根据SCI输入信号自动校准波特率

本文档概述了一种基于 SCI/UART 输入信号，可以自动校准本设备SCI/UART波特率的方法，该方法适用与所有第三代C2000芯片，比如F2807x/37x，F28004x，F28002x等等。

一 原理说明

假设有2块电路板通过SCI进行通信。“Transmitter”向“Receiver”发送未知波特率的数据，“ Receiver”则使用 eCAP 测量未知的波特率，然后修改其自身的波特率和“Transmitter”匹配。

下面款图是一种情况，其中“Transmitter” 的波特率设置为 9889，而“Receiver”的初始波特率设置为 9601 ，相比之下“Receiver”的波特率为 -3% 偏差。 经过算法的自动校准以后，“Receiver”将会把自身波特率校正为与“Transmitter”相同的9889。

下面框图则是另一种情况，假如“Receiver”和“Transmitter”的初始波特率都是9889，但“Receiver”的内部晶振INTOSC有-3%的偏差。使用上述完全相同的方法原理和步骤，“Receiver”波特率设置将会从9889校准成9601，这样“Receiver”的波特率设置被自动校准抵消内部晶振的偏差。在测量实际信号时，“Receiver”输出到“Transmitter”的信号会是正确的 9889 波特率。

二 Receiver 的校准代码

1. 初始化

需要配置以下模块来校准波特率：

时钟：使用 INTOSC2 并选择 100MHz 的 LSPCLK

#define DEVICE_SETCLOCK_CFG (SYSCTL_OSCSRC_OSC2 | SYSCTL_IMULT(20) |

SYSCTL_FMULT_NONE | SYSCTL_SYSDIV(2) |

SYSCTL_PLL_ENABLE)

//

// Set up PLL control and clock dividers

//

SysCtl_setClock(DEVICE_SETCLOCK_CFG);

//

// Make sure the LSPCLK divider is set to the default (divide by 4)

//

SysCtl_setLowSpeedClock(SYSCTL_LSPCLK_PRESCALE_1);

SCI 模块：通讯数据使用，发出校准以后的波形

// Initialize SCIA and its FIFO.

//

SCI_performSoftwareReset(SCIA_BASE);

//

// Configure SCIA for communications.

//

SCI_setConfig(SCIA_BASE, DEVICE_LSPCLK_FREQ, TARGETBAUD, (SCI_CONFIG_WLEN_8 |

SCI_CONFIG_STOP_ONE |

SCI_CONFIG_PAR_NONE));

SCI_resetChannels(SCIA_BASE);

SCI_resetRxFIFO(SCIA_BASE);

SCI_resetTxFIFO(SCIA_BASE);

SCI_clearInterruptStatus(SCIA_BASE, SCI_INT_TXFF | SCI_INT_RXFF);

SCI_enableFIFO(SCIA_BASE);

SCI_enableModule(SCIA_BASE);

SCI_performSoftwareReset(SCIA_BASE);

Xbar 输入：将 GPIO28/SCI 内部连接到 INPUTXBAR7 与 ECAP1 配合使用

//

// Configure GPIO 28 as eCAP input

//

XBAR_setInputPin(XBAR_INPUT7, 28);

ECAP 模块：监控接收到的 SCI 通信脉冲宽度

//

// Disable ,clear all capture flags and interrupts

//

ECAP_disableInterrupt(ECAP1_BASE,

(ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_1 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_2 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_3 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4 |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_OVERFLOW |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_PERIOD |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_COMPARE));

ECAP_clearInterrupt(ECAP1_BASE,

(ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_1 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_2 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_3 |

ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4 |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_OVERFLOW |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_PERIOD |

ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_COMPARE));

//

2. 中断

捕获传入 SCI 通信的脉冲宽度，每捕获 4 次就中断一次。 将这 4 个捕获添加到阵列中。

__interrupt void ecap1ISR(void)

{

if(stopCaptures==0)

{

//

// Get the capture counts, interrupt every 4. Can be 1-bit or more wide.

// add one to account for partial eCAP counts at higher baud rates

// (e.g. count = 40, but if had higher resolution, this would be 40.5)

//

capCountArr[0] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_1);

capCountArr[1] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_2);

capCountArr[2] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_3);

capCountArr[3] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_4);

//

// Add samples to a buffer. Get average baud and tune INTOSC if buffer filled.

//

capCountIter = 0;

for (capCountIter=0; capCountIter<4; capCountIter++)

{

//

3. 主循环

捕获阵列满后，计算阵列的平均脉冲宽度 (也就是波特率)，并更新SCI波特率寄存器，使其尽可能接近计算的平均值。

//

// Loop forever. Suspend or place breakpoints to observe the buffers.

//

for(;;)

{

//

// Array is filled, begin tuning

//

if(stopCaptures==1)

{

//

// Get an average baud rate from the array of samples

//

uint32_t avgBaud = getAverageBaud(samplesArr,NUMSAMPLES,TARGETBAUD);

//

// if the baud function returns the error code '0', then flag an error

//

if(avgBaud==0)

{

ESTOP0;

4. 平均脉冲宽度

对于许多应用的SCI 通信，传输的数据 (例如 0xA5)是变化不固定的，因此SCI的高低电平脉冲宽度就是变化的。所以必须对样本阵列进行如下的预处理，然后才能计算平均脉冲宽度。

a) 丢弃大于 10 位宽的脉冲宽度 (丢弃空闲时间)

b) 将 n 位值除以 n

c) 对修改后的样本数组进行平均化

uint32_t getAverageBaud(volatile float arr[], int size, float targetBaudRate)

{

//

// clean up variable width array to single-bit-width array

//

uint16_t pass = arrTo1PulseWidth(arr, size, (float)DEVICE_SYSCLK_FREQ/targetBaudRate);

//

// pass only if enough good samples provided

//

if(pass == 0)

{

return 0;

}

//

// convert 2-bit width, 3-bit width, etc. to 1-bit width values by dividing, and average these values.

// skip unrelated values

//

float averageBitWidth = computeAvgWidth(arr, size);

以下是平均脉宽计算的原理和代码流程图

三 结果

按照以下设置进行测试，结果详见表格，校准以后的误差从3% 改善为0.1%左右甚至更小。

“Transmitter”设置为正确的波特率 (我们尝试匹配的波特率)

“Receiver”设置为错误波特率 (-3% 或 +3%)

“Receiver”运行校准程序以匹配“Transmitter”

		100K 波特率		9601波特率
		-3%	+3%	-3%	+3%
Transmitter (我们正在尝试匹配的内容)	理想波特率 (仅供参考)	103306	96899	9889	9314.
	实际波特率 (必须与此匹配)	104174.	96906	9890	9315.
Receiver (初始错误波特率)	波特率 (校准前)	100154.	100157.	9622.	9622.
	出错百分比 (校准前)	-3.859%	3.355%	-2.706%	3.296%
Receiver (校准后波特率)	波特率 (校准后)	104336.	97047.	9888	9314.
	出错百分比 (校准后)	0.156%	0.146%	-0.016%	-0.012%