STM32中USART1 不能设定 600BPS 的波特率？

只看该作者 · 2021-5-14 10:24

问题：

某客户工程师在某型号新产品的设计中，使用了 STM32 器件，型号为： STM32F103VD T6。据其工程师讲述：为了实现产品的某项设计要求，他想要通过 USART1 以 600BPS 的波特率与另一颗器件进行通信。通过编写程序测试发现，该通信接口未能工作在 600BPS 的波特率上，而是工作在一个较高的波特率上，大约在 1600BPS。更改波特率设定，将波特率设定改为 1200BPS 时，该接口能够工作在设定的波特率上。

只看该作者 · 2021-5-14 10:26

调研：
修改程序，使其通过 USART1 连续向外发送 0x55，然后用示波器检测 UASRT1 的 Tx 管脚上的波形，测出每个比特的宽度为 636uS，换算成波特率为 1572BPS。
>> 检查软件中对 USART1 的初始化代码，未见错误。
>> 检查 HSE 外接晶体，其标称频率为 16MHz。
>> 检查软件工程中的系统配置文件“stm32f10x_conf.h”，其中的 HSE_Value 设定为 16000000，与外接晶体的频率一致。
>> 检查软件中对 PLL 的设定，发现其设定为 1 分频，4 倍频，由此可知系统时钟为 64MHz。检查软件对外设总线 APB2 的时钟设定，发现其分频数为 1，可知 USART1 的工作时钟为 64MHz。通过芯片参考手册中对波特率公式的公式：

可知，当波特率等 600BPS 时，分频数应为 6666.6667，超过了硬件允许的最大分频数 4095.9375。

只看该作者 · 2021-5-14 10:27

结论：
USART1 的工作时钟过高，导致其波特率发生器不能产生所要求的 600BPS 的波特率。
处理：
对 USART1 所在的 APB2 外设总线时钟做 2 分频设置，使其频率为系统时钟的一半，即 32MHz。由于USART1 的时钟来自 APB2，所以 USART1 的工作时钟也是 32MHz。根据公式计算，当分频数设为3333.3334 波特率为 600BPS，该值在硬件允许的范围内。修改程序进行测试，发现按以上处理，USART1 可以工作在 600BPS 的波特率上。

只看该作者 · 2021-5-14 10:31

建议：
在 ST 提供的标准外设库中，对大多数的通信口（USART、I 2 C、SPI、CAN）的波特率的设定做了一定的封装。这使得我们在设定这些通信口的波特率的时候，只需要给出所要的波特率数值，而由标准外设库的函数为我们计算出每个相关的外设寄存器所需要的设定值。这一点大大的方便了软件的编写，但也有其局限性。标准外设库在做波特率到外设寄存器取值的折算时候，没有对波特率取值的合理性做严格的检查。一旦所给出的波特率的数值超出了合理的范围，会导致其计算结果出错。所以，在使用标准外设库来做通信口的波特率的设定的时候，一定要自行审查所设定的波特率是否在硬件所能实现的波特率的范围之内，否则会导致错误。另外，标准外设库在做波特率到外设寄存器取值的折算的时候，需要用到一个重要的数据，即 HSE 的振荡频率。该参数的名字为：HSE_Value，在标准外设库的配置文件中给出。通常，标准外设库的配置文件取名为“stm32xxx_conf.h”，不同版本的库略有差异。在软件设计中，要保证这一参数与实际硬件的真实频率相符，否则也会导致标准外设库在做波特率到外设寄存器取值的折算的过程中，出现计算错误。STM32 为使用者提供了灵活的时钟树，在时钟树的许多的环节中都可以进行时钟频率的调节。因此，当我们所需要的波特率不在硬件所能实现的波特率范围之内的时候，可以尝试在时钟树的某个环节做出调整，从而改变硬件所能实现的波特率的范围，最终实现我们所需要的波特率。