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王昱顺 发表于 7 天前

掉电唤醒使用高波特率（115200bps）唤醒，第2个字节正确接受内容

<h2>串口唤醒省电模式——高波特率下可靠接收数据说明</h2>
<p>STC32G 系列单片机支持通过 <strong>普通 I/O 口中断</strong> 从掉电模式（STOP）唤醒 MCU。将 RXD（P3.0）配置为下降沿中断 + 唤醒使能后，串口数据到来时 MCU 即可被唤醒并接收数据。但这个流程在较高波特率时会出问题：唤醒后直接开串口接收，前几个 bit 的采样点会偏移到相邻 bit 上，导致数据错位。</p>
<h3>为什么高速率下会错位</h3>
<p>UART 接收器内部靠一个 16 倍波特率的过采样时钟来定位每个 bit 的中心采样点。这个采样时钟由波特率定时器的溢出脉冲分频产生。正常工作时，起始位的下降沿会使接收器内部的计数器复位，保证 8 个数据 bit 的采样点依次对准各自中心。</p>
<p>问题出在省电模式唤醒这个场景。MCU 进入掉电模式后主时钟停振，用于产生波特率的定时器也随之停止。唤醒时 IRCDB 寄存器会控制等待一段时间，让内部高速 IRC 频率恢复标称值后再让 CPU 开始运行。此时频率已经正确，但<strong>波特率定时器重新启动后的第一个溢出脉冲和输入数据的 bit 边界之间的相位是随机的</strong>——定时器停在了什么位置、重新启动后第一个溢出何时到来，与 RXD 线上此刻在传哪个 bit 没有任何同步关系。</p>
<p>这个随机相位偏移一旦产生，会固定地影响后续所有采样点。偏移量本身是一个固定的绝对时间（取决于定时器启动瞬间的计数值），这个绝对时间在不同波特率下占一个 bit 的比例不同：</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>波特率</th>
<th>每个 bit 内定时器溢出次数</th>
<th>相位偏移占 bit 宽度的比例</th>
<th>实际效果</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>2400</td>
<td>5000 次</td>
<td>极小</td>
<td>采样点仍在 bit 中心附近，数据正确</td>
</tr>
<tr>
<td>9600</td>
<td>1250 次</td>
<td>较小</td>
<td>部分 bit 的采样点可能落入边界判决区</td>
</tr>
<tr>
<td>115200</td>
<td>104 次</td>
<td>显著</td>
<td>采样点可能越过 bit 边界读到相邻 bit</td>
</tr>
<tr>
<td>230400</td>
<td>52 次</td>
<td>显著</td>
<td>以 0xFF 为唤醒字节时可正常工作</td>
</tr>
<tr>
<td>460800</td>
<td>26 次</td>
<td>严重</td>
<td>唤醒后首有效字节丢失</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>实测结果与此一致：2400bps 下首字节完全正常，9600bps 开始出现错位。</p>
<p>实测数据（STC32G144K246 @48MHz，下降沿 I/O 中断唤醒）：</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>波特率</th>
<th>发送数据</th>
<th>接收数据</th>
<th>首字节正确？</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>2400</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td><strong>✓ 是</strong></td>
</tr>
<tr>
<td>9600</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td>前 2 字节内容错误</td>
<td><strong>✗ 否</strong></td>
</tr>
<tr>
<td>115200</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td>7D E9 23 32</td>
<td><strong>✗ 否</strong></td>
</tr>
<tr>
<td>230400</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td>0xFF唤醒正常</td>
<td><strong>✗ 否</strong>（0xFF唤醒可）</td>
</tr>
<tr>
<td>460800</td>
<td>00 50 A5 23 32</td>
<td>7D E9 23 32</td>
<td><strong>✗ 否</strong></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<blockquote>
<p><strong>注</strong>：9600bps 下一个 bit 约 104μs，每个 bit 内定时器溢出 1250 次。若相位偏差几十个计数周期，占比不到 5%，但已足以让某些 bit 的采样点落入边界附近，导致误判。</p>
</blockquote>
<h3>处理方法：放弃第一个字节，用它换同步时间</h3>
