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UART ボーレート & フレームタイミング計算ツール

ボーレート、データ形式、MCUクロック周波数から、UARTフレームタイミング、スループット、およびUSART BRRレジスタ除数を計算します。ボーレート誤差を特定して、シリアル通信の信頼性を高めます。

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公式

BRR = \frac{f_{clk}}{16 \times B}, \quad T_{bit} = \frac{1}{B}, \quad N_{frame} = 1 + D + P + S

参考: STM32 Reference Manual RM0008 §27.3.4; ST AN2908

B — Target baud rate (bps)
f_{clk} — MCU peripheral clock frequency (Hz)
BRR — Baud rate register divisor (integer)
T_{bit} — Duration of one bit (s)
N_{frame} — Total bits per UART frame (bits)
D — Data bits (bits)
P — Parity bits (0 or 1) (bits)
S — Stop bits (1 or 2) (bits)

仕組み

ユニバーサル非同期レシーバ/トランスミッタ（UART）通信は、デバイス間の正確なタイミングのシリアルデータ伝送に依存します。ボーレートは通信速度を決定し、1 秒あたりの信号変化数を表します。各 UART フレームは、スタートビット、データビット (通常は 5 ～ 9 ビット)、エラーチェック用のオプションパリティ、ストップビットという複数のビットで構成されています。マイクロコントローラのクロック周波数は、除数計算によって達成可能なボーレートを決定します。ボーレートが低いほど長距離での通信の信頼性が高まり、ボーレートが高いほどデータ転送が速くなります。信頼性の高い通信を確保するには、トランスミッタとレシーバ間でビットタイミングを小さな誤差（通常は 2 ～ 3% 未満）で同期させる必要があります。

計算例

9600ボーレートを目標とする16MHzのシステムクロックを備えたマイクロコントローラを考えてみましょう。まず、フレーム長を計算します。1 スタートビット + 8 データビット + パリティなし + 1 ストップビット = 合計 10 ビット。ボーレートレジスタ (BRR) を計算するには、クロック周波数を目的のボーレートの 16 倍で割ります。つまり、16,000,000/(16 × 9600) = 104.1667 です。最も近い整数に四捨五入すると 104 が得られます。エラーパーセンテージを確認するには: (|9600-(16,000,000/(16 × 104)) |/9600) × 100 = 0.16%。これは許容できる通信パラメータの範囲内です。

実践的なヒント

  • ✓BRR 計算には必ず整数の除算と丸めを使用してください
  • ✓構成の複雑さを最小限に抑えるには、標準ボーレートを選択してください
  • ✓オシロスコープまたはロジックアナライザで実際のボーレートを確認

よくある間違い

  • ✗システムクロック周波数の変動を考慮できない
  • ✗フラクショナル・ボー・レート生成要件の見落とし
  • ✗実際のボーレートと目標のボーレートのエラー率を確認していない

よくある質問

8-N-1構成が標準で、8データビット、パリティなし、1ストップビットこれにより、データ伝送効率とエラー検出のバランスがとれています。
パリティは、1 ビットの総数が偶数か奇数であることを確認するビットを追加することで、基本的なエラー検出を行います。シングルビットの伝送エラーを検出します。
水晶発振器の許容誤差、温度変動、およびシステムクロックの不正確さは、ボーレート偏差を引き起こす可能性があります。高精度発振器はこれらの問題を最小限に抑えます。
可能ではありますが、非標準のボーレートでは、より複雑なクロック生成が必要になる場合があり、通信エラーの可能性が高まる可能性があります。
一般的なマイクロコントローラは最大115,200ボーをサポートします。それ以上に、専用のハードウェアがないとシグナルインテグリティが難しくなります。

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