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Calculadora de taxa de transmissão UART e tempo de quadros

Calcule o tempo de quadro UART, a taxa de transferência e o divisor de registro USART BRR a partir da taxa de transmissão, formato de dados e frequência do relógio MCU. Identifique o erro da taxa de transmissão para uma comunicação serial confiável.

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Fórmula

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

Referência: 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)

Como Funciona

A comunicação com receptor/transmissor assíncrono universal (UART) depende da transmissão de dados seriais cronometrada com precisão entre dispositivos. A taxa de transmissão determina a velocidade da comunicação, representando o número de mudanças de sinal por segundo. Cada quadro UART consiste em vários bits: um bit inicial, bits de dados (normalmente de 5 a 9), paridade opcional para verificação de erros e bits de parada. A frequência do relógio do microcontrolador determina as taxas de transmissão alcançáveis por meio de um cálculo de divisor. Taxas de transmissão mais baixas permitem uma comunicação mais confiável em distâncias maiores, enquanto taxas mais altas permitem uma transferência de dados mais rápida. O tempo de bits deve ser sincronizado entre o transmissor e o receptor dentro de uma pequena tolerância de erro, normalmente inferior a 2-3% para garantir uma comunicação confiável.

Exemplo Resolvido

Considere um microcontrolador com um relógio de sistema de 16 MHz, visando uma taxa de transmissão de 9600. Primeiro, calcule o comprimento do quadro: 1 bit inicial + 8 bits de dados + sem paridade + 1 bit de parada = 10 bits totais. Para calcular o Registro de Taxa de Transmissão (BRR), divida a frequência do relógio por 16 vezes a taxa de transmissão desejada: 16.000.000/(16 × 9600) = 104.1667. Arredondar para o inteiro mais próximo dá 104. Para verificar a porcentagem de erro: (|9600 - (16.000.000/(16 × 104)) |/9600) × 100 = 0,16%, o que está dentro dos parâmetros de comunicação aceitáveis.

Dicas Práticas

  • ✓Sempre use divisão e arredondamento de números inteiros para o cálculo do BRR
  • ✓Escolha taxas de transmissão padrão para minimizar a complexidade da configuração
  • ✓Verifique a taxa de transmissão real com osciloscópio ou analisador lógico

Erros Comuns

  • ✗Falha em contabilizar as variações de frequência do relógio do sistema
  • ✗Ignorando os requisitos de geração de taxa de transmissão fracionária
  • ✗Não está verificando a porcentagem de erro da taxa de transmissão real versus a meta

Perguntas Frequentes

A configuração 8-N-1 é padrão: 8 bits de dados, sem paridade, 1 bit de parada. Isso fornece um bom equilíbrio entre a eficiência da transmissão de dados e a detecção de erros.
A paridade fornece detecção básica de erros adicionando um bit extra que garante que o número total de 1 bit seja par ou ímpar. Ele detecta erros de transmissão de um único bit.
As tolerâncias do oscilador de cristal, as variações de temperatura e as imprecisões do relógio do sistema podem causar desvios na taxa de transmissão. Os osciladores de alta precisão minimizam esses problemas.
Embora seja possível, taxas de transmissão não padrão podem exigir uma geração de relógio mais complexa e aumentar a probabilidade de erro de comunicação.
Microcontroladores típicos suportam até 115.200 baud. Além disso, a integridade do sinal se torna um desafio sem hardware especializado.

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