《前言》

正確的USART通信要求發送和接收波特率的匹配度足夠高，否則可能發生通信錯誤。

當在兩個設備之間建立通信鏈路時，自動波特率檢測十分有用，因為從設備能夠檢測到主控制器的波特率并進行相應的自我調整。這需要使用一種自動機制來確定波特率。

某些STM32器件中內置的USART外設提供許多功能，包括硬件自動波特率檢測。

本應用筆記旨在介紹STM32微控制器的自動波特率檢測功能，并為沒有在硬件中實現此功能的STM32器件提供替代軟件方法。

本應用筆記適用于表 1中所列產品。

《硬件自動波特率檢測》

1、特性概述

自動波特率檢測（ABR）使接收設備能夠接受來自各種以不同速率工作的發送設備的數據，無需事先建立數據速率。

在一些STM32產品中，USART能夠使用專用硬件自動確定波特率。

表 2提供了支持自動波特率檢測的STM32系列設備的概述。

對于內置ABR的STM32系列設備而言，并非所有實例化USART接口均支持自動波特率檢測。

表 3詳細說明了這一限制。

2、自動波特率檢測模式

ABR是指接收設備通過檢查第一個字符（通常是預先選擇的標志字符）確定傳入數據速率的過程。

STM32產品上的自動波特率檢測功能內置的各種模式基于不同字符模式：

?以“1”位為開頭的任意字符：模式0

?以10xx模式開頭的任何字符：模式1

?0x7F：模式2

?0x55：模式3

在激活自動波特率檢測之前，必須通過USARTx_CR2寄存器中的ABRMOD[1:0]字段選擇一種ABR模式。在所有ABR模式下，都會在同步數據接收期間多次檢測波特率，并將每一次的檢測值與上一次的檢測值進行比較。

注：在7位數據長度模式下，不支持0x7F和0x55幀檢測ABR模式。

3、ABR誤差計算

由USART時鐘源（fCK）決定通信速率范圍（尤其是最大通信速率）。接收器采用不同的用戶可配置過采樣技術，可區分有效輸入數據和噪聲，從而用于恢復數據。這可以在最大通信速率與抗噪聲/時鐘不準確性之間實現平衡。

可通過編程USARTx_CR1寄存器中的OVER8位來選擇過采樣方法，可以是波特率時鐘的16倍或8倍。

USART時鐘源頻率必須與預期通信速率兼容：

?16倍過采樣時，波特率介于fCK/65535與fCK/16之間。

?8倍過采樣時，波特率介于fCK/65535與fCK/8之間。

波特率誤差取決于USART時鐘源、過采樣方法和ABR模式。

其中：

?預期波特率取決于發送設備

?實際波特率是USART接收器使用自動波特率檢測操作確定的波特率。

《軟件自動波特率檢測》

如果不支持硬件自動波特率檢測，可采用本節描述的軟件方法。

軟件方法的理念是發送0x7F數據幀到USARTx_RX引腳。這將連接到EXTI線路，該線路被配置為在每個上升沿生成中斷。

使用Systick定時器測量兩個上升沿之間間隔的持續時間。此持續時間對應于8位的持續時間，因此

?位時間 = 計算的持續時間 / 8

?波特率 = 1/位時間

然后，根據計算的波特率值進行USARTx_BRR寄存器編程。

《軟件和硬件方法設置》

此設置示例使用的是內置硬件自動波特率檢測功能的STM32F303xD/E。

PC應用“超級終端”用于向/從STM32F303發送/接收數據幀。因此，測試的是介于600bits/s至115200 bits/s之間的標準波特率。使用另一個STM32F3器件作為發送器測試可以達到的最高波特率值（9 Mbits/s）。

1、USART1配置示例

在兩個示例中，STM32 USART1的配置如下：

/*##-1- Configure the UART peripheral ######################################*/
 /* Put the USART peripheral in the Asynchronous mode (UART Mode) */
 /* UART configured as follows:
- Word Length = 8 Bits
- Stop Bit = One Stop bit
- Parity = NONE parity
- BaudRate = 115200 baud It can be any other value as the USARTx_BRR register will be 
reprogrammed 
- Hardware flow control disabled (RTS and CTS signals)
- The oversampling mode is 8 or 16 (Both are tested) 
*/
 UartHandle.Instance = USARTx;
 UartHandle.Init.BaudRate = 115200; 
 UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
 UartHandle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
 UartHandle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
 UartHandle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
 UartHandle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
 UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

