PIC單片機軟件異步串行口實(shí)現技巧

       在用單片機開(kāi)發(fā)各種嵌入式應用系統時(shí),異步串行通信是經(jīng)常要用到的一種通信模式,很多應用中還要求實(shí)現多路異步串行通信。大家平時(shí)熟悉的各種廠(chǎng)家的單片機,絕大部分片上只提供一個(gè)硬件UART模塊,利用它可以方便實(shí)現一路串行通訊。

        PIC系列單片機也不例外,在其豐富的產(chǎn)品家族成員中,除高端系列（PIC17/18）一些型號片上帶有兩路硬件UART模塊外,其它大部分型號片上只有一路UART,一些低端廉價(jià)的PIC單片機甚至還不帶硬件UART。為了提高系統的性能價(jià)格比,就要求設計工程師用軟件增加實(shí)現一路或多路異步串行通信。很多工程師對用軟件實(shí)現的UART在可靠性和效率方面持懷疑態(tài)度,其實(shí)關(guān)鍵問(wèn)題是看軟件采用何種方式來(lái)實(shí)現可靠的UART功能。 
　　

       在討論具體實(shí)現方式前,我們先來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下異步串行通信的格式定義。發(fā)送一個(gè)完整的字節信息,必須有“起始位”、“若干數據位”、“奇偶校驗位”和“停止位”;必須定義每位信息的時(shí)間寬度——每秒發(fā)送的信息位個(gè)數,即為“波特率”。單片機系統中常用的波特率從300～19 200 b/s。當波特率為1200b/s時(shí),每個(gè)信息位的時(shí)間寬度為 1/1200≈833μs;無(wú)數據通信時(shí),數據線(xiàn)空閑狀態(tài)應該是高電平,“起始位”為低電平,數據位低位先發(fā)且后跟奇偶校驗位（若有）,“停止位”為高電平,如圖1所示。


             
                                       圖1

　　按圖1最基本的異步串行通信時(shí)序,軟件實(shí)現UART在不同架構的單片機上有多種方法。其中數據接收是關(guān)鍵,因異步通信沒(méi)有可參照的時(shí)鐘信號,發(fā)送方隨時(shí)都可能發(fā)送數據,任何時(shí)刻串行數據到來(lái)時(shí),系統都應該及時(shí)準確地接收。比較而言,本機發(fā)送串行數據相對容易,只要對發(fā)送出去的電平做持續時(shí)間的定時(shí)即可。按不同的接收技巧并針對PIC單片機的特點(diǎn),這里介紹兩種常用且十分可靠的方法。

　　1  三倍速采樣法

　　三倍速采樣法顧名思義就是以三倍于波特率的頻率對接收引腳Rx進(jìn)行采樣,保證檢測到“起始位”,又可以調整采樣的時(shí)間間隔;將有效數據位的采樣點(diǎn)控制在碼元的中間1/3處,最大限度地減少誤碼,提高接收的準確性。我們把圖1的起始位和部分數據位放大,如圖2所示,把每個(gè)信息位分成三等份,每等份的時(shí)間寬度設為ts,以方便分析。


         
                                         圖2

　　以三倍頻對信息位進(jìn)行采樣時(shí),每個(gè)信息位都將可能被采樣到三次。當處于空閑狀態(tài)并檢測起始位時(shí),最早檢測到起始位低電平的時(shí)刻必將落在S0陰影區,雖然每次具體的采樣點(diǎn)會(huì )在此S0陰影區隨機變化。檢測到起始位低電平后,間隔4