MAX3108為完整的高性能通用異步收發(fā)器（UART），采用2.1mm×2.1mm晶圓級(jí)封裝（WLP）。它在硬件中提供了許多高端功能，從而降低了固件的復(fù)雜性。MAX3108的大多數(shù)高級(jí)功能不需要快速響應(yīng)和密集的固件管理，而只需要初始固件設(shè)置，很少或不需要固件管理。本應(yīng)用筆記是詳細(xì)解釋MAX3108特性的系列筆記之一，解釋了如何設(shè)置目標(biāo)波特率。

介紹

MAX3108是一款高性能通用異步收發(fā)器（UART），采用晶圓級(jí)封裝（WLP），具有許多硬件高級(jí)特性，從單獨(dú)的128字發(fā)送和接收FIFO到廣泛的硬件介導(dǎo)流控制。MAX3108的大部分功能依賴于時(shí)鐘的編程。因此，第一個(gè)編程任務(wù)是設(shè)置適當(dāng)?shù)牟ㄌ芈蕰r(shí)鐘。

本應(yīng)用筆記解釋了如何對(duì)1個(gè)寄存器（和5304位）進(jìn)行編程以設(shè)置所需的波特率。提供了一個(gè)電子表格，大大簡(jiǎn)化了UART波特率編程的任務(wù)。本文檔假定讀者已經(jīng)熟悉應(yīng)用筆記3108“與MAX<> UART的接口”。

波特率生成

本節(jié)描述MAX3108如何從晶體或振蕩器輸入產(chǎn)生波特率頻率。這應(yīng)該首先在對(duì)UART進(jìn)行編程時(shí)完成。除 SPI/I 外2C接口和基本的GPIO功能，在編程時(shí)鐘速率之前，MAX3108中沒(méi)有其他功能。如果使用晶體作為頻率源，則器件在時(shí)鐘被禁用的情況下退出復(fù)位。

MAX3108按以下方式將時(shí)鐘源處理為輸出波特率：

如果時(shí)鐘源是晶體，則晶體振蕩器模塊將此源轉(zhuǎn)換為內(nèi)部邏輯電平時(shí)鐘。MAX3108接受在1MHz至4MHz諧振的晶體。要啟用晶體振蕩器，請(qǐng)將晶體EN位設(shè)置為1。或者，可以在MAX3108的XIN引腳上提供外部邏輯電平時(shí)鐘源。MAX3108接受500kHz至35MHz的時(shí)鐘頻率。由于CrystalEn位在上電或復(fù)位后默認(rèn)為0，因此除非另有專門編程，否則它將使用外部時(shí)鐘。

步驟1中的時(shí)鐘為預(yù)分頻器的輸入供電。它將輸入頻率除以 1 到 63 之間的數(shù)字。PLLConfig 寄存器的位 5 到 0 定義除數(shù)。

預(yù)分頻器的輸出饋入鎖相環(huán) （PLL），鎖相環(huán)將預(yù)分頻器的頻率乘以 1、6、48、96 或 144。要乘以 1，請(qǐng)將位 2（CLKSource 寄存器的 PLLEn 位）設(shè)置為 0。要設(shè)置任何其他乘法器，請(qǐng)將PLLEn位設(shè)置為1，并設(shè)置PLLConfig寄存器的第7位和第6位，如MAX4數(shù)據(jù)資料表3108所示，其中還詳細(xì)說(shuō)明了PLL的頻率限值。請(qǐng)注意，如果電源電壓（V抄送） 小于 2.35V。當(dāng)從低頻時(shí)鐘源產(chǎn)生高波特率時(shí)，PLL非常有用。

PLL的輸出為波特率發(fā)生器供電，波特率發(fā)生器對(duì)輸出頻率進(jìn)行分頻。該電路將其輸入頻率除以整數(shù)部分（從1到65，535）和小數(shù)部分（從0/16到15/16）。這是通過(guò)DIVMSB寄存器，DIVLSB寄存器和BRGConfig寄存器的位3到0進(jìn)行編程的。波特率發(fā)生器的輸出是內(nèi)部波特率時(shí)鐘。實(shí)際波特率是波特率發(fā)生器的頻率輸出除以 16。可以除以 8 或 4，但如果可能的話，應(yīng)該使用除以 16。被8或4分頻會(huì)使某些特性無(wú)法使用，并降低MAX3108 UART接收器的頻率誤差容限。

