如何使用PIC16F5X實(shí)現(xiàn)異步串行I/O口

　　1．概述

　　PIC16F5X微控制器為MicroChip公司生產(chǎn)的一系列低成本、高性能、8位、全靜態(tài)和基于閃存的CMOS單片機(jī)。本文將詳細(xì)介紹如何使用PIC16F5X實(shí)現(xiàn)異步串行I/O口。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常需要完成片對片的數(shù)據(jù)串口通信，雖然PIC16F5X系列微控制器沒有片上串行口，但是可以通過軟件模擬串口實(shí)現(xiàn)通信，即一個(gè)I/O口作為輸入，用于接收數(shù)據(jù)，另一個(gè)I/O口作為輸出，用于發(fā)射數(shù)據(jù)。當(dāng)考慮到批量應(yīng)用時(shí)，通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)的串行I/O口成本更低。2．實(shí)現(xiàn)原理文中通過兩個(gè)程序模擬全雙工RS-232通信和半雙工通信。半雙工通信時(shí)，使用8MHz作為輸入時(shí)鐘，波特率可以達(dá)到19200；全雙工通信時(shí)，8MHz晶振時(shí)波特率可達(dá)到9600，20MHz晶振時(shí)可達(dá)到19200。通訊數(shù)據(jù)格式為一個(gè)或兩個(gè)停止位、7個(gè)或8個(gè)數(shù)據(jù)位、沒有奇偶位，可以通過LSb或MSb發(fā)送或接收。輸入時(shí)鐘越高時(shí)，分辨率相應(yīng)會越好。用戶須根據(jù)通信改變頭文件；軟件不提供握手協(xié)議，用戶使用XON/XOFF可合并軟件握手；對于硬件握手，使用RTS和CTS作為另外的兩個(gè)數(shù)字I/O口即可。

　　串口接收和發(fā)送的流程圖分別如上圖和下圖所示，在傳輸過程中．起始位通過傳送數(shù)據(jù)位DX發(fā)送數(shù)據(jù)，DX=O時(shí)持續(xù)B秒；當(dāng)DX置1或清O時(shí)，每隔B秒則相應(yīng)回應(yīng)數(shù)據(jù)位一次。

　　2.1串口發(fā)送原理

　　DX輸出腳用于發(fā)送數(shù)據(jù)，串口發(fā)送源程序如下所示：

在用戶程序中，用戶須下載數(shù)據(jù)并發(fā)送到XmtReg，然后使X_flag置1，檢測數(shù)據(jù)是否為繼續(xù)發(fā)送狀態(tài)：同時(shí)，當(dāng)X_flag置1時(shí)改變×mtReg值將使傳送的數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤。

　　2.2串口接收原理

　　DR腳用于接收數(shù)據(jù)。用戶須經(jīng)常確保R_done標(biāo)志位是否接收完畢。如果繼續(xù)接收，則R_flag置1保持不變；當(dāng)接收完畢時(shí)，R_done置1。當(dāng)檢測到下一個(gè)起始位時(shí)，R_done清0。同時(shí)，用戶須經(jīng)常核對R_done標(biāo)志位的值，當(dāng)該位置1時(shí)，接收數(shù)據(jù)存儲在寄存器RcvReg中；當(dāng)檢測到一個(gè)新的起始位時(shí)，該寄存器清0，即當(dāng)R_done置1時(shí)，接收數(shù)據(jù)存儲在寄存器RcvReg中，其它寄存器數(shù)據(jù)從RcvReg中進(jìn)行復(fù)制；當(dāng)檢測到下一個(gè)起始位時(shí)，則清除R_done標(biāo)志位。

　　用戶可以改變代碼實(shí)現(xiàn)接收，如果接收的速度很大時(shí)，可發(fā)送XOFF信號，為接收到更多的數(shù)據(jù)，須發(fā)送XON信號。串口接收源程序如下所示：

