本文主要結(jié)合STM32，講述UART和SPI有關(guān)速率相關(guān)的知識(shí)。

1.串口和SPI內(nèi)部時(shí)鐘 在回答上面問(wèn)題之前，需要先了解STM32內(nèi)部時(shí)鐘的概念，尤其是串口和SPI的內(nèi)部時(shí)鐘。

STM32里包含有系統(tǒng)時(shí)鐘、AHB時(shí)鐘和APB時(shí)鐘。APB時(shí)鐘來(lái)源于AHB，AHB時(shí)鐘來(lái)源于系統(tǒng)時(shí)鐘。

從上圖中可以看出，時(shí)鐘就像流水一樣，從時(shí)鐘源匯聚到系統(tǒng)時(shí)鐘上，再?gòu)南到y(tǒng)時(shí)鐘繼續(xù)分頻或者說(shuō)是繼續(xù)分發(fā)到AHB、APB。

通常我們談?wù)摰?a target="_blank">MCU能跑到多少M(fèi)、主頻多少M(fèi)，其實(shí)所指的就是系統(tǒng)時(shí)鐘。

這些時(shí)鐘在不同的STM32系列中是不一樣的，我們以STM32F401為例，手冊(cè)上說(shuō)它的APB1的最高時(shí)鐘是42MHz，APB2的最高時(shí)鐘是84MHz，不同的外設(shè)因?yàn)閽煸诓煌目偩€上，所以速度就不太相同了。比如USART1掛在APB2上，所以它的時(shí)鐘最高就是84MHz, USART2是掛在APB1上，它的總線時(shí)鐘最快就是42MHz。當(dāng)我們配置串口的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)，USART2的baudrate最高是2.625Mbit/s，但是同樣配置的USART1卻可以達(dá)到5.25Mbit/s，這就是因?yàn)樗诘目偩€時(shí)鐘的不同而不同。

那我們?cè)趺粗朗褂玫腢SART1、USART2到底掛在哪條總線上呢？去從數(shù)據(jù)手冊(cè)里尋找，直接在手冊(cè)里搜索關(guān)鍵詞APB1或者APB2就可以快速找到列表。 2.串口的過(guò)采樣技術(shù)規(guī)范

比如說(shuō)做數(shù)據(jù)的接收，我們可以看到串口是通過(guò)過(guò)采樣技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收，因?yàn)樗鼪](méi)有時(shí)鐘線，只能通過(guò)高于波特率的16倍或者8倍對(duì)總線上的數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行采集，根據(jù)最后采集到的情況來(lái)判斷信號(hào)的狀態(tài)。

舉個(gè)例子，當(dāng)我們采集START信號(hào)的時(shí)候，實(shí)際上它要求采集到1110 x0x0x0 000這樣固定的序列的時(shí)候才認(rèn)為是一個(gè)起始信號(hào)。START信號(hào)在串口里是一個(gè)bit的低電平信號(hào)，我們用16倍的速率進(jìn)行采樣，首先它在前面會(huì)做一個(gè)下降沿檢測(cè)，這個(gè)檢測(cè)是要在前面的4個(gè)bit能檢測(cè)到1110，硬件會(huì)對(duì)總線上的數(shù)據(jù)根據(jù)采樣點(diǎn)一直進(jìn)行檢測(cè)，這里的采樣點(diǎn)就是APB的時(shí)鐘，串口掛在不同的APB上用的時(shí)鐘不一樣。采樣的時(shí)候采集到1110就知道是一個(gè)下降沿，后面的x意思是任意的，后面的幾個(gè)位中至少需要檢測(cè)到三個(gè)0，而最后邊的三個(gè)位需要是連續(xù)的三個(gè)0，這樣才能被判定是一個(gè)起始位。其實(shí)只是判斷了3、5、7、8、9、10這六個(gè)點(diǎn)，只要是0，就可以確認(rèn)了。這里我們是以START信號(hào)為例，其他信號(hào)也是這樣的。