圖1.MAX3108時(shí)鐘選擇圖

圖2.2 倍和 4 倍波特率。

晶體振蕩器采用常見(jiàn)的UART晶體（如1.8432MHz）工作，外部時(shí)鐘輸入采用嵌入式系統(tǒng)中的一系列常見(jiàn)時(shí)鐘頻率工作。這是為了生成波特率時(shí)鐘而需要消化的大量信息。此外，對(duì)于大多數(shù)波特率，可以通過(guò)多種方式生成相同的波特率。

波特率協(xié)助電子表格

因此，可以下載“MAX3108頻率選擇”電子表格。根據(jù)給定的輸入頻率和所需的波特率，該工具可以方便地確定在MAX3108的五個(gè)時(shí)鐘配置寄存器中編程的內(nèi)容。該電子表格計(jì)算了從給定輸入頻率生成目標(biāo)波特率的幾種最佳方法。

在許多情況下，可以精確地生成目標(biāo)波特率。然而，有時(shí)最佳配置會(huì)導(dǎo)致生成的波特率出現(xiàn)小誤差。這就是電子表格提供多個(gè)可能配置的原因。每種可能性都會(huì)產(chǎn)生最接近的頻率匹配，但具有不同的假設(shè)。

大多數(shù)時(shí)候，會(huì)有一種配置明顯更勝一籌。在描述電子表格之后，我們將通過(guò)一些示例來(lái)說(shuō)明確定MAX3108編程的最佳正確配置是多么容易。

電子表格說(shuō)明

電子表格只需要來(lái)自用戶的四個(gè)輸入，所有輸入都在“綜合”選項(xiàng)卡的頂部附近。

輸入四個(gè)參數(shù)，如下所示：

在單元格 C2 中，輸入晶體頻率或外部振蕩器頻率（以赫茲為單位）。

在單元格 C3 中，輸入所需的波特率（以位/秒為單位）。

在單元C5中，如果頻率源是晶體（使用MAX3108晶體振蕩器），則輸入y;如果頻率源是提供給MAX3108 XIN引腳的外部時(shí)鐘，則輸入n。

在單元格 C6 中，輸入 n。這與MAX3108的特性有關(guān)，稍后將對(duì)此進(jìn)行描述。

結(jié)果從第 8 行開(kāi)始顯示。

如果C8單元報(bào)告FALSE，則選擇晶體作為頻率源，它超出了MAX3108晶體振蕩器電路的有效頻率范圍。有效的晶體振蕩器頻率范圍在 1MHz 和 4MHz 之間。

如果單元 C9 報(bào)告 FALSE，則表示您選擇了外部時(shí)鐘源，并且您指定的頻率超出了 XIN 引腳的有效時(shí)鐘頻率范圍。有效的外部振蕩器頻率范圍在 0.5MHz 和 35MHz 之間。

單元格 C11 報(bào)告是否有可能合理地生成所需的波特率。單元格 C11 可以報(bào)告 FALSE，因?yàn)閱卧?C8 或 C9 報(bào)告 FALSE。或者因?yàn)椴淮嬖诳梢院侠磉_(dá)到目標(biāo)波特率的配置。例如，請(qǐng)求高于MAX3108最大值24MBd的波特率會(huì)導(dǎo)致單元C11報(bào)告FALSE，而不管其他用戶輸入的值如何。

從第 13 行開(kāi)始顯示更多結(jié)果。

D、E 和 F 列計(jì)算頻率誤差最低的配置，每個(gè)列的假設(shè)都不同。D 列假定速率模式固定為 16，E 列假定速率模式固定為 8，F(xiàn) 列假定速率模式固定為 4。作為一般規(guī)則，費(fèi)率模式應(yīng)保持在 16，除非有令人信服的理由選擇其他方式，我們將很快回到這個(gè)話題。

第 14 行是一個(gè)標(biāo)志，如果為 FALSE，則表示在產(chǎn)生接近所需波特率的結(jié)果的任何配置中都不能使用相應(yīng)的速率模式。在這種情況下，此列中的其他條目將為空。

