PIC單片機軟件異步串行口實現技巧

       在用單片機開發各種嵌入式應用系統時,異步串行通信是經常要用到的一種通信模式,很多應用中還要求實現多路異步串行通信。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一路串行通訊。

        PIC系列單片機也不例外,在其豐富的產品家族成員中,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。為了提高系統的性能價格比,就要求設計工程師用軟件增加實現一路或多路異步串行通信。很多工程師對用軟件實現的UART在可靠性和效率方面持懷疑態度,其實關鍵問題是看軟件采用何種方式來實現可靠的UART功能。 
　　

       在討論具體實現方式前,我們先來簡單回顧一下異步串行通信的格式定義。發送一個完整的字節信息,必須有“起始位”、“若干數據位”、“奇偶校驗位”和“停止位”;必須定義每位信息的時間寬度——每秒發送的信息位個數,即為“波特率”。單片機系統中常用的波特率從300～19 200 b/s。當波特率為1200b/s時,每個信息位的時間寬度為 1/1200≈833μs;無數據通信時,數據線空閑狀態應該是高電平,“起始位”為低電平,數據位低位先發且后跟奇偶校驗位（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UART在不同架構的單片機上有多種方法。其中數據接收是關鍵,因異步通信沒有可參照的時鐘信號,發送方隨時都可能發送數據,任何時刻串行數據到來時,系統都應該及時準確地接收。比較而言,本機發送串行數據相對容易,只要對發送出去的電平做持續時間的定時即可。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”,又可以調整采樣的時間間隔;將有效數據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,提高接收的準確性。我們把圖1的起始位和部分數據位放大,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。當處于空閑狀態并檢測起始位時,最早檢測到起始位低電平的時刻必將落在S0陰影區,雖然每次具體的采樣點會在此S0陰影區隨機變化。檢測到起始位低電平后,間隔4