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2018年12月19日 | 因波特率漂移导致的通讯异常问题的排查技巧
2018-12-19
示波器的协议解码功能大家都不生疏，你是否有过波形看起来正常，协议参数、解码设置都正确，却无法正常解码的经历呢？本文以UART协议为例，分享由于波特率漂移导致通信异常的故障排查过程。
什么是波特率漂移呢？可以理解为被测部件晶振有偏差，导致实际波特率和正常的波特率不一致。为什么波特率漂移会导致通信异常呢？本文从波形出发，带你自检解码结果。
一、波特率漂移导致通信异常的故障排查
引出这样一个真实的例子，PC端发送串口数据为“0xEE 0x61 0x32 0xFF 0xFC 0xFF 0xFF”，示波器解码结果为“0xEE 0x98 0xF6 0xFC 0xFF”初步判定通信故障。但协议参数设置和解码设置都正确，为什么会出现收发不一致的现象呢？下文将解码时协议参数设置中的波特率都设置为9600 bps，实际为9600 bps，10126 bps的波形图解码结果对比（如图1所示）分析为例，分享波特率漂移后导致波形有偏差，从而出现通信异常的原因排查过程。
图1 同一解码波特率下的不同波形解码结果图
首先讲讲UART的解码原理。当示波器解码UART信号时，将空闲电平之后的下降沿作为开始位，然后从波形中等间隔采样，以等间隔时间段内的采样点中的多数状态作为该位的解码数值。不同波特率的波形，最小数据位宽不一致，时间T=1/采样率，实际采样率大的波形对应的时间就小，所以从图1中可看出波特率为10126bps的波形像往左偏移了。当解码时设置的波特率同为9600时，采样点的位置是根据9600的波特率来确定的，当实际采样率和9600bps有偏差时，误差会逐渐累积，从而导致解码有偏差。设置的数据位宽越大，越容易叠加误差。
二、自检波特率方法
从波形出发，根据波形最小位宽估算波特率，此法适用于波特率偏差较大或不确定波特率该设置多少时。这是工程师们较习惯的自检方法。估算波特率需要看波形中的最小位宽，从来图 2看，时基档位为100us，最小位宽刚好占一格，则最小位宽为100us左右，换算之后等于10000bps。想要得到更精确的波特率数值，可以使用示波器的测量功能。打开示波器面板中的【measure】，选择波特率测量项，观察波特率测量结果对比，如下图 2红框内的测量结果。
开头中引出的例子，正是因为波特率产生了漂移，实际为10000 bps，而解码时按照正常部件的9600bps来设置，这么一算，波特率误差大于4%，因此会导致解码结果不正确。换个晶振再解码，通讯果然正常了。
图 2 从波形最小位宽估算波特率图
总结
在解码中波特率虽然只是一个参数，但因其漂移产生的影响不容忽视，它可能就是导致通信故障的因素。解码前注意检验波特率，这么一个小细节也许可以省去日后排查故障的时间。从波形出发，重新审视示波器价值，它用来观察波形和分析数据就是为了检测被测部件是否正常的。
史海拾趣
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