第 15 行到第 17 行和第 20 行以可通過(guò)圖 1 和圖 2 理解的方式描述配置。第 15 行描述所選的預(yù)分頻器值。第 20 行表示選擇了哪個(gè) PLL 乘法器。此外，第 16 行和第 17 行描述了分?jǐn)?shù)率生成器的整數(shù)和小數(shù)部分。更直接感興趣的是，第 17 行顯示實(shí)際生成的波特率，第 18 行包含頻率誤差（以百分比表示）。

第21行至第25行表示要編程到3108個(gè)MAX3108時(shí)鐘配置寄存器中的值，以十六進(jìn)制表示。當(dāng)用戶選擇配置時(shí)，將這五個(gè)十六進(jìn)制值復(fù)制到程序中，稍后將介紹，以將這些值加載到MAX<>中。

第一個(gè)例子

讓我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的例子開(kāi)始，從19.2MHz晶體產(chǎn)生1.8432kBd。輸入以下參數(shù)：

結(jié)果如下：

注意，單元D19表示零頻率誤差，至少在MAX3108從頻率輸入到波特率輸出的轉(zhuǎn)換過(guò)程中是這樣。這是速率模式為 16 的最佳方案。請(qǐng)參考單元D21至D25，確定在MAX3108時(shí)鐘配置寄存器中編程的內(nèi)容。您會(huì)發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況下，您將選擇單元格 D21 到 D25 來(lái)編程所需的波特率。

頻率誤差示例

現(xiàn)在讓我們嘗試一個(gè)不同的示例。讓我們從190.1MHz晶體生成8432kBd。輸入以下參數(shù)：

請(qǐng)注意不同的結(jié)果：

現(xiàn)在，對(duì)于 16 的速率模式，我們的誤差很小，而對(duì)于其他速率模式，誤差較小。在這種情況下，誤差足夠小，應(yīng)使用單元格 D21 到 D25 值。

什么是足夠小的錯(cuò)誤？一般來(lái)說(shuō)，0.8%或更低的頻率誤差不應(yīng)引起關(guān)注。但是，應(yīng)仔細(xì)查看2.0%或更高的頻率誤差。0.8%和2.0%之間的誤差涉及一些判斷。在這種情況下，速率模式為16時(shí)的頻率誤差約為0.07%，足以使其成為配置的最佳選擇。

具有大頻率誤差的示例

我們現(xiàn)在將嘗試一些東西來(lái)說(shuō)明為什么我們有時(shí)可能需要選擇 E 列或 F 列。首先，讓我們從 5.678901MHz 時(shí)鐘生成 28.23MBd。輸入以下參數(shù)：

在這里，我們得到了一個(gè)更有趣的結(jié)果：

請(qǐng)注意，速率模式為16時(shí)的頻率誤差為2.63%，這太高了。如果使用MAX3108 IRDA功能，則必須將速率模式設(shè)置為16。在這種情況下，也許可以選擇不同的輸入頻率，例如18MHz。或者可以對(duì)通道時(shí)序進(jìn)行更仔細(xì)的分析，以驗(yàn)證此錯(cuò)誤是否不會(huì)影響正在設(shè)計(jì)的特定系統(tǒng)。

另一種選擇是選擇速率模式設(shè)置為 8 的配置。這導(dǎo)致了非常可觀的0.5%頻率誤差。在這種情況下，MAX3108時(shí)鐘配置寄存器的編程參數(shù)取自單元E21至E25。

選擇更有限的示例

對(duì)于大于 6MBd 的輸出速率，速率模式不能為 16。這是必須選擇其他速率模式之一的另一個(gè)原因。即使低于6MBd，輸入頻率和輸出波特率的某些組合也不允許速率模式為16的情況。例如，嘗試從 5.775MHz 晶體生成 1.8432MBd。

結(jié)果是：

在這種情況下，根本無(wú)法使用 16 的速率模式。要么必須改變輸入頻率，要么必須選擇8的速率模式。請(qǐng)注意，在某些情況下，8 的速率模式也不是一種選擇。例如，當(dāng)輸出波特率大于 12MBd 時(shí)，唯一可能的速率模式為 4。

