基于μPD78045F單片機(jī)的軟件UART

  引  言

       單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集與控制、智能儀表中發(fā)揮重要的作用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與后端上位機(jī)系統(tǒng)之間通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成功能強(qiáng)大的測控系統(tǒng)是目前發(fā)展的趨勢。

       NEC公司生產(chǎn)的μPD78045F是78K0系列8位單片機(jī)功能較強(qiáng)的044F子系列的最高型號。該芯片功能強(qiáng)、可靠性高、速度快、支持節(jié)電應(yīng)用。美中不足的是，該芯片的2個串行I/O口雖然功能強(qiáng)，卻只支持同步通訊，沒有異步通訊功能。

       本文給出在μPD78045F上采用軟件模擬方式，使用2個I/O口線和一個8位定時器實(shí)現(xiàn)異步串行UART功能的方法。本方法占用資源少，設(shè)置和使用簡單方便，幀格式可自由改變。

       設(shè)計思路

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sp;  每一個UART都應(yīng)具備如下功能：

       異步串行發(fā)送和接收的基本單位是幀，通常每幀包括以下部分：

       本設(shè)計中，發(fā)送采用主動查詢方式，可使用任一輸出端口，本文中將P12.1設(shè)置為輸出口，作為TxD；由于異步通訊中接收是被動的和隨機(jī)的，因此只能采用 中斷方式，P0.1是外部中斷INTP1的外部引腳，設(shè)計中使用它作為RxD，設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式，可及時檢測到起始位的邏輯0電平，進(jìn)入中斷處理程序 進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

       波特率發(fā)生器使用8位定時器TM1，產(chǎn)生指定波特率下的1個發(fā)送/接收位時序長度，即“位定時”。UART的并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、每幀數(shù)據(jù)格式的生 成、發(fā)送和接收功能都由軟件來控制完成。在指定波特率下，位定時為1,000,000ms / 波特率，硬件系統(tǒng)采用fx=4.9152 MHz的主晶振，軟件設(shè)置定時器計數(shù)時鐘為4分頻，即：fx/4=1.2288 MHz  ，達(dá)到指定波特率位定時常數(shù)為：1228800 / 波特率 。常用的波特率對應(yīng)的位定時常數(shù)列在表1中。

       以下設(shè)置通訊參數(shù)為9600波特率，1位起始位，6位數(shù)據(jù)位，發(fā)送順序從MSB到LSB，偶校驗(yàn)，2位停止位。

                                                                 圖1 發(fā)送過程流程圖

                                                            圖2 接收過程流程圖

       軟件流程 

       發(fā)送

       發(fā)送過程采用主動查詢方式完成，為保證每個發(fā)送位的時長相同，整個過程關(guān)閉中斷。首先，設(shè)定定時器定時一位時長，啟動 定時器，關(guān)閉中斷，開始一幀的發(fā)送；然后，在發(fā)送一位時長的低電平(起始位)后，按最高位在先的順序依次發(fā)送6個數(shù)據(jù)位，同時計算偶校驗(yàn)位，并在數(shù)據(jù)位后 發(fā)送；最后，發(fā)送2位時長高電平作為停止位，結(jié)束一幀的發(fā)送。關(guān)閉定時器，開放中斷，發(fā)送過程結(jié)束。發(fā)送流程見圖1。

       接收

       接收過程是在中斷處理程序中完成的。中斷是由下降沿觸發(fā)的，進(jìn)入中斷的時刻是處在接收起始位的時段。為了保證接收準(zhǔn) 確，在檢測到起始位后，不能在每一位時長的開始而應(yīng)在其中間進(jìn)行采樣。進(jìn)入中斷程序后，首先通過設(shè)定定時器，等待一位半時長，跳過整個起始位和半時長的首 個數(shù)據(jù)位，然后開始按最高位在先的協(xié)議接收六個時長的數(shù)據(jù)位，每接收一位進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換和校驗(yàn)位計算；隨后接收校驗(yàn)位并與計算機(jī)結(jié)果比較，確定是否接收

正確。出于簡化程序，校驗(yàn)位接收完畢后，沒有讀取停止位。最后關(guān)閉定時器，結(jié)束接收過程，中斷返回。

       在μPD78045F的中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級中斷的響應(yīng)時間最長32個CPU時鐘，這些時延應(yīng)在程序中進(jìn)行補(bǔ)償，尤其在高速率通訊時位定時時長很短，補(bǔ)償 尤為重要。補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ菑奈欢〞r中減去最長時延32個時鐘。在9600波特率、定時器 4分頻計數(shù)情況下，應(yīng)減去 32/4=8個定時器計數(shù)。接收中斷處理流程見圖2。

       結(jié)語

       本文介紹的軟件UART實(shí)現(xiàn)方法，已在項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到功能要求，工作穩(wěn)定可靠。從以上方案可以看出，本方法的最高波特率可達(dá)38400，每一幀的格式可靈活改變，其中數(shù)據(jù)位長度和發(fā)送順序均沒有限制，可根據(jù)需要發(fā)送數(shù)十位的數(shù)據(jù)位。

       使用本方法應(yīng)具備以下條件：

       本方法占用外部連線少，穩(wěn)定可靠，使用方便，簡單有效，由于其幀格式的巨大靈活性，是在低成本、中速率、特殊數(shù)據(jù)傳輸場合下的一個較好選擇。

參考文獻(xiàn)：
1.        NEC Corporation，‘μPD78045F SUBSERIES USER'S MANUAL’，1996