可能有人會(huì)有疑問(wèn)，x是任意的，不去檢測(cè)，如果0不滿足要求應(yīng)該怎么辦呢？

如果3、5、7、8、9、10這六個(gè)點(diǎn)都是0，那就可以認(rèn)為這是一個(gè)起始信號(hào)；如果在3、5、7和8、9、10這兩個(gè)階段都滿足至少有兩個(gè)bit是0的話，那就可以確認(rèn)它是起始信號(hào)，確認(rèn)的意思是說(shuō)它里面的接收緩沖區(qū)非空，標(biāo)志位就已經(jīng)置上了，承認(rèn)這個(gè)信號(hào)，但是還要給一個(gè)NE的標(biāo)志位，因?yàn)殡m然承認(rèn)了這個(gè)信號(hào)，但里面是存在噪聲的。我們看串口的中斷標(biāo)志位的時(shí)候就可以看到，在它的錯(cuò)誤事件里就有一個(gè)NOISE FLAG，這個(gè)位就表示當(dāng)串口在接收的時(shí)候，在總線上檢測(cè)到的電平并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、完整的高電平或者低電平，會(huì)有錯(cuò)誤但不影響整個(gè)數(shù)據(jù)的接收，如果在接收的時(shí)候開啟了EIE位，錯(cuò)誤可以產(chǎn)生一個(gè)中斷，讓MCU對(duì)總線上的情況有一個(gè)了解。

如果前三個(gè)bit滿足條件，而后三個(gè)bit沒(méi)有滿足的話，那就說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，就不會(huì)置標(biāo)志位了，只要在3、5、7和8、9、10這兩個(gè)階段中有一個(gè)階段不滿足條件，就不會(huì)置位，并且還會(huì)有噪聲的說(shuō)明。

當(dāng)然了，這些都是在檢測(cè)下降沿沒(méi)有問(wèn)題的情況下來(lái)說(shuō)的，如果說(shuō)在檢測(cè)下降沿1110都不完整或者是錯(cuò)誤的，直接就會(huì)回到ideal狀態(tài)，重新等待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)。

3.SPI的速度為什么這么快？

我們可以看一下SPI的時(shí)序圖，圖中上面兩根線是CLOCK線，它根據(jù)配置的不同而不同，在CPHA=0時(shí)，即在第一個(gè)時(shí)鐘沿進(jìn)行采樣，CPOL表示的是時(shí)鐘的默認(rèn)電平是高電平（CPOL=1）還是低電平（CPOL=0），這里看到的每個(gè)時(shí)鐘都可以傳輸一個(gè)bit。

4.SPI速率是不是應(yīng)該和系統(tǒng)時(shí)鐘一樣？ 其實(shí)不是，因?yàn)橄到y(tǒng)需要時(shí)間去獲取采集到的數(shù)據(jù)，所以SPI的時(shí)鐘分頻系數(shù)最小是二分之一的分頻，那么就是說(shuō)SPI的速度是系統(tǒng)時(shí)鐘的一半了。

有人覺(jué)得同步傳輸明顯優(yōu)于異步傳輸，因?yàn)橛袝r(shí)鐘線，傳輸速率會(huì)更高。

但其實(shí)這種說(shuō)法并不是完全正確的，因?yàn)槊恳环N傳輸方式都有自己的優(yōu)勢(shì)。比如串口有自動(dòng)波特率的功能，就是說(shuō)在接收的時(shí)候并不知道主機(jī)是按照什么樣的波特率進(jìn)行傳輸?shù)?，那就只能等主機(jī)發(fā)一個(gè)特定字節(jié)的數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)并且檢測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，然后自己硬件去設(shè)置波特率的寄存器，這樣就可以在下一次傳輸?shù)臅r(shí)候和主機(jī)使用相同的波特率。其次，在不同的溫度范圍內(nèi)，內(nèi)部的RC振蕩器是有溫漂的并且很大，最標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法是給它一個(gè)時(shí)鐘沿，但是很多時(shí)候并沒(méi)有這個(gè)時(shí)鐘沿，那我們就可以用自動(dòng)波特率。每次通訊的時(shí)候都采用自動(dòng)波特率，就是每次都先接收，接收之后BRR寄存器里面的值就會(huì)隨著溫度的變化發(fā)生改變，MCU就可以根據(jù)BRR的值來(lái)調(diào)節(jié)HSITRIM。這個(gè)方法的好處是不需要提供一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘，通過(guò)串口通訊這種異步的方式就可以把時(shí)鐘信息傳給單片機(jī)內(nèi)部。