聊串口异步通信和波特率
串口异步通信，最重要的一个参数是波特率。这就不得不再讲一讲异步通信了。
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上次用古代的故事讲这个异步通信之后，有读者留言反馈说似乎还不够形象，还没有很好地介绍异步通信的东西。
今天就从波特率这个角度，再讲一下异步通信。
这里有两个名词：串口和异步。
串口是串口，异步是异步。是两个不同的概念。
异步，就是相对于同步而言的。
串口，就是相对于并口而言的。
什么是并口：
什么是串口
数据是有位，字节，字，双字等。
串口一般就是每次只能传输一个位。如果要传一个字节，就要传8次。
优点就是只需要一根通信线就行了。
并口则是一次可以传一个字节，或者字，或者双字。具体看并口的能力。
优点就是效率高。
缺点就是需要更多的通信线。
所以并口一般用于主板的内部通信，比如CPU和FLASH，DDR等。
异步和同步呢。
CPU有一个重要的参数是时钟频率，也就是晶振。
CPU的运行 ，每一步都是需要有一个时钟信号。
如果时钟信号越高，速度就越快。这就是我们所说的主频。
同样的，如果要进行数据传输，每一次的数据发送或接收，都要有一个时钟信号，这个就是同步信号。
同步信号是什么。
就像我们的时钟一样，滴答就是一秒。当然，滴答越快，就是频率越快。
同步信号就是时间到了，才能做这个事。
就好比如上课下课一样。
上课时间到了，上课铃声响了，开始上课。
下课时间到了，下课铃声响了，开始下课。
同步信号，重要的是信号。比如上课的信号，上课的信号。时间才是其次。
比如，我们约定是40分钟一趟课。虽然时间到了，但是老师拖堂了，会晚几分钟。直到老师允许下课了，下课信号才生效。
我们都玩过123谁是木头人。这个就是生活中的同步通信。
主持人在终点前线，转身，游戏者就暂停。
主持人转身背向游戏者，游戏者才能前进。
就这样前进，暂停，前进，暂停。就是同步信号的通信。每一次都依赖于信号。
而异步通信则不需要同步信号。
这么说的话，异步通信，就比同步通信少了一根时钟线了。就不需要有个时钟线在滴答滴答才能开始传数据。
以坐班车为例。
同步通信则是，车门口多一个检票员。
检票员检查一个，开一个门进去一个，然后再拦，再检查。
一次只能进一个。
车位有30个。检票检了30个，反正检票员也不看座位坐满了没有。因为同步信号严格保证了人数刚好是一致的。好了够一车了。开车走人。
而异步通信则是，车门没有检票员了。车门开了，一个个排队进去。有座位就坐。
司机则隔几分钟看一下座位。如果座位已经满了，就关门，开车。
如果座位还没有满，就往外喊，还有座位，要上车的赶紧了，要发车了。
所以传输数据也是一样的。
同步通信和异步通信，区别就是同步通信多了一个时钟同步信号。
当然还有更重要一个原因主是成本问题。
像串口同步通信，如果传一个字节，就是每一个周期信号，传输一个位。也是传输8次。
每个位是1还是0，就看时钟同步信号的时候，数据位对应的是高电平还是低电平了。
但是串口异步通信。如果传一个字节，就是8个位。怎么样才知道哪个位是1，哪个位是0呢。怎么知道这个字节是多少呢。
没有了时钟信号，这时候就得有个约定了。通信双方约定好时间对应的数据位。
比如，如果将一份密报通过画波形的时候画到纸上。
我们知道怎么这个数据是什么呢。要怎么解密呢。
那就得有约定了。
如果是在纸上画好的，那我们就约定距离。比如每1厘米取一个点，这个点是高就是1，这个点是低电平，就是0。这样连续取8个，就成了一个字节了。
但是电子通信设备是动态的，不可能把信号画到纸上，再用尺子去量。
所以在串口异步通信里，约定的参数就是时间了。
双方约定多少的时间为一个数据位的时间。
这样发送方，就按这个时间，发一个位。比如发1，就让高电平维持这个时间。发0，就低电平维持这个时间。
接收方接到这个数据之后，就隔多长时间处理一个数据。
那么这个时间所对应的就是所谓的波特率了。
注意是波特率，不是比特率。
常见的波特率就是1200，2400，4800，9600，19200，38400，115200等。
当然也可以自定义波特率，只要双方约定是同一个数值就可以的。
波特率又怎么来的，波特率就是从CPU所用的晶振频率分下来的。
之前一篇文章提到：
比如12M晶振，24M晶振，11.0592M晶振。通过分频，一分再分，最后 得到想要的波特率。
比如12M的波特率，想要到得9600的波特率。分几次频呢。