　　3．軟件調(diào)試

　　為更好地模擬串口通信，排除用戶電路故障，檢測硬件運(yùn)行狀態(tài)或者檢查有問題的單片機(jī)系統(tǒng)，本文采用PICE-II進(jìn)行仿真調(diào)試。該仿真器具有單步、斷點(diǎn)、讀出、修改等操作，可以隨時(shí)觀看中間結(jié)果而不改變運(yùn)行中原有數(shù)據(jù)的性能和結(jié)果，更顯著的特點(diǎn)是采用硬件斷點(diǎn)，不會引起錯(cuò)誤、采用CPLD大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、4k向前實(shí)時(shí)跟蹤程序的運(yùn)行、可以隨時(shí)觀察程序存儲器、內(nèi)部RAM以及特殊功能存儲器的內(nèi)容。

　　該仿真主機(jī)采用專用的時(shí)鐘芯片，可以提供30kHz～40MHz之間任意頻率的仿真時(shí)鐘。在該程序中，當(dāng)需改變波特率時(shí)只要改變仿真時(shí)鐘即可，無需更換目標(biāo)板晶振等，即很大程序上省去了更換晶振的麻煩。在模擬半雙工通信時(shí)，文中選擇波特率19200，系統(tǒng)工作時(shí)鐘頻率可設(shè)置為8MHz，也可以根據(jù)用戶需要選擇頻率。時(shí)設(shè)置如下圖所示。

文中采用了實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)，具有很強(qiáng)的排除錯(cuò)誤能力，可提供4k實(shí)時(shí)跟蹤查看窗口。程序全速運(yùn)時(shí)，即可進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。當(dāng)程序遇到斷點(diǎn)或人為停止時(shí)，可以通過窗口觀察前4k運(yùn)行的指令、發(fā)送的數(shù)據(jù)是否完畢，同時(shí)可判斷程序設(shè)計(jì)的思路是否正確、程序有沒有跑飛、在哪里出現(xiàn)了問題，以便快速檢查錯(cuò)誤的根源。實(shí)時(shí)跟蹤的窗口如下圖所示。

　　在程序運(yùn)行過程中，當(dāng)不需要查看全部數(shù)據(jù)存儲器的值，只須查看與程序運(yùn)行有關(guān)的特殊功能寄存器或是用戶定義的變量值時(shí)，可打開“觀察變量窗口”，在“增加SFR”下拉列表可以查看特殊的功能寄存器，也可以對寄存器的值進(jìn)行修改；在“增加Symbol”下拉列表中可增加用戶定義的變量。以本文的源程序?yàn)槔?，可以看到TMRO、PORTA、PORTB的值，也可以看到自定義變量DR、DX、XmtReg、RcvReg的值，從而可以更好地控制接收和發(fā)送是否完畢。觀察變量窗口如下圖所示。

　　在程序調(diào)試過程中，可以使用單步進(jìn)入、單步跳過、單步跳出、連續(xù)單步等功能，也可以自動單步運(yùn)行，在需要查看的地方點(diǎn)擊“暫停”使運(yùn)行停止即可。該調(diào)試簡單易行，不占用任何資源，所有地址空間全部提供給用戶，同時(shí)還可以通過超級終端觀看接收的數(shù)據(jù)，如下圖所示。

　　實(shí)現(xiàn)上圖所示超級終端的源程序如下所示：

　　4．結(jié)語

　　本文可以根據(jù)用戶需求通過軟件實(shí)現(xiàn)半雙工或全雙工的RS-232通信，結(jié)合PICE-II仿真器突出的優(yōu)點(diǎn)在于排除錯(cuò)誤的能力極強(qiáng)，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，能快速檢測錯(cuò)誤的根源。運(yùn)用PICE-II實(shí)時(shí)在線仿真器極大地方便了用戶進(jìn)行軟件調(diào)試，更快地實(shí)現(xiàn)異步串行口。