波特率原理【转】

本文详细解释了波特率和比特率的概念及其区别,并通过实例说明了二者之间的换算关系。波特率描述的是单位时间内调制信号的能力,而比特率则是有效数据的传输速率。
 
单片机或计算机在串口通信时的速率。指的是 信号被调制以后在单位时间内的变化,即单位时间内 载波参数变化的次数,如每秒钟传送240个字符,而每个字符格式包含10位(1个起始位,1个停止位,8个数据位),这时的波特率为240Bd,比特率为10位*240个/秒=2400bps。又比如每秒钟传送240个二进制位,这时的波特率为240Bd,比特率也是240bps。(但是一般调制速率大于波特率,比如曼彻斯特编码)。波特率,可以通俗的理解为一个设备在一秒钟内发送(或接收)了多少码元的数据。它是对符号 传输速率的一种度量,1 波特即指每秒传输1个码元符号(通过不同的调制方式,可以在一个码元符号上负载多个bit位信息),1比特每秒是指每秒传输1比特(bit)。 单位“ 波特”本身就已经是代表每秒的调制数,以“波特每秒”(Baud per second)为单位是一种常见的错误。
中文名
波特率
外文名
Baud rate
其它名
码元速率
作    用
度量符号传输速率

概念

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模拟线路 信号的速率,以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩, 波特率等于每秒钟传输的 数据位数,如果数据进行了压缩,那么每秒钟传输的数据位数通常大于 调制速率,使得交换使用波特和 比特/秒偶尔会产生错误。
信息传输通道中,携带数据信息的 信号单元叫 码元,每秒钟通过 信道传输的码元数称为码元 传输速率,简称波特率。 波特率是指数据 信号载波调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示(也就是每秒调制的符号数),其单位是波特(Baud,symbol/s)。 波特率是传输通道 频宽的指标。
每秒钟通过信道传输的信息量称为位 传输速率,也就是每秒钟传送的二进制位数,简称 比特率比特率表示有效数据的 传输速率,用b/s 、bit/s、比特/秒,读作:比特每秒。
[1]  
波特率与 比特率的关系也可换算成:比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数
例如假设数据传送速率为120符号/秒(symbol/s)(也就是波特率为120Baud),又假设每一个符号为8位(bit)即八相调制(单个调制状态对应3个二进制位),则其传送的 比特率为(120symbol/s) * (3bit/symbol)=360bps.

分析举例

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它是对 信号传输速率的一种度量,通常以“ 波特”(baud)为单位。 波特率有时候会同 比特率混淆,实际上后者是对 信息传输速率(传信率)的度量。 波特率可以被理解为单位时间内传输 码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个 比特信息。
波特率一般指的是 调制解调器的通讯速度。 波特率是指线路状态更改的次数。只有每个 信号符合所传输数据的一位时,才等于每秒位数。
为了在彼此之间通讯, 调制解调器必须使用相同的 波特率进行操作。如果将 调制解调器波特率设置为高于其他的调制解调器的波特率,则较快的调制解调器通常要改变其波特率以匹配速度较慢的调制解调器。
(严格来说, 波特率不在传输领域,出现传输、 信道等字眼容易产生混淆,波特率描述的是单位时间内调制 信号的能力,经它调制出来的信号才以 比特的形式来传输,或者这样说,信号在传输过程中,如果要经过数模转换,就需要调制,那么传输时间除了消耗在其它领域外,还消耗在调制过程和在信道的传输过程,描述信号调制能力用波特率,描述信号传输能力用 比特率。)

