上一篇學習筆記介紹了USART硬件流控，相信大家理解了為什麼要做流控，硬件流控與軟件流控的區别，以及硬件流控如何處理。

本篇文章将與大家探讨USART波特率 vs SPI速率。這裡提出一個問題，為什麼USART的波特率是内核時鐘的1/8或者1/16，而SPI最快的頻率可以是内核時鐘的1/2。

請大家帶着這個問題來閱讀本文。

串口和SPI内部時鐘

在回答上面問題之前，需要先了解STM32内部時鐘的概念，尤其是串口和SPI的内部時鐘。

STM32裡包含有系統時鐘、AHB時鐘和APB時鐘。APB時鐘來源于AHB，AHB時鐘來源于系統時鐘。

從上圖中可以看出，時鐘就像流水一樣，從時鐘源彙聚到系統時鐘上，再從系統時鐘繼續分頻或者說是繼續分發到AHB、APB。

通常我們談論的MCU能跑到多少M、主頻多少M，其實所指的就是系統時鐘。

這些時鐘在不同的STM32系列中是不一樣的，我們以STM32F401為例，手冊上說它的APB1的最高時鐘是42MHz，APB2的最高時鐘是84MHz，不同的外設因為挂在不同的總線上，所以速度就不太相同了。比如USART1挂在APB2上，所以它的時鐘最高就是84MHz, USART2是挂在APB1上，它的總線時鐘最快就是42MHz。當我們配置串口的時候會發現，USART2的 baudrate 最高是2.625Mbit/s，但是同樣配置的USART1卻可以達到5.25Mbit/s，這就是因為所在的總線時鐘的不同而不同。

那我們怎麼知道使用的USART1、USART2到底挂在哪條總線上呢？去從數據手冊裡尋找，直接在手冊裡搜索關鍵詞APB1或者APB2就可以快速找到列表。

串口的過采樣技術規範

比如說做數據的接收，我們可以看到串口是通過過采樣技術來實現對數據的接收，因為它沒有時鐘線，隻能通過高于波特率的16倍或者8倍對總線上的數據一個一個地進行采集，根據最後采集到的情況來判斷信号的狀态。

舉個例子，當我們采集START信号的時候，實際上它要求采集到1110 x0x0x0 000這樣固定的序列的時候才認為是一個起始信号。START信号在串口裡是一個bit的低電平信号，我們用16倍的速率進行采樣，首先它在前面會做一個下降沿檢測，這個檢測是要在前面的4個bit能檢測到1110，硬件會對總線上的數據根據采樣點一直進行檢測，這裡的采樣點就是APB的時鐘，串口挂在不同的APB上用的時鐘不一樣。采樣的時候采集到1110就知道是一個下降沿，後面的x意思是任意的，後面的幾個位中至少需要檢測到三個0，而最後邊的三個位需要是連續的三個0，這樣才能被判定是一個起始位。其實隻是判斷了3、5、7、8、9、10這六個點，隻要是0，就可以确認了。這裡我們是以START信号為例，其他信号也是這樣的。

可能有人會有疑問，x是任意的，不去檢測，如果0不滿足要求應該怎麼辦呢？

如果3、5、7、8、9、10這六個點都是0，那就可以認為這是一個起始信号；如果在3、5、7和8、9、10這兩個階段都滿足至少有兩個bit是0的話，那就可以确認它是起始信号，确認的意思是說它裡面的接收緩沖區非空，标志位就已經置上了，承認這個信号，但是還要給一個NE的标志位，因為雖然承認了這個信号，但裡面是存在噪聲的。我們看串口的中斷标志位的時候就可以看到，在它的錯誤事件裡就有一個NOISE FLAG，這個位就表示當串口在接收的時候，在總線上檢測到的電平并不是一個标準的、完整的高電平或者低電平，會有錯誤但不影響整個數據的接收，如果在接收的時候開啟了EIE位，錯誤可以産生一個中斷，讓MCU對總線上的情況有一個了解。

如果前三個bit滿足條件，而後三個bit沒有滿足的話，那就說明這個數據是錯誤的，就不會置标志位了，隻要在3、5、7和8、9、10這兩個階段中有一個階段不滿足條件，就不會置位，并且還會有噪聲的說明。

當然了，這些都是在檢測下降沿沒有問題的情況下來說的，如果說在檢測下降沿1110都不完整或者是錯誤的，直接就會回到ideal狀态，重新等待下一個數據發送過來。

SPI的速度為什麼這麼快？

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

SPI速率是不是應該和系統時鐘一樣？

其實不是，因為系統需要時間去獲取采集到的數據，所以SPI的時鐘分頻系數最小是二分之一的分頻，那麼就是說SPI的速度是系統時鐘的一半了。

有人覺得同步傳輸明顯優于異步傳輸，因為有時鐘線，傳輸速率會更高。

但其實這種說法并不是完全正确的，因為每一種傳輸方式都有自己的優勢。比如串口有自動波特率的功能，就是說在接收的時候并不知道主機是按照什麼樣的波特率進行傳輸的，那就隻能等主機發一個特定字節的數據過來并且檢測數據的狀态，然後自己硬件去設置波特率的寄存器，這樣就可以在下一次傳輸的時候和主機使用相同的波特率。其次，在不同的溫度範圍内，内部的RC振蕩器是有溫漂的并且很大，最标準的校準方法是給它一個時鐘沿，但是很多時候并沒有這個時鐘沿，那我們就可以用自動波特率。每次通訊的時候都采用自動波特率，就是每次都先接收，接收之後BRR寄存器裡面的值就會随着溫度的變化發生改變，MCU就可以根據BRR的值來調節HSITRIM。這個方法的好處是不需要提供一個非常标準的時鐘，通過串口通訊這種異步的方式就可以把時鐘信息傳給單片機内部。

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