用软件实现PIC16F5X异步串行口

1. 概述   
         PIC16F5X微控制器为MicroChip公司生产的一系列低成本、高性能、8 位、全静态和基于闪存的CMOS  单片机 。本文将详细介绍如何使用PIC16F5X实现异步串行I/O口。  
系统设计中通常需要完成片对片的数据串口通信，虽然PIC16F5X系列微控制器没有片上串行口，但是可以通过软件模拟串口实现通信，即一个I/O口作为输入，用于接收数据，另一个I/O口作为输出，用于发射数据。当考虑到批量应用时，通过软件模拟实现的串行I/O口成本更低。 

2. 实现原理  
         文中通过两个程序模拟全双工RS-232通信和半双工通信。半双工通信时，使用8MHz作为输入时钟，波特率可以达到19200；全双工通信时，8MHz晶振时波特率可达到9600，20MHz晶振时可达到19200。通讯数据格式为一个或两个停止位、7个或8个数据位、没有奇偶位，可以通过LSb或MSb发送或接收。输入时钟越高时，分辨率相应会越好。用户须根据通信改变头文件；软件不提供握手协议，用户使用XON/XOFF可合并软件握手；对于硬件握手，使用RTS和CTS作为另外的两个数字I/O口即可。  
         串口发送和接收的流程图分别如图1和图2所示，在传输过程中，起始位通过传送数据位DX发送数据，DX=0时持续B秒；当DX置1或清0时，每隔B秒则相应回应数据位一次。 

  2.1 串口发送原理  
       DX输出脚用于发送数据，串口发送源程序如下所示：  


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


        在用户程序中，用户须下载数据并发送到XmtReg，然后使X_flag置1，检测数据是否为继续发送状态；同时，当X_flag置1时改变XmtReg值将使传送的数据发生错误。  
       2.2 串口接收原理  
       DR脚用于接收数据。用户须经常确保R_done标志位是否接收完毕。如果继续接收，则R_flag置1保持不变；当接收完毕时，R_done置1。当检测到下一个起始位时，R_done清0。同时，用户须经常核对R_done标志位的值，当该位置1时，接收数据存储在寄存器RcvReg中；当检测到一个新的起始位时，该寄存器清0，即当（R）_done置1时，接收数据存储在寄存器RcvReg中，其它寄存器数据从RcvReg中进行复制；当检测到下一个起始位时，则清除R_done标志位。  
用户可以改变代码实现接收，如果接收的速度很大时，可发送XOFF信号，为接收到更多的数据，须发送XON信号。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. 软件调试  
         为更好地模拟串口通信，排除用户电路故障，检测硬件运行状态或者检查有问题的 单片机 系统，本文采用PICE-II进行仿真调试。该仿真器具有单步、断点、读出、修改等操作，可以随时观看中间结果而不改变运行中原有数据的性能和结果，更显著的特点是采用硬件断点，不会引起错误、采用CPLD大规模集成电路设计、4K向前实时跟踪程序的运行、可以随时观察程序存储器、内部RAM以及特殊功能存储器的内容。  
         该仿真主机采用专用的时钟芯片，可以提供30kHz~40MHz之间任意频率的仿真时钟。在该程序中，当需改变波特率时只要改变仿真时钟即可，无需更换目标板晶振等，即很大程序上省去了更换晶振的麻烦。在模拟半双工通信时，文中选择波特率19200，该系统工作时钟频率可设置为8MHz，也可以根据用户需要选择频率。时设置如图3所示。 
在程序调试过程中，可以使用单步进入、单步跳过、单步跳出、连续单步等功能，也可以自动单步运行，在需要查看的地方点击“暂停” 使运行停止即可。该调试简单易行，不占用任何资源，所有地址空间全部提供给用户，同时还可以通过超级终端观看接收的数据，如图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  
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. 结束语  
        本文可以根据用户需求通过软件实现半双工或全双工的RS-232通信，结合PICE-II仿真器突出的优点在于排除错误的能力极强，可以进行实时跟踪，能快速检测错误的根源。运用PICE-II实时在线仿真器极大地方便了用户进行软件调试，更快地实现异步串行口。