与比特率

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比特率在数字 信道中,比特率是 数字信号传输速率,它用单位时间内传输的 二进制代码的有效位(bit)数来表示,其单位为 每秒比特数bit/s(bps)、每秒 千比特数(Kbps)或每秒 兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000,而不是涉及 计算机存储器容量时的1024和1048576)。
波特率 波特率指数据 信号载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,其单位为 波特(Baud)。
比特率在数值上和 波特率有这样的关系:
波特率与 比特率的关系为: 比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。
I=S*log2(N)
其中 I为传信率, S波特率, N为每个符号负载的信息量,以 比特为单位。
如何区分两者? 显然,两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的 比特率等于 波特率;四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍;八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍;依次类推。
<think>首先,用户的问题是关于CAN总线波特率如何进行换。根据系统指令,我需要使用中文回答,结构清晰,逐步解决问题,并保证回答真实可靠。 回顾引用内容: - 引用[1]:提到CAN总线的物理特性和收发器的作用,以及上层协议的重要性。 - 引用[2]:介绍CAN总线波特率计算器工具,用于计算波特率设置参数。 - 引用[3]:讨论CAN隔离中继器的波特率设置。 - 引用[4]:解释波特率计算中参数的含义。 - 引用[5]:提供一个实际例子,使用STM32实现CAN波特率换。 用户意图是了解CAN总线波特率换的方法,可能涉及硬件或软件实现。 我的回答结构: 1. **介绍CAN总线波特率换的概念**:解释为什么需要换,常见场景。 2. **换方法**: - 硬件方法:使用收发器或中继器。 - 软件方法:使用微控制器(如STM32)实现。 3. **详细步骤**:以引用[5]的例子为基础,说明如何实现。 4. **关键参数**:解释波特率计算中的参数,如BRP、TSEG1、TSEG2等(参考引用[4])。 5. **工具推荐**:提到波特率计算器工具(参考引用[2])。 6. **注意事项**:讨论兼容性和实际应用问题。 7. **生成相关问题**:在结尾添加相关问题。 确保使用LaTeX格式: - 行内数学表达式:如波特率公式,用$...$。 - 独立公式:如计算波特率的公式,用$$...$$。 引用标识:在回答中引用参考内容时,在末尾添加[^n],例如[^1]。 最终回答: - 开头:直接回答问题。 - 主体:分步骤解释。 - 结尾:相关问题。 相关问题生成: - 基于主题,如CAN总线波特率计算、优化、应用场景等。</think>### CAN总线波特率换方法 在CAN总线通信中,波特率换是指将不同波特率的CAN网络连接起来,实现数据发。这在工业自动化、汽车电子等场景中常见,例如当两个设备(如控制器和底盘)的波特率不匹配时(如一方250 kbps,另一方500 kbps),需要换器来桥接通信[^5]。换的核心是调整位时间参数(如BRP、TSEG1、TSEG2),确保数据在正确的时间窗口内采样[^4]。以下我将逐步介绍换方法,结合硬件和软件实现。 #### 1. **原理** CAN波特率由位时间(Bit Time)决定,计算公式为: $$ \text{波特率} = \frac{f_{\text{clk}}}{\text{BRP} \times (\text{TSEG1} + \text{TSEG2} + 1)} $$ 其中: - $f_{\text{clk}}$ 是CAN控制器时钟频率(单位Hz), - $\text{BRP}$(波特率预分频器)调整时钟分频, - $\text{TSEG1}$ 和 $\text{TSEG2}$ 定义位时间段(如采样点比例)[^4]。 换时,需根据目标波特率计算这些参数,并在硬件或软件中配置。 #### 2. **换方法** 分为硬件和软件方式,选择取决于应用场景: - **硬件方法:使用CAN中继器或隔离器** - 设备如CANbridge或CAN中继器(参考引用[3]),可直接设置不同波特率。 - **步骤**: 1. 连接两个CAN网络:例如,CAN1通道(波特率A)到CAN2通道(波特率B)。 2. 独立配置波特率:通过工具(如配置软件)设置每个通道的参数。 3. 