MAX3108編程

從電子表格中選擇一組編程參數(shù)后，對(duì)MAX3108進(jìn)行編程就變得非常簡(jiǎn)單。上電時(shí)加載所有寄存器時(shí)，這五個(gè)寄存器構(gòu)成正在加載的組的一部分。本節(jié)介紹如何對(duì)MAX3108進(jìn)行目標(biāo)波特率編程，假設(shè)尚無(wú)串行數(shù)據(jù)流。更改現(xiàn)有波特率時(shí)必須采取進(jìn)一步措施。這些步驟將在以后的應(yīng)用筆記中解釋。我們從一個(gè)例子開(kāi)始，其中頻率源是一個(gè)外部時(shí)鐘，比如說(shuō)，從MAX190 XIN引腳上的28.23MHz外部時(shí)鐘源產(chǎn)生3108kBd。電子表格的輸入部分如下所示：

結(jié)果是：

程序加載MAX3108時(shí)鐘配置寄存器以產(chǎn)生目標(biāo)波特率。請(qǐng)注意，程序中填充到數(shù)組 U190K 中的參數(shù)是從電子表格中的單元格 D21 到 D25 復(fù)制的。

/* ** Run UART at 190KBAUD from a 28.23MHz clock source */ unsigned char U190K [] = { 0xF7, 0x05, 0x18, 0x00, 0x04 } ; // Load the MAX3108 clock configuration registers appropriately // if (!MAX3108_Puts (MAX3108R_PLLCONFIG, sizeof U190K, U190K)) { // handle possible I2C protocol error here }

第二個(gè)編程示例

再舉一個(gè)例子，讓我們從230.4MHz晶體生成1.8432kBd作為輸入。這是UART時(shí)鐘生成中非常常見(jiàn)的晶體。電子表格的輸入部分如下所示：

結(jié)果是：

當(dāng)時(shí)鐘源是晶體時(shí)，您可以選擇驗(yàn)證晶體操作。STSInt 寄存器中的 ClkReady 位僅在晶體振蕩器和 PLL 工作并鎖定時(shí)觸發(fā)。對(duì)于已知工作正常的給定MAX3108時(shí)鐘配置，這簡(jiǎn)化為驗(yàn)證晶體振蕩器是否按預(yù)期工作。如果使用外部時(shí)鐘源，ClkReady位不起作用，因此如果外部時(shí)鐘饋電MAX3108，則不要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

盡管此功能在開(kāi)發(fā)環(huán)境中很有用，但在生產(chǎn)或現(xiàn)場(chǎng)部署的設(shè)備中可能用處不大。請(qǐng)注意，STSInt 寄存器中的其他位在讀取時(shí)被清除。如果不清除可能的 TxEmptyInt 或 GPIxInt 條件，就無(wú)法檢查 ClkReady 位。程序員當(dāng)心！

對(duì)于外部時(shí)鐘，如果更改了預(yù)分頻器或PLL因子，UART將無(wú)法立即發(fā)送或接收。更改預(yù)分頻器或PLL因子后，或在啟用PLL后，UART將在1200 ×（預(yù)分頻器）/（XIN頻率）或更低的時(shí)間延遲后以新的編程波特率工作。

/*
** Run UART at 230.4KBAUD from a 1.8432MHz crystal
*/
unsigned char U230K4 [] = {
   0x03, 0x00, 0x01, 0x00, 0x06
} ;

   // Load the MAX3108 clock configuration registers appropriately
   //
   if (!MAX3108_Puts (MAX3108R_PLLCONFIG, sizeof U230K4, U230K4)) {
      // handle possible I2C protocol error here
   }

   // Check XTAL and PLL are running OK - optional
   while (MAX3108_Read (MAX3108R_STSINT & 0x0008) == 0) ;

避免鎖相環(huán)更改

到目前為止，我們一直在使用第 13 行到第 25 行的結(jié)果。另一部分（第 27 行到第 39 行）的假設(shè)略有不同。在第二部分中，將計(jì)算頻率誤差最低但PLL固定為不同速率的配置。

當(dāng)從單個(gè)頻率源生成多個(gè)波特率時(shí)，這非常有用，而不會(huì)產(chǎn)生與PLL重鎖相關(guān)的延遲。這意味著預(yù)分頻器和PLL不得在各種配置之間變化。

這方面的一個(gè)例子是在 IO-Link 場(chǎng)景中，能夠在 230.4kBd 38.4kBd 和 4.8kBd 之間快速切換非常重要。讓我們看看如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，假設(shè)我們無(wú)處不在的1.8432MHz晶體。從最高波特率開(kāi)始，電子表格的輸入部分如下所示：?

