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如何排查因波特率漂移导致的通讯异常问题 [复制链接]

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发表于 2018-12-20 11:51:42 |显示全部楼层

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“0EE 061 032 0FF 0FC 0FF 0FF”,示波器解码结果为“0EE 098 0F6 0FC 0FF”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。

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