STM8学习笔记---普通IO口模拟串口功能

串口在产品应用中很常见，但是单片机的默认带的串口往往比较少，有时候就会出现串口不够用，所以就想着能不能用普通IO口模拟串口来实现串口的功能。

要模拟串口首先要清楚串口数据传输过程中的原理。

常用的串口格式为 1位起始位，8位数据位，无校验位，1位结束位。起始位为低电平，结束位为高电平。数据0为低电平，数据1为高电平。

所以最简单的串口传输一个字节总共有10个电平变化，每个电平的宽度由波特率决定的。

具体的串口数据分析，可以参考这篇文章：STM8学习笔记---通过示波器分析串口数据。

下面看一个通过波特率如何计算每个位的电平宽度。

发送一个字节，以stm8中9600bit/s的波特率计算的过程为例（1秒钟传输9600位）。

可以计算出传输1位所需要的时间 T1 = 1/9600 约为104us。

通过计算可以看出来，如果波特率为9600时，一个位的电平宽度要为104us。

上图中就是一个字节的完整波形，起始位为低电平，结束位为高电平，中间8位为数据位，无校验位。数据位是低位在前，高位在后。也就是和起始位挨着的是最低位，和结束位挨着的是最高位。通过这个波形就可以分析出，发送的数据是0x00。

下面在看一看0X01的波形。

起始位为低电平，结束位为高电平，中间数据位有一个高电平，其余都是低电平，按照低位在前，高位在后规律，数据位就是0000 0001 刚好是16进制的0x01。

知道了串口数据的格式，下面就开始写代码，先写串口发送代码。

//输出1

void Send_1( void )

{

    SIM_TXD = 1;

}

//输出0

void Send_0( void )

{

    SIM_TXD = 0;

}

//发送一个字节

void WriteByte( unsigned char sdata ) //波特率9600

{

   //如果数据误码率比较高，可以修改delay_us延时时间

    unsigned char i;

    unsigned char value = 0;

    //发送起始位

    Send_0();

    delay_us( 100 );

    //发送数据位

    for( i = 0; i < 8; i++ )

    {

        value = ( sdata & 0x01 ); //先传低位

        if( value )

        {

            Send_1();

        }

        else

        {

            Send_0();

        }

        delay_us( 100 );        //经测试延时100us 数据没有误差 示波器上观察波形时间为104us左右

        sdata = sdata >> 1;

    }

    //停止位

    Send_1();

    delay_us( 100 );           

}

       首先发送起始位，将IO口电平拉低，延时104us，下来发送8位数据位，低位在前，高位在后，每发送一位就延时104us。最后发送结束位，将IO口电平置高，在延时104us。这样一个字节就发送结束了。

      由于延时程序使用软件实现的，所以延时精度不是很高，延时参数设置为100时，通过示波器看一位刚好是104us。由于不同的编译器，不同的单片机，通过软件计算的延时时间不同，所以这里的延时时间最好通过示波器来测，延时时间的精确度决定了通信的误码率。延时时间精确通信误码率就低，延时误差比较大，通信误码率就高。

下面再看接收程序

//接收一个字节

void ReadByte( void )

{

    unsigned char i, value = 0;

    if( !SIM_RXD )    //RXD_IN RXD等于0时开始接收

    {

        //等过起始位 起始位为低电平

        delay_us( 100 );

        //接收8位数据位

        for( i = 0; i < 8; i++ )

        {

            value >>= 1;

            if( SIM_RXD )      //RXD_IN

            {

                value |= 0x80;

            }

            delay_us( 100 );

        }

        //等过结束位 结束位为高电平

        //delay_us(100);  //一次性接收大量数据时，防止程序执行代码时浪费时间，在结束符时可以不用等待

        RecFlag = 1;      //标记已经接收到了数据

        RecBuf = value;

        return;

    }

}

        接收数据就更好理解了，读取IO口的电平，如果出现低电平就开始接收数据，然后读取8个数据位的电平，在等待结束位结束。这样一个字节的数据就接收完成了。

    那么如何判断什么时候去接收串口的数据呢？

   有两种方式去实现，一种是在死循环中用查询方式去判断，一直读取IO的的电平，如果出现低电平就认为串口有数据发送进来了。

实现代码如下：

//查询方式接收数据

void ReadString( void )

{

    unsigned int cnt = 0, i = 0, j = 0;

    unsigned char recstr[100] = {0};

    _Bool send_F = 0;

    while( 1 )

    {

        if( !RecFlag )            //未收到数据时扫描

        {

            ReadByte();          //扫描数据

            cnt++;              //统计扫描次数

        }

        else if( RecFlag )        //收到数据后读取数据 如果接收到数据没有读取时 不会继续接收数据

        {

            cnt = 0;

            RecFlag = 0;

            recstr[i++] = RecBuf; //存储接收的数据

            RecBuf = 0;

            send_F = 1;            //标记数据可以发送

        }

        if( ( cnt >= 100 ) && ( send_F == 1 ) ) //扫描次数超过100 并且可以发送数据

        {

            cnt = 0;

