PIC单片机软件异步串行口实现技巧

       在用单片机开发各种嵌入式应用系统时,异步串行通信是经常要用到的一种通信模式,很多应用中还要求实现多路异步串行通信。大家平时熟悉的各种厂家的单片机,绝大部分片上只提供一个硬件UART模块,利用它可以方便实现一路串行通讯。

        PIC系列单片机也不例外,在其丰富的产品家族成员中,除高端系列（PIC17/18）一些型号片上带有两路硬件UART模块外,其它大部分型号片上只有一路UART,一些低端廉价的PIC单片机甚至还不带硬件UART。为了提高系统的性能价格比,就要求设计工程师用软件增加实现一路或多路异步串行通信。很多工程师对用软件实现的UART在可靠性和效率方面持怀疑态度,其实关键问题是看软件采用何种方式来实现可靠的UART功能。 
　　

       在讨论具体实现方式前,我们先来简单回顾一下异步串行通信的格式定义。发送一个完整的字节信息,必须有“起始位”、“若干数据位”、“奇偶校验位”和“停止位”;必须定义每位信息的时间宽度——每秒发送的信息位个数,即为“波特率”。单片机系统中常用的波特率从300～19 200 b/s。当波特率为1200b/s时,每个信息位的时间宽度为 1/1200≈833μs;无数据通信时,数据线空闲状态应该是高电平,“起始位”为低电平,数据位低位先发且后跟奇偶校验位（若有）,“停止位”为高电平,如图1所示。


             
                                       图1

　　按图1最基本的异步串行通信时序,软件实现UART在不同架构的单片机上有多种方法。其中数据接收是关键,因异步通信没有可参照的时钟信号,发送方随时都可能发送数据,任何时刻串行数据到来时,系统都应该及时准确地接收。比较而言,本机发送串行数据相对容易,只要对发送出去的电平做持续时间的定时即可。按不同的接收技巧并针对PIC单片机的特点,这里介绍两种常用且十分可靠的方法。

　　1  三倍速采样法

　　三倍速采样法顾名思义就是以三倍于波特率的频率对接收引脚Rx进行采样,保证检测到“起始位”,又可以调整采样的时间间隔;将有效数据位的采样点控制在码元的中间1/3处,最大限度地减少误码,提高接收的准确性。我们把图1的起始位和部分数据位放大,如图2所示,把每个信息位分成三等份,每等份的时间宽度设为ts,以方便分析。


         
                                         图2

　　以三倍频对信息位进行采样时,每个信息位都将可能被采样到三次。当处于空闲状态并检测起始位时,最早检测到起始位低电平的时刻必将落在S0阴影区,虽然每次具体的采样点会在此S0阴影区随机变化。检测到起始位低电平后,间隔4