启用数据发:中继器自动缓存和发数据帧,无需处理ID换。 - **优点**:简单、可靠,适用于实时系统。引用[3]提到,中继器支持自定义任意波特率(如250 kbps500 kbps)。 - **缺点**:成本较高,且需额外硬件。 - **软件方法:使用微控制器(如STM32)** - 适用于定制化场景,例如当设备ID和波特率都固定时(引用[5]例子)。 - **步骤**: 1. **选择微控制器**:如STM32(内部集成CAN模块),时钟频率$f_{\text{clk}}$ 需稳定(如8 MHz)。 2. **计算波特率参数**: - 使用工具(如CAN波特率计算器[^2])输入目标波特率(如500 kbps),获取BRP、TSEG1、TSEG2值。 - 示例:若$f_{\text{clk}} = 8 \text{ MHz}$,目标波特率500 kbps,则: $$ \text{BRP} = 1, \quad \text{TSEG1} = 4, \quad \text{TSEG2} = 3 $$ 采样点比例 = $\frac{\text{TSEG1} + 1}{\text{TSEG1} + \text{TSEG2} + 1} \times 100\% = \frac{5}{8} \times 100\% = 62.5\%$[^4]。 3. **配置CAN模块**: - 初始化两个CAN通道(如CAN0和CAN1),分别设置不同波特率参数。 - 在代码中实现ID映射(如源ID 0x18ff94f1 目标ID 0x131)。 4. **实现数据发逻辑**: - 监听源CAN总线,接收数据帧。 - 修改ID和波特率后,发到目标总线。 - 参考引用[5]的STM32代码框架: ```c // 示例伪代码(基于STM32 HAL库) CAN_HandleTypeDef hcan0, hcan1; void CAN_Init() { // 配置CAN0 (波特率250 kbps) hcan0.Instance = CAN0; hcan0.Init.Prescaler = BRP0; // 例如BRP=2 hcan0.Init.TimeSeg1 = TSEG1_0; // 例如TSEG1=6 hcan0.Init.TimeSeg2 = TSEG2_0; // 例如TSEG2=1 HAL_CAN_Init(&hcan0); // 配置CAN1 (波特率500 kbps) hcan1.Instance = CAN1; hcan1.Init.Prescaler = BRP1; // 例如BRP=1 hcan1.Init.TimeSeg1 = TSEG1_1; // 例如TSEG1=4 hcan1.Init.TimeSeg2 = TSEG2_1; // 例如TSEG2=3 HAL_CAN_Init(&hcan1); } void CAN_Receive_Forward() { // 接收CAN0数据 if (HAL_CAN_Receive(&hcan0, &rx_frame, timeout)) { // 修改ID(如0x18ff94f1 -> 0x131) rx_frame.StdId = TARGET_ID; // 发到CAN1 HAL_CAN_Transmit(&hcan1, &rx_frame, timeout); } } ``` - **优点**:灵活、低成本,支持ID换。 - **缺点**:需编程能力,可能引入延迟(需优化实时性)。 #### 3. **关键工具和注意事项** - **工具推荐**: - 使用CAN波特率计算器(如引用[2]的工具),自动生成BRP、TSEG1、TSEG2值,避免手动计算错误。 - 在线计算器(如Kvaser或Vector工具)可简化过程。 - **注意事项**: - **同步问题**:确保采样点比例(如60-80%)匹配,避免总线错误[^4]。引用[4]强调,采样点变化会影响通信稳定性。 - **兼容性**:检查收发器是否支持目标波特率(如高速CAN最高1 Mbps)。引用[1]指出,收发器是物理层关键,需确保电平兼容。 - **实时性**:在软件实现中,添加缓冲区减少数据丢失风险。 - **测试**:用示波器验证位时间参数,确保实际波特率与理论值一致。 #### 4. **实际应用场景** - 汽车电子:连接不同波特率的ECU单元(如车身控制模块和发动机控制模块)[^5]。 - 工业控制:在CAN网络中集成新旧设备(如250 kbps传感器500 kbps PLC)[^3]。 - 引用[5]案例证明,当设备波特率固定时,软件换是可行方案。 总之,波特率换以参数计算为基础,优先选择硬件中继器简化部署,或使用微控制器实现定制换。实践中,结合工具(如波特率计算器)可提升准确性和效率[^2][^4]。
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