嵌入式串口穩定通訊對時鐘精度的要求是多少

1. 問題背景：

2. 問題分析:

3. 總結:

1. 問題背景：

對于嵌入式開發者來說，串口應該是應用最廣泛的模塊，在日常客戶支持過程中經常會有客戶問到一些關于串口通訊穩定性的問題，比較典型的幾個問題如下：

在9600波特率能工作，但切換到115200就無法正常通訊，是不是和時鐘精度有關系？

串口穩定通訊對時鐘精度的要求是多少，是否波特率配置越高對時鐘精度要求就越高？內部RC能否滿足？

串口正常通訊了一段時間后通訊出錯，是不是因為累計誤差太大了？

盡管網上鋪天蓋地的串口配置的資料，但對這些具體問題的描述確實不多，于是好好研究了一番。

2. 問題分析:

想回答這些問題還要從串口通訊的采樣時序說起，如上圖所示，根據串口的采樣特點不難看出，對于發送端來說，數據是在上升沿被drive到總線上，接收端在每個bit的中間位置采樣，這就意味著在最后一個Bit位采樣時，允許極限偏移為50%，假如用1個起始位+9個數據位+1個奇偶校驗位+1個停止位來計算，那么每位偏差最高為：

±50% / 12 = ±4.16%

Note:對于有些支持過采樣的串口來說，采樣點可能不是50%中間位置，一般會更靠后，此處不展開討論；

假如用1個起始位+8個數據位+1個停止位來計算，那么每位偏差最高為：±50% / 10 = ±5%

而串口通信，要涉及到發送和接收兩端，當一端為0誤差，另一端最大誤差可到4.16%，如果兩端誤差相同，那每端的最大誤差就只能是2.08%，這也就是為什么很多硬件老法師建議串口的波特率誤差控制在2%以內。

±4.16% / 2 = ±2.08%

因此，對于串口通信來說，可以粗略認為，當時鐘誤差小于±2%時，通信是比較可靠的。對于客戶實際的應用系統，考慮到UART是一個異步通訊，通訊的穩定性取決于雙方的時鐘精度，不是說只有一方的精度滿足要求，系統就能正常工作，所以需要系統去考慮。

3. 總結:

基于以上的分析，可以得出結論如下：

串口穩定通訊和雙方的時鐘精度和有關，總誤差不能超過±4.16%，對于大部分全溫度范圍±1%的MCU來說，都能滿足基本的通訊需求。

串口通訊的累計誤差發生在每次數據(也可以簡單理解成每個字節，只是字節不嚴謹，因為有時數據可能是9 bits)發送內部，連續的多次發送之間沒有累計誤差，因為連續的多個字節發送都會被Start起始信號進行重新同步，也就是說傳輸1個字節的誤差和傳輸1000個字節的誤差基本差不多；

串口是否穩定通訊和波特率大小無關，并非波特率配置越高對時鐘精度要求就越高，只和每次發送的串口數據長度(包含起始位/數據位/奇偶校驗位/停止位長度)有關, 位長越長，對時鐘精度要求越高;

對于使用串口實現的LIN通訊，以上結論也基本適用;