如何使用PIC16F5X實現(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。本文將詳細介紹如何使用PIC16F5X實現(xiàn)異步串行I/O口。

　　系統(tǒng)設(shè)計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現(xiàn)通信，即一個I/O口作為輸入，用于接收數(shù)據(jù)，另一個I/O口作為輸出，用于發(fā)射數(shù)據(jù)。當考慮到批量應(yīng)用時，通過軟件模擬實現(xiàn)的串行I/O口成本更低。2．實現(xiàn)原理文中通過兩個程序模擬全雙工RS-232通信和半雙工通信。半雙工通信時，使用8MHz作為輸入時鐘，波特率可以達到19200；全雙工通信時，8MHz晶振時波特率可達到9600，20MHz晶振時可達到19200。通訊數(shù)據(jù)格式為一個或兩個停止位、7個或8個數(shù)據(jù)位、沒有奇偶位，可以通過LSb或MSb發(fā)送或接收。輸入時鐘越高時，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時持續(xù)B秒；當DX置1或清O時，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，當X_flag置1時改變×mtReg值將使傳送的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。

　　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；當接收完畢時，R_done置1。當檢測到下一個起始位時，R_done清0。同時，用戶須經(jīng)常核對R_done標志位的值，當該位置1時，接收數(shù)據(jù)存儲在寄存器RcvReg中；當檢測到一個新的起始位時，該寄存器清0，即當R_done置1時，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中進行復制；當檢測到下一個起始位時，則清除R_done標志位。

　　用戶可以改變代碼實現(xiàn)接收，如果接收的速度很大時，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，檢測硬件運行狀態(tài)或者檢查有問題的單片機系統(tǒng)，本文采用PICE-II進行仿真調(diào)試。該仿真器具有單步、斷點、讀出、修改等操作，可以隨時觀看中間結(jié)果而不改變運行中原有數(shù)據(jù)的性能和結(jié)果，更顯著的特點是采用硬件斷點，不會引起錯誤、采用CPLD大規(guī)模集成電路設(shè)計、4k向前實時跟蹤程序的運行、可以隨時觀察程序存儲器、內(nèi)部RAM以及特殊功能存儲器的內(nèi)容。

　　該仿真主機采用專用的時鐘芯片，可以提供30kHz～40MHz之間任意頻率的仿真時鐘。在該程序中，當需改變波特率時只要改變仿真時鐘即可，無需更換目標板晶振等，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，文中選擇波特率19200，系統(tǒng)工作時鐘頻率可設(shè)置為8MHz，也可以根據(jù)用戶需要選擇頻率。時設(shè)置如下圖所示。

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

　　在程序運行過程中，當不需要查看全部數(shù)據(jù)存儲器的值，只須查看與程序運行有關(guān)的特殊功能寄存器或是用戶定義的變量值時，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。以本文的源程序為例，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，也可以自動單步運行，在需要查看的地方點擊“暫停”使運行停止即可。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，同時還可以通過超級終端觀看接收的數(shù)據(jù)，如下圖所示。

　　實現(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)點在于排除錯誤的能力極強，可以進行實時跟蹤，能快速檢測錯誤的根源。運用PICE-II實時在線仿真器極大地方便了用戶進行軟件調(diào)試，更快地實現(xiàn)異步串行口。