<p>解决问题的思路很直接——既然唤醒后定时器重启的相位不可控，那就<strong>不给它机会出错</strong>：让出第一个字节的时间不做接收，等这个字节完整传完、RXD 回到空闲高电平后，再启动波特率时钟和接收器。此时接收器从空闲状态开始监视 RXD，下一个字节的起始位下降沿能触发完整且正确的位同步。</p>
<p><strong>具体流程：</strong></p>
<ol>
<li><strong>进入休眠前</strong>：关掉波特率时钟（<code>T2R = 0</code>）。注意仅关 REN 是不够的——REN=0 只是不让收到的数据写入 SBUF、不产生 RI 中断，UART 内部该检测起始位还是检测、该移位接收还是移位，状态机一直在跑。<strong>必须停掉波特率时钟才能让接收器彻底停下来。</strong></li>
<li><strong>下降沿唤醒</strong>：RXD 上第一个字节的起始位（下降沿）触发 P3 中断，MCU 从 STOP 模式唤醒。</li>
<li><strong>等待停止位</strong>：ISR 中执行 <code>while(P30==0)</code>，持续检测 RXD 电平。这个循环会一直等到 P3.0 变高——也就是第一个字节的停止位到达。无论唤醒字节是 0x00（连续 9 bit 低电平）还是 0xFF（仅起始位为低），等待时间都足够让 HIRC 和定时器充分稳定。</li>
<li><strong>停止位到达</strong>：P3.0 恢复高电平，RXD 处于空闲状态。此时 ISR 退出等待。</li>
<li><strong>开启接收</strong>：依次写入定时器重载值、启动波特率时钟、加若干 NOP 让时钟跑几个周期、清除 RI、置位 REN。由于 RXD 当前为空闲高电平，UART 接收器能正确地检测到下一个字节的起始位，完成位同步。</li>
<li><strong>唤醒字节被丢弃</strong>：第一个字节已完整经过，不进入接收缓冲区。</li>
</ol>
<p><strong>时序关系描述：</strong></p>
<p>唤醒字节在 RXD 线上依次呈现为：起始位（低）→ 8 个数据位（LSB 在前）→ 停止位（高）。起始位的下降沿触发 P3 中断，MCU 开始唤醒。ISR 中的 <code>while(P30==0)</code> 循环持续检测 RXD，直到停止位的高电平出现——此时第一个字节已完整结束，RXD 回到空闲高电平。ISR 退出等待，装入定时器重载值、启动波特率时钟、加 NOP 延时、清 RI、置 REN。UART 接收器从空闲高电平开始监视 RXD，下一个字节的起始位下降沿将触发完整的位同步过程，该字节及其后的所有字节均能正确接收。</p>
<h3>波特率选型与功耗考虑</h3>
<p>本方案需要额外丢弃一个唤醒字节，这引发了一个直观的疑问：用低速波特率（如 9600）直接接收不就不用丢字节了吗？</p>
<p>实际情况是：<strong>高波特率下虽然多丢一个字节，但整体通讯时间大幅缩短，MCU 能更快返回休眠，平均功耗反而更低。</strong></p>
<p>以接收 32 字节有效数据为例：</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>方案</th>
<th>需传输总量</th>
<th>总耗时</th>
<th>相对耗时</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>9600 直收（不丢字节）</td>
<td>32 字节</td>
<td>32×10×104μs =<strong>33.3ms</strong></td>
<td><strong>100%（基准）</strong></td>
</tr>
<tr>
<td>115200（丢 1 唤醒字节）</td>
<td>33 字节</td>
<td>33×10×8.68μs =<strong>2.87ms</strong></td>
<td><strong>8.6%</strong></td>
</tr>
<tr>
<td>230400（丢 1 唤醒字节）</td>
<td>33 字节</td>
<td>33×10×4.34μs =<strong>1.43ms</strong></td>
<td><strong>4.3%</strong></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p><strong>结论</strong>：115200 方案的总耗时仅为 9600 的 8.6%。MCU 在唤醒状态下的工作电流（mA 级）持续时间越短，平均电流就越低。在间歇工作场景下，高波特率+丢弃唤醒字节方案的综合功耗显著优于低速直收方案。</p>
<h3>定长接收说明</h3>
<p>STC32G12K128 系列<strong>没有串口超时中断功能</strong>，因此需要兼容该型号时必须使用<strong>定长接收</strong>（收满指定字节数后设置完成标志），不能依赖超时中断判断帧结束。</p>
<h3>参考代码（定长接收·115200bps）</h3>
<p>以下代码基于 STC32G 数据手册 §9.7.7（使用 RxD 管脚中断唤醒省电模式）的官方例程框架，添加了 I/O 下降沿唤醒 + 主动丢弃唤醒字节的处理。已验证通过 STC32G144K246 @48MHz。</p>
<pre><code class="language-c">/*******************************
* STC32G 省电模式串口唤醒参考程序
* IO 中断唤醒 + 丢弃首字节
* 115200bps, 4字节定长接收, 纯寄存器操作
*******************************/
#include &quot;stc32g144k246.h&quot;
#include &quot;intrins.h&quot;

