用軟件實(shí)現(xiàn)PIC16F5X異步串行口

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(duì)片的數(shù)據(jù)串口通信，雖然PIC16F5X系列微控制器沒(méi)有片上串行口，但是可以通過(guò)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(guò)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(guò)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(méi)有奇偶位，可以通過(guò)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(huì)越好。用戶(hù)須根據(jù)通信改變頭文件;軟件不提供握手協(xié)議，用戶(hù)使用XON/XOFF可合并軟件握手;對(duì)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。

串口發(fā)送和接收的流程圖分別如圖1和圖2所示，在傳輸過(guò)程中，起始位通過(guò)傳送數(shù)據(jù)位DX發(fā)送數(shù)據(jù)，DX=0時(shí)持續(xù)B秒;當(dāng)DX置1或清0時(shí)，每隔B秒則相應(yīng)回應(yīng)數(shù)據(jù)位一次。

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(cè)錯(cuò)誤的根源。運(yùn)用PICE-II實(shí)時(shí)在線(xiàn)仿真器極大地方便了用戶(hù)進(jìn)行軟件調(diào)試，更快地實(shí)現(xiàn)異步串行口。

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：

;**************************************************************************

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

在用戶(hù)程序中，用戶(hù)須下載數(shù)據(jù)并發(fā)送到XmtReg，然后使X_flag置1，檢測(cè)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XmtReg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(hù)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(cè)到下一個(gè)起始位時(shí)，R_done清0。同時(shí)，用戶(hù)須經(jīng)常核對(duì)R_done標(biāo)志位的值，當(dāng)該位置1時(shí)，接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在寄存器RcvReg中;當(dāng)檢測(cè)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(chǔ)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(cè)到下一個(gè)起始位時(shí)，則清除R_done標(biāo)志位。

用戶(hù)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(hào)，為接收到更多的數(shù)據(jù)，須發(fā)送XON信號(hào)。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. 軟件調(diào)試

為更好地模擬串口通信，排除用戶(hù)電路故障，檢測(cè)硬件運(yùn)行狀態(tài)或者檢查有問(wèn)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(huì)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(chǔ)器、內(nèi)部RAM以及特殊功能存儲(chǔ)器的內(nèi)容。

該仿真主機(jī)采用專(zhuān)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(wú)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，該系統(tǒng)工作時(shí)鐘頻率可設(shè)置為8MHz，也可以根據(jù)用戶(hù)需要選擇頻率。時(shí)設(shè)置如圖3所示。

在程序調(diào)試過(guò)程中，可以使用單步進(jìn)入、單步跳過(guò)、單步跳出、連續(xù)單步等功能，也可以自動(dòng)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(jiǎn)單易行，不占用任何資源，所有地址空間全部提供給用戶(hù)，同時(shí)還可以通過(guò)超級(jí)終端觀看接收的數(shù)據(jù)，如圖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. 結(jié)束語(yǔ)

本文可以根據(jù)用戶(hù)需求通過(guò)