注：

USART1時鐘源是使用HSE PLL時鐘源的72 MHz系統時鐘。（某些測試使用HSI時鐘作為USART1時鐘源來執行。這是為了檢查HSI不準確性對結果的影響。）

2、硬件自動波特率檢測

USART1被配置為自動檢測波特率。用戶必須在USART1初始化函數中選擇ABR模式，如下所示：

/*##-2- Configure the AutoBaudRate method */
UartHandle.AdvancedInit.AdvFeatureInit =UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_INIT;
UartHandle.AdvancedInit.AutoBaudRateEnable = 
UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_ENABLE;
/*Uncomment your appropriate mode */
//UartHandle.AdvancedInit.AutoBaudRateMode = 
UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_ONSTARTBIT; 
//UartHandle.AdvancedInit.AutoBaudRateMode = 
UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_ONFALLINGEDGE;
//UartHandle.AdvancedInit.AutoBaudRateMode = 
UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_ON0X7FFRAME;
//UartHandle.AdvancedInit.AutoBaudRateMode = 
UART_ADVFEATURE_AUTOBAUDRATE_ON0X55FRAME; 
if (HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
{
/* Initialization Error */
 Error_Handler();
}
/* Wait until Receive enable acknowledge flag is set */
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle,UART_FLAG_REACK) == RESET)
{} 
/* Wait until Transmit enable acknowledge flag is set */ 
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle,UART_FLAG_TEACK) == RESET)
{}
/* Loop until the end of Autobaudrate phase */
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle,UART_FLAG_ABRF) == RESET)
{}

在整個初始化過程完成后，USART等待從超級終端接收數據，然后開始自動波特率檢測階段。通過ABRF標志監測此階段的結束。

?如果自動波特率檢測操作不成功，則ABRE標志置位

?如果自動波特率檢測操作成功完成，則向超級終端發送確認數據。

/* If AutoBaudBate error occurred */
if (__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_ABRE)!= RESET)
{
 Error_Handler();
}
else
{
 /* Wait until RXNE flag is set */
 while(__HL_UART_GET_FLAG(&UartHandle,UART_FLAG_RXNE) == RESET)
 {} 
 /* Send acknowledgement message*/
 if (HAL_UART_Transmit_DMA(&UartHandle, (uint8_t *)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE) != HAL_OK)
 {
 /* Transfer error in transmission process */
 Error_Handler();
 }
 while (HAL_UART_GetState(&UartHandle) != HAL_UART_STATE_READY)
 {
 }
}

3、軟件自動波特率檢測

表 5詳細說明了軟件方法。

4、誤差計算

圖 2顯示ABR模式2和3的精確度高于模式0和1；它們的波特率誤差值更低。

不過，由于預期波特率與實際波特率之間的誤差小于1%，因此所有模式的結果均正常。

圖 3顯示在通常情況下，當由72 MHz系統時鐘為USART提供時鐘（HSE作為PLL時鐘源）時，結果優于USART時鐘源使用HSI時鐘。這要歸因于HSI的相對不準確性。

圖 4顯示在大多數情況下，硬件方法提供的結果優于軟件方法。不過，在某些情況下，軟件方法能夠提供相比于使用硬件方法時更好的結果。

圖 5顯示：

?使用硬件方法時，達到最大波特率9 Mbits/s時誤差為0%。

?使用軟件方法時，達到最大波特率時誤差為約30%，這要歸因于執行中斷處理程序所花費的CPU周期。

《結論》

此應用筆記描述了某些STM32器件內置的硬件自動波特率檢測功能。它還提供了在軟件中實現此功能的技術，作為STM32器件沒有在硬件中實現此功能的解決方案。

盡管示例中的自動波特率檢測均應用在示例的開頭部分，但是可以進行擴展并在每次發送和接收設備檢測到通信錯誤時使用。當主機使用不同波特率進行通信時，這一特性可實現應用的穩健性。

審核編輯 ：李倩