01 波特率是什么

從宏觀理解，波特率表征了串口的 傳輸速度 。

從微觀上，波特率是指在系統(tǒng)中 單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元個數(shù) 。對于UART而言，碼元是二進制的，都是用高低電平傳輸，所以波特率和比特率在數(shù)值上是相等的。例如，當波特率為115200時，實質(zhì)就是UART串口每秒傳輸115200個bit的數(shù)據(jù)量，傳輸一個bit的時間等于1/115200秒。常見的UART串口波特率為300、600、1200、4800、9600、19200、34800等。

串口傳輸中一個bit數(shù)據(jù)的周期即傳輸一個bit的時間，即可以表示為：

在串口傳輸中，一幀數(shù)據(jù)由起始位（1bit）、數(shù)據(jù)位（典型8bit）、校驗位（1bit）和停止位（1bit）組成，在通常情況下一幀數(shù)據(jù)有11bit。那么可以算出1幀數(shù)據(jù)傳輸所需的時間為11x1/bps。

串口通信的雙方需要設(shè)置相同的波特率 ，由波特率約定數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷?。決定了應(yīng)該多久讀取一次電平值。

02 模塊接口與描述

• 26MHz功能時鐘主要用于波特率的產(chǎn)生與計算，由外部輸入。
• 接收波特率使能信號由接收數(shù)據(jù)模塊中產(chǎn)生，UART_RX線檢測到起始位后使能接收波特率。
• 發(fā)送波特率使能信號由發(fā)送數(shù)據(jù)模塊中產(chǎn)生，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時即可使能。
• 波特率分頻系數(shù)是配置模塊產(chǎn)生，由APB總線配置。
• 接收和發(fā)送波特率時鐘根據(jù)配置由26MHz時鐘產(chǎn)生的用接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。

03 功能時鐘與波特率設(shè)計

本項目使用的功能時鐘為26MHz，波特率可通過波特率分頻系數(shù)BAUD_DIV進行配置。波特率分頻系數(shù)BAUD_DIV與波特率之間的關(guān)系為：

為了方便計算和設(shè)計，我們將N固定為16，只配置BAUD_DIV來調(diào)整波特率，波特率可配置如下：

波特率計算公式中，分母即為一個數(shù)據(jù)周期所需要計26MHz時鐘的個數(shù)。已知波特率和功能時鐘頻率，即可計算一個波特率周期所需的功能時鐘數(shù)。公式中的乘N操作使用左移實現(xiàn)（默認波特率為9600）。

always@(posedge clk26m ornegedge rst26m_) begin
    if(!rst26m_) begin
        cnt_value <= 10'd169 < < 4;
    end
    elsebegin
        cnt_value <= (baud_div + 1'b1) < < 4;
    end
end

在產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的波特率時鐘時，需要注意，接收模塊是根據(jù)所產(chǎn)生的這個波特率時鐘來進行數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)采集如果都在“ 每位數(shù)據(jù)的中間 ”，那么采樣出的數(shù)據(jù)是最穩(wěn)定的。

接收數(shù)據(jù)采樣

所以在產(chǎn)生波特率時鐘時，RX波特率計數(shù)器累加到一半時就應(yīng)使產(chǎn)生接收波特率時鐘。而發(fā)送數(shù)據(jù)時則不必這樣，只需保證波特率正確即可。

波特率模塊實現(xiàn)如下：

`timescale 1ns/1ps
module    UART_BAUD(
   // inputs
    clk26m,
    rst26m_,
    tx_bps_en,
    rx_bps_en,
    baud_div,
    // outputs
    rx_bpsclk,
    tx_bpsclk
);

input            clk26m;             // 26M function clock
input            rst26m_;            // function clk's rst_
input            rx_bps_en;          // baud enable signal
input            tx_bps_en;
input  [9:0]     baud_div;           // baud frequency divide factor
output           rx_bpsclk;          // receive bps clk
output           tx_bpsclk;          // send bps clk

reg  [13:0]     cnt_value;           // bps count value
reg  [13:0]     cnt_baud_rx;         // receive baud counter
reg  [13:0]     cnt_baud_tx;         // send baud counter


// produce receive bpsclk
always@(posedge clk26m ornegedge rst26m_) begin
    if(!rst26m_) begin
        cnt_baud_rx <= 14'd0;
    end
    elsebegin
        if(rx_bps_en) begin
            if(cnt_baud_rx > cnt_value - 1'b1) begin
                cnt_baud_rx <= 14'd0;
            end
            elsebegin
                cnt_baud_rx <= cnt_baud_rx + 1'b1;
            end
        end
        elsebegin
            cnt_baud_rx <= 14'd0;
        end
    end
end
assign  rx_bpsclk = (cnt_baud_rx == (cnt_value >>1))? 1'b1:1'b0;

// produce send bpsclk
always@(posedge clk26m ornegedge rst26m_) begin
    if(!rst26m_) begin
        cnt_baud_tx <= 14'd0;
    end
    elsebegin
        if(tx_bps_en) begin
            if(cnt_baud_tx > cnt_value - 1'b1) begin
                cnt_baud_tx <= 14'd0;
            end
            elsebegin
                cnt_baud_tx <= cnt_baud_tx + 1'b1;
            end
        end
        elsebegin
            cnt_baud_tx <= 14'd0;
        end
    end
end
assign  tx_bpsclk = (cnt_baud_tx == (cnt_value >>1))? 1'b1:1'b0;

always@(posedge clk26m ornegedge rst26m_) begin
    if(!rst26m_) begin
        cnt_value <= 10'd169 < < 4;
    end
    elsebegin
        cnt_value <= (baud_div + 1'b1) < < 4;
    end
end

endmodule

波特率模塊雖然理解和實現(xiàn)起來比較簡單，但也是比較重要的，是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的依據(jù)。