PIC單片機(jī)與PC機(jī)的串行數(shù)據(jù)交換

一、前言

美國(guó)Microchip公司的PIC系列單片機(jī)是一種新型的CMOS工藝單片機(jī)，其中，有許多單片機(jī)內(nèi)部帶有異步通訊模塊，如PIC16F877等系列芯片。單片機(jī)雖然在使用中可等同于一個(gè)CPU，但是在許多需要大量計(jì)算的運(yùn)用中，還必須借助微機(jī)（PC）的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，這樣就必須通過(guò)通信電路實(shí)現(xiàn) PIC單片機(jī)與微機(jī)間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。不論P(yáng)IC單片機(jī)內(nèi)有沒(méi)有提供串行口，在實(shí)現(xiàn)串行通信時(shí)都必須通過(guò)自己設(shè)計(jì)硬件電路和編寫(xiě)通信軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而PIC 單片機(jī)要完成較復(fù)雜的軟件功能時(shí)，需利用其內(nèi)部相關(guān)的特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面介紹PIC16F877與微機(jī)間進(jìn)行異步串行通訊的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出與微機(jī)間進(jìn)行異步串行通訊的硬件接口電路、程序流程框圖、單片機(jī)內(nèi)通信程序等。

二、PIC16877與PC機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)PIC16F877與PC機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在編寫(xiě)程序時(shí)首先要設(shè)置好USART異步通訊模塊工作模式及相關(guān)寄存器，現(xiàn)分別介紹如下。

1PIC16F877的USART異步工作設(shè)置簡(jiǎn)介

PIC16F877的USART與其他具有USART的PIC單片機(jī)一樣，可以被設(shè)置成為與PC機(jī)進(jìn)行全雙工異步通訊，它是一種利用PORTC口的 RC6和RC7兩個(gè)引腳作為通訊的2線制串行通訊接口。為了把PORTC口的RC6和RC7兩個(gè)引腳分別設(shè)置成串行通訊接口的發(fā)送（TX）腳和接收（RX）腳，必須要把USART的接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA的bit7（SPEN）位和TRISC寄存器的bit7置“1”，把TRISC寄存器的 bit6置“0”。為了使USART分別工作于接收或發(fā)送狀態(tài)，就必須設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)寄存器和控制寄存器。在設(shè)置接收器時(shí)，要注意接收腳對(duì)接收信號(hào)的采樣。接收腳RX上的數(shù)據(jù)被采樣3次，通過(guò)一個(gè)三中取二邏輯檢測(cè)電路來(lái)判斷RX腳上的電平是高還是低，以作為采樣取值。另外，要使USART工作在異步通訊方式，就必須要設(shè)置通訊的傳送、接收速率即波特率，USART的波特率設(shè)置是通過(guò)控制獨(dú)立的一個(gè)8位波特率發(fā)生器BRG實(shí)現(xiàn)的。

在異步工作方式下，串行通訊接口USART 采用標(biāo)準(zhǔn)的不歸0（NRZ）格式（即1位起始位、8位或9位數(shù)據(jù)位及1位停止位），最常用的數(shù)據(jù)格式是8位。PIC16F877片內(nèi)的8位波特率發(fā)生器 BRG可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)振蕩器的時(shí)鐘，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波特率頻率。PIC16F877的USART發(fā)送和接收順序是從最低位（LSB）開(kāi)始。USART發(fā)送器和接收器在功能上是完全獨(dú)立的，但是它們所用的數(shù)據(jù)格式和波特率必須是相同的。波特率發(fā)生器可以根據(jù)發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA的bit2（BRGH）位設(shè)置產(chǎn)生2種不同的移位速度：對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘16分頻和64分頻的波特率時(shí)鐘，即設(shè)置該位在異步通訊模式為1時(shí)表示通訊為高速，為0時(shí)表示通訊為低速。要使 USART工作于異步通訊模式，可通過(guò)對(duì)發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA的bit4（SYNC）位設(shè)置清“0”。

由上簡(jiǎn)述可知：PIC16F877 的USART異步工作設(shè)置主要包括對(duì)以下部件的設(shè)置：波特率發(fā)生器BRG、采樣電路、異步發(fā)送器、異步接收器等。但PIC16F877的USART異步工作有2點(diǎn)需要說(shuō)明：一是USART硬件不支持奇偶效驗(yàn)，但可以用軟件實(shí)現(xiàn)（并可作為第9位數(shù)據(jù)傳輸）；二是在CPU處于休眠工作方式時(shí)，USART不能工作在異步通訊方式。

2USART波特率發(fā)生器BRG設(shè)置

在異步通訊方式下，波特率發(fā)生器BRG 需要設(shè)置一個(gè)初值，以使BRG輸出一個(gè)合適的波特率。在BRG設(shè)置時(shí)，其工作在高速還是低速是由發(fā)送狀態(tài)寄存器和控制寄存器TXSTA的 bit2（BRCH）位進(jìn)行設(shè)置的。在PIC16F877內(nèi)部時(shí)鐘工作模式下，設(shè)置BRG波特率寄存器SPBRG在低速和高速初值的計(jì)算公式如下：
　　BRGH=0（低速）
　　異步波特率=FOSC/（64（X+1））
　　BRGH=1（高速）
　　波特率=FOSC/（16（X+1））
　　其中，X為SPBRG寄存器的值（0~255）。

