PIC單片機軟件異步串行口實現(xiàn)技巧

       在用單片機開發(fā)各種嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)時,異步串行通信是經(jīng)常要用到的一種通信模式,很多應(yīng)用中還要求實現(xiàn)多路異步串行通信。大家平時熟悉的各種廠家的單片機,絕大部分片上只提供一個硬件UART模塊,利用它可以方便實現(xiàn)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,一些低端廉價的PIC單片機甚至還不帶硬件UART。為了提高系統(tǒng)的性能價格比,就要求設(shè)計工程師用軟件增加實現(xiàn)一路或多路異步串行通信。很多工程師對用軟件實現(xiàn)的UART在可靠性和效率方面持懷疑態(tài)度,其實關(guān)鍵問題是看軟件采用何種方式來實現(xiàn)可靠的UART功能。 
　　

       在討論具體實現(xiàn)方式前,我們先來簡單回顧一下異步串行通信的格式定義。發(fā)送一個完整的字節(jié)信息,必須有“起始位”、“若干數(shù)據(jù)位”、“奇偶校驗位”和“停止位”;必須定義每位信息的時間寬度——每秒發(fā)送的信息位個數(shù),即為“波特率”。單片機系統(tǒng)中常用的波特率從300～19 200 b/s。當(dāng)波特率為1200b/s時,每個信息位的時間寬度為 1/1200≈833μs;無數(shù)據(jù)通信時,數(shù)據(jù)線空閑狀態(tài)應(yīng)該是高電平,“起始位”為低電平,數(shù)據(jù)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序,軟件實現(xiàn)UART在不同架構(gòu)的單片機上有多種方法。其中數(shù)據(jù)接收是關(guān)鍵,因異步通信沒有可參照的時鐘信號,發(fā)送方隨時都可能發(fā)送數(shù)據(jù),任何時刻串行數(shù)據(jù)到來時,系統(tǒng)都應(yīng)該及時準(zhǔn)確地接收。比較而言,本機發(fā)送串行數(shù)據(jù)相對容易,只要對發(fā)送出去的電平做持續(xù)時間的定時即可。按不同的接收技巧并針對PIC單片機的特點,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進行采樣,保證檢測到“起始位”,又可以調(diào)整采樣的時間間隔;將有效數(shù)據(jù)位的采樣點控制在碼元的中間1/3處,最大限度地減少誤碼,提高接收的準(zhǔn)確性。我們把圖1的起始位和部分數(shù)據(jù)位放大,如圖2所示,把每個信息位分成三等份,每等份的時間寬度設(shè)為ts,以方便分析。


         
                                         圖2

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