XC68HC705G10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。

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。

在网络补充版的程序中,关键部分是TMR0的中断服务。TMR0每隔278μs左右中断一次,TMR0的中断响应即为软件UART接收和发送全双工通信过程的实现。通过Hitech-PICC高效的代码编译后,约有150条单字指令代码,整个中断服务平均用约35个指令周期,即实现一路软件UART在4 MHz工作频率下占用MCU约12%的运行带宽。理论上,只要保证MCU留有足够的运行带宽给其它任务,在此中断服务程序内把接收和发送的代码再复制一份或多份(数据结构独立),即可实现多路软件UART。当然,如果每路的波特率不同,采样频率必须是最高波特率的三倍。不同波特率的采样点间隔独立调整。

实现此法的硬件条件是PIC单片机有外部脉冲下降沿中断触发功能,在中档以上PIC单片机中有RB0/INT外部中断脚,CCP1/CCP2脉冲沿捕捉脚,PORTB的第4/5/6/7电平变化中断脚等都可以满足。另外需配备一个定时器,以定时中断方式对接收码元正确采样,或发送串行数据流。

对于通信不是很频繁的系统,此软件UART几乎不耗MCU运行带宽,9600b/s接收或发送在4 MHz运行的PIC单片机上即可轻松实现;另外,由于下降沿中断可以唤醒处于睡眠的单片机,故极易实现通信唤醒的功能。缺点是不能全双工通信(除非另外单独用一个定时器实现发送定时),异步接收的引脚必须有下降沿触发中断的能力。

两种方法在实际产品设计中都得到了很好的验证,最典型的是红外线自动抄表系统。该系统要求收发均为38 kHz红外调制,串行数据1 200bps半双工通讯。用软件实现此UART,并充分利用PIC单片机CCP模块的脉宽调制PWM输出38 kHz载波时,在单片机外除了一个一体化红外接收头和一个红外发射二极管,无需其它任何外围器件,即可完成所有设计要求,最大程度地减化了硬件设计,降低了成本,提高了系统的可靠性和性能价格比。

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