實(shí)際應(yīng)用中，上式用于高速方式（BRGH=1）下計(jì)算波特率可以減小誤差。另外，在向波特率寄存器SPBRG寫(xiě)入一個(gè)新值時(shí)會(huì)使BRG定時(shí)器復(fù)位（清零），由此就可保證波特率發(fā)生器BRG不需要等到定時(shí)器溢出后就可輸出新的波特率。

3USART異步通訊的寄存器設(shè)置

實(shí)現(xiàn)USART異步通訊的寄存器主要有：發(fā)送狀態(tài)寄存器和控制寄存器TXSTA、接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA、波特率發(fā)生器存器SPBRG、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TXREG、接收數(shù)據(jù)寄存器RCREG、外圍接口中斷使能寄存器PIE1和外圍接口標(biāo)志寄存器PIR1等。

（1） 發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA

　　bit7 CSRC：異步方式未用;
　　bit6 TX9：發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇位。1=選擇9位數(shù)據(jù)；0=選擇8位數(shù)據(jù)；
　　bit5 TXEN：發(fā)送允許位。1=允許發(fā)送；0=關(guān)閉發(fā)送；
　　bit4 SYNC：USART同步/異步方式選擇位。1=選擇同步方式；0=選擇異步方式；
　　bit3 此位未用；
　　bit2 BRGH：高速波特率使能位。1=高速；0=低速；
　　bit1 TRMT：發(fā)送移位寄存器（TSR）“空”標(biāo)志位。1=TSR空；0=TSR滿(mǎn)；
　　bit0 TX9D：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。

（2）接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA

　　bit6 RX9：接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇位。1=選擇接收9位數(shù)據(jù)；0=選擇接收8位數(shù)據(jù)；
　　bit5 SREN：?jiǎn)巫止?jié)接收允許位。異步方式此位未用；
　　Bit4 CREN：連續(xù)接收選擇位。1=允許連續(xù)接收；0=禁止連續(xù)接收；
　　bit3 ADDEN：地址匹配檢測(cè)使能位。
1=允許地址匹配檢測(cè)，允許中斷并且當(dāng)RSR的D8被置1時(shí)讀接收緩沖器數(shù)據(jù)；
　　0=禁止地址匹配檢測(cè)，接收所有字節(jié)，第9位被看作奇偶效驗(yàn)位；
　　bit2 FERR：幀格式錯(cuò)標(biāo)志位。
　　1=幀格式錯(cuò)（讀RCREG寄存器可對(duì)該位刷新并且準(zhǔn)備接收下一個(gè)有效位）；
　　0=無(wú)幀格式錯(cuò)；
　　bit1 OERR：越位溢出錯(cuò)標(biāo)志位。
　　1=有溢出錯(cuò)，清CREN位可將此位清零；0=無(wú)溢出錯(cuò)；
　　bit0 RX9D：接收數(shù)據(jù)的第9位，可作奇偶效驗(yàn)位。

（3） 外圍接口中斷使能寄存器PIE1

bit5 RCIE：串行異步通訊接口接收中斷使能位。
1=允許USART接收中斷；0=禁止USART接收中斷；
bit4 TXIE：串行異步通訊接口發(fā)送中斷使能位。
1=允許USART發(fā)送中斷；0=禁止USART發(fā)送中斷。
　　其余位在異步通訊中未用。

（4）外圍接口中斷標(biāo)志寄存器PIR1

bit5 RCIF：異步串行通訊（USART）接口接收中斷標(biāo)志位；
1= USART接收緩沖區(qū)滿(mǎn)；0= USART接收緩沖區(qū)空；
bit4 TXIF：異步串行通訊（USART）接口發(fā)送中斷標(biāo)志位；
1= USART發(fā)送緩沖區(qū)空；0= USART發(fā)送緩沖區(qū)滿(mǎn)。
　　其余位在異步通訊中未用。

(5） 其他寄存器

波特率發(fā)生器存器SPBRG的設(shè)置請(qǐng)參考USRTA波特率發(fā)生器BRG的設(shè)置內(nèi)容，在設(shè)置該寄存器就是根據(jù)單片機(jī)工作時(shí)鐘頻率確定傳輸數(shù)據(jù)的波特率，只要將其初值寫(xiě)入SPBRG寄存器即可。

發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TXREG是將單片機(jī)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)存放的寄存器，在單片機(jī)未發(fā)送之前就必須要將備發(fā)送的數(shù)據(jù)裝入該寄存器。接收數(shù)據(jù)寄存器RCREG是將單片機(jī)接收到外界數(shù)據(jù)后存放數(shù)據(jù)的寄存器，在單片機(jī)確定接收的數(shù)據(jù)無(wú)誤后，將其數(shù)據(jù)存放到該寄存器中。