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  • 搞定pic单片机难点，pic单片机异步串行口实现

    搞定pic单片机难点，pic单片机异步串行口实现

    pic单片机是实际使用较多，很多朋友从大学开始便接触pic单片机。在pic单片机使用过程中，我们可能会遇到各种问题。为帮助大家排除pic单片机使用难点，本文将对pic单片机软件异步串行口实现方法加以介绍。如果你对本文内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。 在用单片机开发各种嵌入式应用系统时,异步串行通信是经常要用到的一种通信模式,很多应用中还要求实现多路异步串行通信。大家平时熟悉的各种厂家的单片机,绝大部分片上只提供一个硬件UART模块,利用它可以方便实现一路串行通讯。PIC系列单片机也不例外,在其丰富的产品家族成员中,除高端系列(PIC17/18)一些型号片上带有两路硬件UART模块外,其它大部分型号片上只有一路UART,一些低端廉价的PIC单片机甚至还不带硬件UART。为了提高系统的性能价格比,就要求设计工程师用软件增加实现一路或多路异步串行通信。很多工程师对用软件实现的UART在可靠性和效率方面持怀疑态度,其实关键问题是看软件采用何种方式来实现可靠的UART功能。 在讨论具体实现方式前,我们先来简单回顾一下异步串行通信的格式定义。发送一个完整的字节信息,必须有“起始位”、“若干数据位”、“奇偶校验位”和“停止位”;必须定义每位信息的时间宽度——每秒发送的信息位个数,即为“波特率”。单片机系统中常用的波特率从300～19 200 b/s。当波特率为1200b/s时,每个信息位的时间宽度为 1/1200≈833μs;无数据通信时,数据线空闲状态应该是高电平,“起始位”为低电平,数据位低位先发且后跟奇偶校验位(若有),“停止位”为高电平,如图1所示。 图1 按图1最基本的异步串行通信时序,软件实现UART在不同架构的单片机上有多种方法。其中数据接收是关键,因异步通信没有可参照的时钟信号,发送方随时都可能发送数据,任何时刻串行数据到来时,系统都应该及时准确地接收。比较而言,本机发送串行数据相对容易,只要对发送出去的电平做持续时间的定时即可。按不同的接收技巧并针对PIC单片机的特点,这里介绍两种常用且十分可靠的方法。 1 三倍速采样法 三倍速采样法顾名思义就是以三倍于波特率的频率对接收引脚Rx进行采样,保证检测到“起始位”,又可以调整采样的时间间隔;将有效数据位的采样点控制在码元的中间1/3处,最大限度地减少误码,提高接收的准确性。我们把图1的起始位和部分数据位放大,如图2所示,把每个信息位分成三等份,每等份的时间宽度设为ts,以方便分析。 图2 以三倍频对信息位进行采样时,每个信息位都将可能被采样到三次。当处于空闲状态并检测起始位时,最早检测到起始位低电平的时刻必将落在S0阴影区,虽然每次具体的采样点会在此S0阴影区随机变化。检测到起始位低电平后,间隔4×ts时间,正好是第一位数据位的中间1/3处(图2中Ds阴影区)。此后的数据位、校验位和停止位的采样间隔都是3×ts,所有采样点均落在码元的中间1/3处,采样数据最可靠。 PIC单片机采用此法实现软件UART时,硬件上只要任意定义两个I/O引脚,分别初始化成输入(串行数据接收)和输出(串行数据发送)即可;软件上只要实现定时采样,定时时间间隔在中档以上有中断机制的单片机上可以用不同的定时器(TMR0、TMR1、TMR2等)通过定时中断实现,在低档无中断的PIC单片机上可以控制每次主循环所耗的时间来实现。对于1200 b/s波特率,码元宽度为833μs,采样时间间隔即为278μs。整个串行接收或发送是一个过程控制问题,用状态机方式实现最为高效简易。