(xié)議參數(shù)設置和解碼設置都正確，為什么會出現(xiàn)收發(fā)不一致的現(xiàn)象呢？

下文將解碼時協(xié)議參數(shù)設置中的波特率都設置為9600 bps，實際為9600 bps，10126 bps的波形圖解碼結(jié)果對比（如圖1所示）分析為例，分享波特率漂移后導致波形有偏差，從而出現(xiàn)通信異常的原因排查過程。

圖1 同一解碼波特率下的不同波形解碼結(jié)果圖

首先講講UART的解碼原理。當示波器解碼UART信號時，將空閑電平之后的下降沿作為開始位，然后從波形中等間隔采樣，以等間隔時間段內(nèi)的采樣點中的多數(shù)狀態(tài)作為該位的解碼數(shù)值。不同波特率的波形，最小數(shù)據(jù)位寬不一致，時間T=1/采樣率，實際采樣率大的波形對應的時間就小，所以從圖1中可看出波特率為10126bps的波形像往左偏移了。

當解碼時設置的波特率同為9600時，采樣點的位置是根據(jù)9600的波特率來確定的，當實際采樣率和9600bps有偏差時，誤差會逐漸累積，從而導致解碼有偏差。設置的數(shù)據(jù)位寬越大，越容易疊加誤差。

從波形出發(fā)，根據(jù)波形最小位寬估算波特率，此法適用于波特率偏差較大或不確定波特率該設置多少時。這是工程師們較習慣的自檢方法。估算波特率需要看波形中的最小位寬，從來圖2看，時基檔位為100us，最小位寬剛好占一格，則最小位寬為100us左右，換算之后等于10000bps。

想要得到更精確的波特率數(shù)值，可以使用示波器的測量功能。打開示波器面板中的【measure】，選擇波特率測量項，觀察波特率測量結(jié)果對比，如下圖2紅框內(nèi)的測量結(jié)果。

開頭中引出的例子，正是因為波特率產(chǎn)生了漂移，實際為10000 bps，而解碼時按照正常部件的9600bps來設置，這么一算，波特率誤差大于4%，因此會導致解碼結(jié)果不正確。換個晶振再解碼，通訊果然正常了。

圖2 從波形最小位寬估算波特率圖

在解碼中波特率雖然只是一個參數(shù)，但因其漂移產(chǎn)生的影響不容忽視，它可能就是導致通信故障的因素。解碼前注意檢驗波特率，這么一個小細節(jié)也許可以省去日后排查故障的時間。從波形出發(fā)，重新審視示波器價值，它用來觀察波形和分析數(shù)據(jù)就是為了檢測被測部件是否正常的。