這導(dǎo)致：

讓我們從速率模式可以是 16 的假設(shè)開(kāi)始。注意預(yù)分頻器和PLL系數(shù)，分別為3和x6。如果可行，我們將使用單元D21至D25中的配置值對(duì)MAX3108進(jìn)行230.4kBd編程。現(xiàn)在，讓我們嘗試下一個(gè)波特率。

本例中的結(jié)果是：

這些條目的 PLL 因子都不為 x6，因此現(xiàn)在讓我們參考第二部分。

列 E 提供了假設(shè) PLL 因子必須為 x6 的配置。請(qǐng)注意，預(yù)分頻器值也是 3。這意味著，如果我們選擇使用單元格 E230 到 E4 中給出的參數(shù)配置 38.4kBd 輸出速率，則 PLL 將不需要重新鎖定從 38.4kBd 到 35.39kBd。

我們需要檢查我們是否可以使用 4.8kBd 來(lái)做到這一點(diǎn)。電子表格的輸入部分如下所示：

結(jié)果是：

就像在 38.4kBd 的情況下一樣，沒(méi)有一個(gè)結(jié)果的 PLL 因子為 x6，因此我們參考第二部分：

就像在 38.4kBd 的情況下一樣，x6 部分顯示我們可以生成 4.8kBd，PLL 因子為 x6，預(yù)分頻器 3，使用單元格 E35 到 E39 中的配置參數(shù)。

完全避免鎖相環(huán)

在某些情況下，最好完全避免使用PLL。例如，如果 V抄送提供給MAX3108的電壓低于2.35V。此外，如果在退出低功耗模式后快速運(yùn)行很重要，則應(yīng)避免使用PLL。假設(shè)我們需要從 230.4MHz 晶體生成 38.4kBd、4.8kBd 和 1.8432kBd，但我們也需要避免使用 PLL。

實(shí)現(xiàn)此目的的最簡(jiǎn)單方法是查閱電子表格所有三個(gè)實(shí)例的PLL因子固定為x1的部分。對(duì)于 230.4kBd 的目標(biāo)波特率，第二部分是：

單元格 D35 到 D39 報(bào)告電子表格的所有三個(gè)實(shí)例所需的配置，三個(gè)所需波特率中的每一個(gè)實(shí)例一個(gè)實(shí)例。由于這三種配置中均未使用PLL，并且預(yù)分頻器值不會(huì)改變，因此在所有三種波特率之間切換可避免PLL重新鎖定的延遲。

保持高速率模式

如果希望將速率模式設(shè)置為 16 并避免使用 PLL，則應(yīng)參考第三個(gè)結(jié)果部分，即第 41 行至第 53 行。請(qǐng)注意，這是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)格的方案，因此第三部分通常是空白的，以指示無(wú)法合理地實(shí)現(xiàn)此類配置。例如，讓我們從190.28MHz外部時(shí)鐘源生成32kBd的輸出速率。

電子表格的輸入部分為：

本例中的結(jié)果是：

對(duì)于 16 的速率模式，建議的配置使用 x144 的 PLL 系數(shù)，但我們需要 x1 的 PLL 系數(shù)。這不符合我們對(duì)速率模式 16 和 PLL 因子 x1 的要求。查閱第二個(gè)結(jié)果部分：

對(duì)于 x1 的 PLL 系數(shù)，建議的速率模式為 8。不完全是我們要找的。查閱電子表格的第三個(gè)結(jié)果部分：

我們看到，從190.28MHz外部時(shí)鐘產(chǎn)生23kBd是可能的，PLL因子為x1，速率模式為16。頻率誤差為合理的0.28%。用于完成此操作的配置參數(shù)位于單元格 D49 到 D53 中。

“手動(dòng)”選項(xiàng)卡

對(duì)于實(shí)驗(yàn)或處理異常情況時(shí)，電子表格的“手動(dòng)”選項(xiàng)卡提供了一些基本幫助。電子表格包含四個(gè)部分。用戶輸入部分為：