图3给出了串行接收的参考状态机转移过程。 图3 本刊网络补充版中,介绍了简单的C语言参考源程序。此段程序实现1200b/s全双工串行通信,1位起始位,8位数据位,无校验位,1位停止位,没有帧错误等判别。编译环境为HITECH-PICC编译器V8.00PL4或更高版。 在网络补充版的程序中,关键部分是TMR0的中断服务。TMR0每隔278μs左右中断一次,TMR0的中断响应即为软件UART接收和发送全双工通信过程的实现。通过Hitech-PICC高效的代码编译后,约有150条单字指令代码,整个中断服务平均用约35个指令周期,即实现一路软件UART在4 MHz工作频率下占用MCU约12%的运行带宽。理论上,只要保证MCU留有足够的运行带宽给其它任务,在此中断服务程序内把接收和发送的代码再复制一份或多份(数据结构独立),即可实现多路软件UART。当然,如果每路的波特率不同,采样频率必须是最高波特率的三倍。不同波特率的采样点间隔独立调整。 此法最大的好处是软硬件配置极其灵活：接收发送的引脚可以任意定义;采样定时可以用不同的定时器实现;利用同一个定时采样可以方便地实现多路软件UART等。缺点是：不管有无数据通信,始终占用MCU运行带宽;串行通信的波特率不能太高,4 MHz工作的PIC单片机一般能实现2400bps的全双工通信。当然,可以通过提高MCU的振荡频率来实现高波特率通信,当PIC单片机工作在20 MHz时,实现9600b/s绰绰有余。 2 起始位中断捕捉、定时采样法 实现此法的硬件条件是PIC单片机有外部脉冲下降沿中断触发功能,在中档以上PIC单片机中有RB0/INT外部中断脚,CCP1/CCP2脉冲沿捕捉脚,PORTB的第4/5/6/7电平变化中断脚等都可以满足。另外需配备一个定时器,以定时中断方式对接收码元正确采样,或发送串行数据流。其关键的异步接收工作原理简介如图4所示。 图4 设串行数据位宽度为td。起始位到来时刻(图4 A点)的下降沿触发一个中断并立即响应该中断。在此中断服务中立即关闭本中断使能位(后续的数据流变化无需触发中断),开启定时器,使其在 1.5td后产生定时中断,用于采样第一个数据位(确保S0采样点落在数据位的中心位置处);在处理下降沿中断服务的最后,再检测接收端是否还是0电平,以区分窄脉冲干扰。在S0点采样到第一个数据位后的所有采样间隔都是1td,直到收到停止位后,关闭定时器中断,重新开放下降沿捕捉中断,准备接收下一个字节。 异步数据接收和发送的状态机控制流程,除了起始位判断和定时时间参数设置与前述方式不同外,其它几乎一样,此处不再重复。 此法的好处是可以实现较高的通信波特率。对于通信不是很频繁的系统,此软件UART几乎不耗MCU运行带宽,9600b/s接收或发送在4 MHz运行的PIC单片机上即可轻松实现;另外,由于下降沿中断可以唤醒处于睡眠的单片机,故极易实现通信唤醒的功能。缺点是不能全双工通信(除非另外单独用一个定时器实现发送定时),异步接收的引脚必须有下降沿触发中断的能力。 上面介绍的两种方法在实际产品设计中都得到了很好的验证,最典型的是红外线自动抄表系统。该系统要求收发均为38 kHz红外调制,串行数据1 200bps半双工通讯。用软件实现此UART,并充分利用PIC单片机CCP模块的脉宽调制PWM输出38 kHz载波时,在单片机外除了一个一体化红外接收头和一个红外发射二极管,无需其它任何外围器件,即可完成所有设计要求,最大程度地减化了硬件设计,降低了成本,提高了系统的可靠性和性能价格比。 以上便是此次小编带来的“pic单片机”相关内容，通过本文，希望大家对pic单片机异步串行口的实现具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!