#undef main

#define FOSC 48000000UL    /* 主频 48MHz */
#define BRT115200UL      /* 波特率 */
#define T2RL (unsigned int)(65536UL - (FOSC / BRT + 2UL) / 4UL)

volatile bit fRdy;               /* 收到完整帧标志 */
volatile unsigned char cnt;      /* 接收字节计数器 */
unsigned char xdata buf;      /* 接收缓冲区 */
volatile bit fBusy;            /* 发送忙标志 */

/* 发送一个字节 */
void SendByte(unsigned char d)
{
    while (fBusy);
    fBusy = 1; SBUF = d;
}

/* 发送字符串 */
void SendStr(char *s)
{
    while (*s) SendByte((unsigned char)(*s++));
}

/* 简单延时 */
void Delay(unsigned int ms)
{
    unsigned int i;
    do { i = FOSC / 6000; while (--i); } while (--ms);
}

void main(void)
{
    unsigned char i;

    /* === 系统初始化 === */
    P_SW2 |= 0x80;          /* 允许访问 XFR 寄存器 */
    CKCON = 0; WTST = 0;    /* 最高速度模式: 程序存储器无等待 */

    /* 所有 IO 口设为准双向模式 */
    P0M0 = 0; P0M1 = 0; P1M0 = 0; P1M1 = 0;
    P2M0 = 0; P2M1 = 0; P3M0 = 0; P3M1 = 0;

    IRCDB = 0x10;         /* 内部 IRC 稳定等待时间 */

    /* P3.0 配置为下降沿中断模式（暂不使能中断与唤醒，避免上电误触发）*/
    P3NCS &amp;= ~0xFF;         /* 施密特触发输入 */
    P3IM0 = 0;            /* 下降沿中断模式 */

    /* === UART1 初始化：定时器2做波特率发生器 === */
    SCON = 0x50;            /* 模式1: 8位UART, 允许接收 */
    AUXR = (AUXR &amp; ~0x0F) | 0x05;/* T2x12=1(1T模式), S1BRT=1(选T2做波特率) */
    TM2PS = 0;            /* 预分频=0 */
    T2H = (unsigned char)(T2RL &gt;&gt; 8);   /* 装载重载值高8位 */
    T2L = (unsigned char)(T2RL);      /* 装载重载值低8位 */
    T2R = 1;                /* 启动定时器2，产生波特率时钟 */
    REN = 1;                /* 允许接收 */
    ES = 1;               /* 使能串口中断 */
    TI = 0; RI = 0;         /* 清除中断标志 */
    fBusy = 0; fRdy = 0; cnt = 0;

    EA = 1;               /* 开总中断 */
    Delay(10);            /* 等待串口稳定 */
    SendStr(&quot;STC32G LP Wakeup OK\r\n&quot;);

    while (1)
    {
      if (fRdy)
      {
            fRdy = 0;
            if (buf == 0x55)
            {
                /* 收到休眠指令 0x55：进入掉电模式 */
                SendStr(&quot;&gt;sleep\r\n&quot;);
                Delay(5);

                /* 关闭串口，准备休眠 */
                T2R = 0; REN = 0;

                /* 使能 P3.0 下降沿中断 + 掉电唤醒功能 */
                P3INTF = 0;         /* 清除残留中断标志 */
                P3WKUE = 0x01;      /* 使能 P3.0 掉电唤醒 */
                P3INTE = 0x01;      /* 使能 P3.0 中断 */
                EA = 1;

                /* 进入掉电模式 STOP */
                PCON |= 0x02;
                NOP(4);

                /* 从掉电模式醒来后，P3 中断已被 ISR 清除使能 */
                fRdy = 0; cnt = 0; ES = 1;
            }
            else
            {
                /* 普通数据：回显收到的4个字节 */
                for (i = 0; i &lt; 4; i++) SendByte(buf);
            }
      }
    }
}

/* 串口1中断服务函数 (中断号 4) */
void UART1_ISR(void) interrupt 4
{
    if (TI) { TI = 0; fBusy = 0; }
    if (RI)
    {
      RI = 0;
      buf = SBUF;
      if (cnt &gt;= 4) { cnt = 0; fRdy = 1; }
    }
}

/* P3 口中断服务函数 (中断号 40) */
void PORT3_ISR(void) interrupt 40
{
    unsigned char f = P3INTF;
    P3INTF = 0;
    if (f &amp; 0x01)
    {
      /* 等待唤醒字节的停止位结束 */
      while (P30 == 0);

      /* 关闭 P3 中断，重新启动串口 */
      P3INTE &amp;= ~0x01;
      P3INTF = 0;
      T2H = (unsigned char)(T2RL &gt;&gt; 8);
      T2L = (unsigned char)(T2RL);
      T2R = 1; RI = 0; REN = 1;
    }
}
</code></pre>
<p><strong>使用说明：</strong></p>
<ul>
<li>休眠指令：发送 <code>55 xx xx xx</code>（4 字节，首字节 0x55），MCU 收到后进入掉电模式</li>
<li>唤醒方式：发送任意 5 字节（<code>FF + 4字节数据</code>），首字节 0xFF 用于唤醒并自动丢弃，后续 4 字节被正常接收并回显</li>
<li>波特率切换：修改 <code>BRT</code> 宏定义和对应的 <code>T2RL</code> 值即可</li>
</ul>
<p><strong>实测结果：</strong></p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>波特率</th>
<th>发送</th>
<th>接收</th>
<th>结论</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>115200</td>
<td>FF A5 5A 00 FF</td>
<td>A5 5A 00 FF</td>
<td>✅ 唤醒+回显正确</td>
</tr>
<tr>
<td>230400</td>
<td>FF A5 5A 00 FF</td>
<td>A5 5A 00 FF</td>
<td>✅ 唤醒+回显正确</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<pre><code>
</code></pre>

王昱顺 发表于 7 天前

对应的测试通过程序：
STC32G144K246@48Mhz下测试通过

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