先是12 000 000 / 16 = 750 000
然后7500 000 /9600 =78。
也就是7500 000 / 78 =9615。
所以实际得到的是9615的波特率。因为必须是整除的关系。
那如果是12000000 频率计算115200波特率呢。
先是12 000 000 / 16 = 750 000
然后7500 000 /115200 =6。
也就是7500 000 / 6 =125000。
可以看到如果是12M晶振的话，是得不到具体的晶振的准确的9600和115200的。
但是呢，也可以看出来，12M的晶振，设置9600，实际9615，误差只有0.15%。
而设置115200，实际是125000，误差有8.5%。误差就比较大了。
两边波特率不匹配，就会存在通信误差，造成通信不稳定。
当然，为了能得准确的9600波特率和115200波特率，就得用特殊的晶振，比如11.0592M晶振。
但是不是所有的CPU都用11.0592M晶振了。
对于上到linux系统来说，而是提高CPU主频，可以将频率要分得更为接近一些，减少误差。
比如600M的主频。
600 000 000 / 16 = 37 500 000
37 500 000 /115200 = 325
37 500 000 /325 = 115384 。这时候就先接近115200波特率了。
虽然我们知道115200波特率通信速率比9600波特率高。
但是很多设备仍在使用9600波特率。
因为你不知道对方的波特率是否有误差，用9600波特率来说，通信就更为稳定，同时也能兼容更多的设备和场合，特别是有的设备只是单片机系统，晶振是12M或者更低的。
对通信来说，求稳比求快更重要。
附加内容：
这里会有同学问，12M晶振，12000000/104=115384。这个就很接近115200了。
为什么要先除以16，再去分频呢。
这个就是串口功能里的16X模式。这种一般不需要用户参与，而是串口通信的一个功能机制。
我们知道，串口通信，无非就是一根线上的高低电平变化，010101的数据。正常来说，是理想的方波。电平从0跳到1，再从1跳到0.
怎么才能保证当前到的位，是真的1，还是假的1呢。
这时候就这个16X模式就起到作用了。
这也是串口的工作原理了。
当我们接收到串口数据时，从起始位开始，电平从高变到低，表示起始位开始了。
起始之后，就是第一个数据位了。
比如第一个数据位是个1，也就是高电平。
那么RX引脚，从起始位的0，也就是低电平，会变到高电平。首先。总线过来的数据，从低电平变到高电平，是有个时间的。如果这时候就马上判断这个数据是1还是0，有可能电平还没有升到稳定的高电平，就去判断这个引脚的逻辑，就可能误判。
那么什么时候才去判断这个引脚是高电平还是低电平呢。
一个位的时间比如有1ms，（9600波特率），要不在这1ms的时间，平均取16次，也就是将1ms切成16片。首位的电平是不准的，那只能取中间的电平。
比如，就取中间第7次，第8次，第9次的电平数据。如果这三次的电平都相同的，则认为是有效的数据。如果这三次电平不相同，则无效。
具体取是间多少，就看不同的厂家方案了。就看每家CPU的方案了。取多了抗干扰能力不够，取少了容易因为干扰产生错误的数据。
这样即便波特率是遇到削弱的，比如得不到稳定的方波。只要波峰刚好是在中间的，刚好落在7，8，9的中间是高电平的，数据就能正常识别。
有了这个16X的模式，串口才得以更好地工作。
所以这就是为什么很多波特率，晶振算频率的时候，要先除以16的原因了。
当然，有的CPU还支持13X模式。原理也是一样的，就是在一个波特率时间里，平均分成13分，取中间的电平。
像这种13X模式是为了让CPU可以支持更高的波特率或者更自由定义的波特率。
当然，如果为了保证更好地性能，是不是可以取24或者100份呀。
主要没必要。这个16X模式是串口通信发展以来得到了经验值，也算是默认的吧。
太高了，影响效率，取少了，通信误差就提取不了数据，就需要对通信波形有要求了。
这个就是不同的CPU厂家所处理的。这也就解释了，为什么同样的现场通信波形和干扰，有的CPU在工业现场就能正常识别出报文和通信，有的CPU识别不出来，通信不上。
这也就是CPU的抗干扰能力的体现了。
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