XC68HC705G10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。

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。

在網絡補充版的程序中,關鍵部分是TMR0的中斷服務。TMR0每隔278μs左右中斷一次,TMR0的中斷響應即為軟件UART接收和發送全雙工通信過程的實現。通過Hitech-PICC高效的代碼編譯后,約有150條單字指令代碼,整個中斷服務平均用約35個指令周期,即實現一路軟件UART在4 MHz工作頻率下占用MCU約12%的運行帶寬。理論上,只要保證MCU留有足夠的運行帶寬給其它任務,在此中斷服務程序內把接收和發送的代碼再復制一份或多份(數據結構獨立),即可實現多路軟件UART。當然,如果每路的波特率不同,采樣頻率必須是最高波特率的三倍。不同波特率的采樣點間隔獨立調整。

實現此法的硬件條件是PIC單片機有外部脈沖下降沿中斷觸發功能,在中檔以上PIC單片機中有RB0/INT外部中斷腳,CCP1/CCP2脈沖沿捕捉腳,PORTB的第4/5/6/7電平變化中斷腳等都可以滿足。另外需配備一個定時器,以定時中斷方式對接收碼元正確采樣,或發送串行數據流。

對于通信不是很頻繁的系統,此軟件UART幾乎不耗MCU運行帶寬,9600b/s接收或發送在4 MHz運行的PIC單片機上即可輕松實現;另外,由于下降沿中斷可以喚醒處于睡眠的單片機,故極易實現通信喚醒的功能。缺點是不能全雙工通信(除非另外單獨用一個定時器實現發送定時),異步接收的引腳必須有下降沿觸發中斷的能力。

兩種方法在實際產品設計中都得到了很好的驗證,最典型的是紅外線自動抄表系統。該系統要求收發均為38 kHz紅外調制,串行數據1 200bps半雙工通訊。用軟件實現此UART,并充分利用PIC單片機CCP模塊的脈寬調制PWM輸出38 kHz載波時,在單片機外除了一個一體化紅外接收頭和一個紅外發射二極管,無需其它任何外圍器件,即可完成所有設計要求,最大程度地減化了硬件設計,降低了成本,提高了系統的可靠性和性能價格比。

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