USART波特率 vs SPI速率的比较

只看该作者 · 2024-2-28 22:00

串口和SPI内部时钟

在回答上面问题之前，需要先了解STM32内部时钟的概念，尤其是串口和SPI的内部时钟。

STM32里包含有系统时钟、AHB时钟和APB时钟。APB时钟来源于AHB，AHB时钟来源于系统时钟。

举个例子，当我们采集START信号的时候，实际上它要求采集到1110 x0x0x0 000这样固定的序列的时候才认为是一个起始信号。START信号在串口里是一个bit的低电平信号，我们用16倍的速率进行采样，首先它在前面会做一个下降沿检测，这个检测是要在前面的4个bit能检测到1110，硬件会对总线上的数据根据采样点一直进行检测，这里的采样点就是APB的时钟，串口挂在不同的APB上用的时钟不一样。采样的时候采集到1110就知道是一个下降沿，后面的x意思是任意的，后面的几个位中至少需要检测到三个0，而最后边的三个位需要是连续的三个0，这样才能被判定是一个起始位。其实只是判断了3、5、7、8、9、10这六个点，只要是0，就可以确认了。这里我们是以START信号为例，其他信号也是这样的。

可能有人会有疑问，x是任意的，不去检测，如果0不满足要求应该怎么办呢？

如果3、5、7、8、9、10这六个点都是0，那就可以认为这是一个起始信号；如果在3、5、7和8、9、10这两个阶段都满足至少有两个bit是0的话，那就可以确认它是起始信号，确认的意思是说它里面的接收缓冲区非空，标志位就已经置上了，承认这个信号，但是还要给一个NE的标志位，因为虽然承认了这个信号，但里面是存在噪声的。我们看串口的中断标志位的时候就可以看到，在它的错误事件里就有一个NOISE FLAG，这个位就表示当串口在接收的时候，在总线上检测到的电平并不是一个标准的、完整的高电平或者低电平，会有错误但不影响整个数据的接收，如果在接收的时候开启了EIE位，错误可以产生一个中断，让MCU对总线上的情况有一个了解。

SPI速率是不是应该和系统时钟一样？

其实不是，因为系统需要时间去获取采集到的数据，所以SPI的时钟分频系数最小是二分之一的分频，那么就是说SPI的速度是系统时钟的一半了。

有人觉得同步传输明显优于异步传输，因为有时钟线，传输速率会更高。

但其实这种说法并不是完全正确的，因为每一种传输方式都有自己的优势。比如串口有自动波特率的功能，就是说在接收的时候并不知道主机是按照什么样的波特率进行传输的，那就只能等主机发一个特定字节的数据过来并且检测数据的状态，然后自己硬件去设置波特率的寄存器，这样就可以在下一次传输的时候和主机使用相同的波特率。其次，在不同的温度范围内，内部的RC振荡器是有温漂的并且很大，最标准的校准方法是给它一个时钟沿，但是很多时候并没有这个时钟沿，那我们就可以用自动波特率。每次通讯的时候都采用自动波特率，就是每次都先接收，接收之后BRR寄存器里面的值就会随着温度的变化发生改变，MCU就可以根据BRR的值来调节HSITRIM。这个方法的好处是不需要提供一个非常标准的时钟，通过串口通讯这种异步的方式就可以把时钟信息传给单片机内部。