輸入所有這些參數(shù)后，請(qǐng)參閱第二部分：

確保 D 列中沒(méi)有單元格報(bào)告 FALSE，并且 D 列中沒(méi)有單元格報(bào)告 BAD。在繼續(xù)操作之前，請(qǐng)更正用戶輸入部分中的任何錯(cuò)誤。清除所有錯(cuò)誤后，請(qǐng)參閱第三部分：

如果您在單元格 D33 中看到警告，則需要返回并修復(fù)輸入中的錯(cuò)誤。否則，產(chǎn)生的實(shí)際波特率出現(xiàn)在C33單元中，與所需波特率（單元C5）相比的誤差百分比出現(xiàn)在單元C34中，用于編程MAX3108時(shí)鐘配置寄存器的配置參數(shù)出現(xiàn)在單元C35至C39中。注意：除非您有一些幫助，否則頻率誤差可能會(huì)很大，這就是第四部分的原因：

在這里，唯一的輸入是單元格 C42 中所需的波特率。它假定在用戶輸入部分中輸入的預(yù)分頻器、PLL因子和速率模式，并計(jì)算要使用的最佳波特率發(fā)生器參數(shù)。若要使用這些，請(qǐng)將它們復(fù)制回用戶輸入部分，手動(dòng)將單元格 C43 復(fù)制到單元格 C10，將單元格 C44 復(fù)制到單元格 C11。否則，第四部分的結(jié)果不會(huì)反映在第三部分，即輸出部分。

一個(gè)偉大的調(diào)試技巧

MAX3108提供了一種驗(yàn)證輸出波特率的方法。此功能在開(kāi)發(fā)、調(diào)試以及可能在制造過(guò)程中非常有用。激活此功能后，MAX3108將波特率發(fā)生器的輸出饋送到RTS引腳，就在速率模式分頻器之前。

例如，將MAX3108配置為波特率為230.4kBd，速率模式為16。激活此功能后，RTS 引腳將提供頻率為 230.4K × 16 或 3.6864MHz 的時(shí)鐘。這可以通過(guò)將頻率計(jì)數(shù)器連接到RTS引腳或大約使用示波器進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng) CLKsource 寄存器中的 CLKtoRTS 位（位 7）設(shè)置為 1 時(shí)，將啟用此功能。以下是該參數(shù)在電子表格的“合成”選項(xiàng)卡中的作用：

將此輸入設(shè)置為 y 會(huì)導(dǎo)致所有報(bào)告的配置啟用此功能。一旦加載到MAX3108中，這些配置將為RTS引腳提供時(shí)鐘。這是利用此功能的一種方法。

另一種方法是打開(kāi)或關(guān)閉該功能，而不改變MAX3108中已編程的時(shí)鐘配置。以下代碼片段演示了如何執(zhí)行此操作。這些功能將打開(kāi)或關(guān)閉該功能，而不會(huì)干擾時(shí)鐘配置。

/*
** Function to enable the clock-to-RTS feature of the MAX3108
**
** Returns TRUE if operation successfully completed.
*/
BOOL CLKtoRTS_En (void) {
   unsigned int temp;

   temp = MAX3108_Read (MAX3108R_CLKSOURCE);  // returns 0xff00 if I2C error
   if (temp & 0xff00)  return FALSE;
   return MAX3108_Write (MAX3108R_CLKSOURCE, temp | 0x0080);
}

/*
** Function to disable the clock-to-RTS feature of the MAX3108
**
** Returns TRUE if operation completed successfully
*/
BOOL CLKtoRTS_Dis (void) {
   unsigned int temp;

   temp = MAX3108_Read (MAX3108R_CLKSOURCE);  // returns 0xff00 if I2C error
   if (temp & 0xff00)  return FALSE;
   return MAX3108_Write (MAX3108R_CLKSOURCE, temp & 0x007f);
}

結(jié)論

本應(yīng)用筆記介紹了如何使用電子表格快速、輕松地計(jì)算MAX3108所需的參數(shù)，使其具有任何所需的波特率。還解釋了如何使用這些參數(shù)對(duì)MAX3108進(jìn)行編程。

審核編輯：郭婷