            WriteString( recstr );  //发送接收到的数据

            send_F = 0;             //清除发送标志

            i = 0;                  //清除接收数据数组下标

            for( j = 0; j < 100; j++ ) //清除接收数据缓冲区

            {

                recstr[j] = 0;

            }

            return;                 //发送完数据后返回

        }

        else if( cnt > 500 )        //没有接收到数据 超时退出

        {

            cnt = 0;

            return;

        }

    }

}

这种方式实现起来比较简单，但是对于程序编写比较麻烦，因为要一直监视者IO口，所以程序干其他事情时，很有可能错过数据的接收。可以用第二种方式，IO口中断来判断什么时候要开始接收数据，将IO口设置为下降沿中断，当有下降沿出现时，说明串口有数据进来了，然后再去读取串口数据。没有中断发生时，程序就可以干其他事情了。

实现代码如下：

//通道PC3口的下降沿中断检测数据

//PC3口中断 RXD

#pragma vector = 7                  // IAR中的中断号，要在STVD中的中断号上加2

__interrupt void RXDInterrupt( void )

{

    PC_CR2 &= ~( 1 << 3 );      //禁止外部中断

    ReadByte();

    if( recEnd == 0x01 )

    {

        if( RecBuf == 0x0a )      //收到结束符 0x0a 标记数据接收完毕

        {

            recEnd |= 0x02;

            recCNT = 0;

        }

    }

    if( recEnd != 0x03 )

    {

        if( RecBuf != 0x0d )        //结束符为回车换行符 0x0d 0x0a

        {

            recBUFF[recCNT++] = RecBuf; //没收到结束符存储数据

            RecBuf = 0;

        }

        else if( RecBuf == 0x0d )   //收到0x0d 标记结束符开始

        {

            recEnd |= 0x01;

        }

    }

    PC_CR2 |= ( 1 << 3 );       //使能外部中断

}

当出现下降沿之后进入中断程序，这时候要关闭外部中断，开始读取IO口电平状态。若不关闭中断，在读取IO电平的过程中中断还会不停的进入，这样就会影响读取数据的准确性。所以进入中断会首先要关闭中断，接收完一个字节之后，在打开中断，接收下一个字节。直到收到了回车换行符（也就是0x0D 0x0A）,就认为数据发送已经结束。就退出接收过程，然后主程序就可以去处理接收到的数据了。

这样串口的发送和接收通过IO的电平模式就可以实现了。

看一下测试效果

部分参考代码如下：

模拟发送和接收代码：

#include "myuart.h"

unsigned char recBUFF[100] = {0};       //存储接收到的数据

unsigned char recCNT = 0;               //接收数据个数

unsigned char recEnd = 0;               //数结束标志

unsigned char RecBuf;         //接收缓冲区

_Bool RecFlag = 0;                      //接收到数据标志位

//模拟串口初始化 PC3 RXD  PC4 TXD

void MyUart_Init ( void )

{

    PC_DDR |= ( 1 << 4 ); //PC4 输出 TXD

    PC_CR1 |= ( 1 << 4 ); //PC4 推挽输出

    PC_CR2 |= ( 1 << 4 );

    PC_DDR &= ~( 1 << 3 ); //PC3 输入 RXD

    PC_CR1 &= ~( 1 << 3 ); //PC3

    PC_CR2 |= ( 1 << 3 );               //使能外部中断

    EXTI_CR1 |= ( 1 << 5 );             //PC口下降沿触发

}

//输出1

void Send_1( void )

{

    SIM_TXD = 1;

}

//输出0

void Send_0( void )

{

    SIM_TXD = 0;

}

//发送一个字节

//以stm8中9600bit/s的波特率计算的过程为例（1秒钟传输9600位）。

//可以计算出传输1位所需要的时间 T1 = 1/9600 约为104us。

void WriteByte( unsigned char sdata ) //波特率9600

{

   //如果数据误码率比较高，可以修改delay_us延时时间

    unsigned char i;

    unsigned char value = 0;

    //发送起始位

    Send_0();

    delay_us( 100 );

    //发送数据位

    for( i = 0; i < 8; i++ )

    {

        value = ( sdata & 0x01 ); //先传低位

        if( value )

        {

            Send_1();

        }

        else

        {

            Send_0();

        }

        delay_us( 100 );        //经测试延时100us 数据没有误差 示波器上观察波形时间为104us左右

        sdata = sdata >> 1;

    }

    //停止位

    Send_1();

    delay_us( 100 );           

}

//发送字符串

void WriteString( unsigned char *s )

{

    while( *s != 0 )

    {

        WriteByte( *s );

        s++;

    }

}

//接收一个字节

void ReadByte( void )

{

    unsigned char i, value = 0;

    if( !SIM_RXD )    //RXD_IN RXD等于0时开始接收

    {

        //等过起始位 起始位为低电平

        delay_us( 100 );

        //接收8位数据位

        for( i = 0; i < 8; i++ )

        {

            value >>= 1;

            if( SIM_RXD )      //RXD_IN

            {

                value |= 0x80;

            }