    时间：2020-06-30 关键词： pic单片机 指数 异步串行口

  • 用软件实现PIC16F5X异步串行口

    1. 概述 PIC16F5X微控制器为MicroChip公司生产的一系列低成本、高性能、8 位、全静态和基于闪存的CMOS 单片机 。本文将详细介绍如何使用PIC16F5X实现异步串行I/O口。 系统设计中通常需要完成片对片的数据串口通信，虽然PIC16F5X系列微控制器没有片上串行口，但是可以通过软件模拟串口实现通信，即一个I/O口作为输入，用于接收数据，另一个I/O口作为输出，用于发射数据。当考虑到批量应用时，通过软件模拟实现的串行I/O口成本更低。 2. 实现原理 文中通过两个程序模拟全双工RS-232通信和半双工通信。半双工通信时，使用8MHz作为输入时钟，波特率可以达到19200;全双工通信时，8MHz晶振时波特率可达到9600，20MHz晶振时可达到19200。通讯数据格式为一个或两个停止位、7个或8个数据位、没有奇偶位，可以通过LSb或MSb发送或接收。输入时钟越高时，分辨率相应会越好。用户须根据通信改变头文件;软件不提供握手协议，用户使用XON/XOFF可合并软件握手;对于硬件握手，使用RTS和CTS作为另外的两个数字I/O口即可。 串口发送和接收的流程图分别如图1和图2所示，在传输过程中，起始位通过传送数据位DX发送数据，DX=0时持续B秒;当DX置1或清0时，每隔B秒则相应回应数据位一次。 软件实现半双工或全双工的RS-232通信，结合PICE-II仿真器突出的优点在于排除错误的能力极强，可以进行实时跟踪，能快速检测错误的根源。运用PICE-II实时在线仿真器极大地方便了用户进行软件调试，更快地实现异步串行口。 2.1 串口发送原理 DX输出脚用于发送数据，串口发送源程序如下所示： ;************************************************************************** Transmitter **************************************************************************; Xmtr MOV lw 8 MOV wf XCount bcf Port_A,DX X_next call Delay rrf XmtReg btfsc STATUS,CARRY bsf Port_A,DX btfss STATUS,CARRY bcf Port_A,DX decfsz Count goto X_next X_Stop call Delay bsf Port_A,DX x_Over goto X_Over 在用户程序中，用户须下载数据并发送到XmtReg，然后使X_flag置1，检测数据是否为继续发送状态;同时，当X_flag置1时改变XmtReg值将使传送的数据发生错误。 2.2 串口接收原理 DR脚用于接收数据。用户须经常确保R_done标志位是否接收完毕。如果继续接收，则R_flag置1保持不变;当接收完毕时，R_done置1。当检测到下一个起始位时，R_done清0。同时，用户须经常核对R_done标志位的值，当该位置1时，接收数据存储在寄存器RcvReg中;当检测到一个新的起始位时，该寄存器清0，即当(R)_done置1时，接收数据存储在寄存器RcvReg中，其它寄存器数据从RcvReg中进行复制;当检测到下一个起始位时，则清除R_done标志位。 用户可以改变代码实现接收，如果接收的速度很大时，可发送XOFF信号，为接收到更多的数据，须发送XON信号。串口接收源程序如下所示： ;********************************************************************** Receiver ***********************************************************************; Rcvr btfsc Port_A, DR Goto Rcvr MOV lw 8 clrf RcvReg R_next call Delay bcf STATUS,CARRY rrf RcvReg btfsc Port_A,DR bsf RcvREG,MSB call Delay decfsz Rcount goto R_next R_Over goto R_Over 3. 软件调试 为更好地模拟串口通信，排除用户电路故障，检测硬件运行状态或者检查有问题的 单片机 系统，本文采用PICE-II进行仿真调试。该仿真器具有单步、断点、读出、修改等操作，可以随时观看中间结果而不改变运行中原有数据的性能和结果，更显著的特点是采用硬件断点，不会引起错误、采用CPLD大规模集成电路设计、4K向前实时跟踪程序的运行、可以随时观察程序存储器、内部RAM以及特殊功能存储器的内容。 该仿真主机采用专用的时钟芯片，可以提供30kHz~40MHz之间任意频率的仿真时钟。在该程序中，当需改变波特率时只要改变仿真时钟即可，无需更换目标板晶振等，即很大程序上省去了更换晶振的麻烦。在模拟半双工通信时，文中选择波特率19200，该系统工作时钟频率可设置为8MHz，也可以根据用户需要选择频率。时设置如图3所示。 在程序调试过程中，可以使用单步进入、单步跳过、单步跳出、连续单步等功能，也可以自动单步运行，在需要查看的地方点击“暂停” 使运行停止即可。该调试简单易行，不占用任何资源，所有地址空间全部提供给用户，同时还可以通过超级终端观看接收的数据，如图6所示。 Transmitter ; Xmtr IF X_Nbit MOV lw 8 ELSE MOV lw 7 ENDIF MOV wf Count ; IF X_MODE ELSE IF X_Nbit ELSE rlf XmtReg,Same ENDIF ; bcf PORTA,DX ; /*Send Start Bit*/ call Delay1 X_next bcf STATUS,C ; IF X_MODE rrf XmtReg,Same ; /*Conditional Assembly*/ ELSE ; /* to set if MSB first or LSB first*/ rlf XmtReg,Same ENDIF ; btfsc STATUS,C bsf PORTA,DX btfss STATUS,C bcf PORTA,DX call DelayX decfsz Count,Same goto X_next bsf PORTA,DX ; /* Send Stop Bit*/ call Delay1 IF Sbit2 bsf PORTA,DX call Delay1 ENDIF; goto Talk Receiver ; Rcvr IF R_Nbit MOV lw 8 ; /*8 Data bits*/ ELSE MOV lw 7 ; /*7 data bits*/ ENDIF; MOV wf Count[!--empirenews.page--] R_next bcf STATUS,C IF R_MODE rrf RcvReg,Same ; /* to set if MSB first or LSB first*/ ELSE rlf RcvReg,Same ENDIF btfsc PORTA,DR ; IF R_MODE IF R_Nbit bsf RcvReg,MSB ; /*Conditional Assembly*/ ELSE bsf RcvReg,MSB-1 ENDIF; ELSE bsf RcvReg,LSB ENDIF ; call DelayY decfsz Count,Same goto R_next 4. 结束语 本文可以根据用户需求通过

    时间：2017-12-19 关键词： 嵌入式开发 软件实现 pic16f5x 异步串行口

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