基于μPD78045F單片機的軟件UART

2004年6月A版

摘  要：本文提出了一種在單片機μPD78045F上用軟件模擬方式實現(xiàn)異步串行通訊功能UART的方法。本方法使用通用I/O口實現(xiàn)，占用資源少，設置簡單，使用方便。

關鍵詞：μPD78045F；UART；異步串行通訊

引言

　　單片機在數(shù)據(jù)采集與控制、智能儀表中發(fā)揮重要的作用。單片機應用系統(tǒng)與后端上位機系統(tǒng)之間通訊進行數(shù)據(jù)交換，構成功能強大的測控系統(tǒng)是目前發(fā)展的趨勢。

　　NEC公司生產(chǎn)的μPD78045F是78K0系列8位單片機功能較強的044F子系列的最高型號。該芯片功能強、可靠性高、速度快、支持節(jié)電應用。美中不足的是，該芯片的2個串行I/O口雖然功能強，卻只支持同步通訊，沒有異步通訊功能。

　　本文給出在μPD78045F上采用軟件模擬方式，使用2個I/O口線和一個8位定時器實現(xiàn)異步串行UART功能的方法。本方法占用資源少，設置和使用簡單方便，幀格式可自由改變。

設計思路

　　每一個UART都應具備如下功能：

　　異步串行發(fā)送和接收的基本單位是幀，通常每幀包括以下部分：

　　本設計中，發(fā)送采用主動查詢方式，可使用任一輸出端口，本文中將P12.1設置為輸出口，作為TxD；由于異步通訊中接收是被動的和隨機的，因此只能采用中斷方式，P0.1是外部中斷INTP1的外部引腳，設計中使用它作為RxD，設置為下降沿觸發(fā)方式，可及時檢測到起始位的邏輯0電平，進入中斷處理程序進行數(shù)據(jù)接收。

　　波特率發(fā)生器使用8位定時器TM1，產(chǎn)生指定波特率下的1個發(fā)送/接收位時序長度，即“位定時”。UART的并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉換、每幀數(shù)據(jù)格式的生成、發(fā)送和接收功能都由軟件來控制完成。在指定波特率下，位定時為1,000,000ms / 波特率，硬件系統(tǒng)采用fx=4.9152 MHz的主晶振，軟件設置定時器計數(shù)時鐘為4分頻，即：fx/4=1.2288 MHz

　　達到指定波特率位定時常數(shù)為：1228800 / 波特率

　　常用的波特率對應的位定時常數(shù)列在表1中。

表1  位定時常數(shù)

       波特率       定時常數(shù)

       38400       32

       19200       64

       14400       85.3333

       9600       128

　　以下設置通訊參數(shù)為9600波特率，1位起始位，6位數(shù)據(jù)位，發(fā)送順序從MSB到LSB，偶校驗，2位停止位。

軟件初始化的C語言程序為：

DI() ;      /* 關中斷  */

PM0 |= 0X02 ;       /* P0.1置為輸入方式  */

PM12&= 0XFD ;  /* P12.1置為輸出方式  */

P12 |= 0X02 ;       /* TxD 輸出邏輯1電平  */

PCC = 0x00 ;       /* CPU時鐘不分頻，fx最快速度  */

TCL1 = 0x06 ;       /* 定時器TM1計數(shù)時鐘為fx / 4   */

CR10 = 128；       /* 9600波特率的位定時常數(shù)  */

TMC1 = 0 ;  /* 定時器停止計數(shù)  */

PPR1 = 0 ;    /* INTP1設為高中斷優(yōu)先級  */

PMK1 = 0 ;  /* INTP1中斷允許  */

INTM0 &= 0XCF ;/* INTP1為下降沿觸發(fā)  */

EI() ;      /* 關中斷  */

軟件流程

　　發(fā)送

　　發(fā)送過程采用主動查詢方式完成，為保證每個發(fā)送位的時長相同，整個過程關閉中斷。首先，設定定時器定時一位時長，啟動定時器，關閉中斷，開始一幀的發(fā)送；然后，在發(fā)送一位時長的低電平(起始位)后，按最高位在先的順序依次發(fā)送6個數(shù)據(jù)位，同時計算偶校驗位，并在數(shù)據(jù)位后發(fā)送；最后，發(fā)送2位時長高電平作為停止位，結束一幀的發(fā)送。關閉定時器，開放中斷，發(fā)送過程結束。發(fā)送流程見圖1。

　　接收

　　接收過程是在中斷處理程序中完成的。中斷是由下降沿觸發(fā)的，進入中斷的時刻是處在接收起始位的時段。為了保證接收準確，在檢測到起始位后，不能在每一位時長的開始而應在其中間進行采樣。進入中斷程序后，首先通過設定定時器，等待一位半時長，跳過整個起始位和半時長的首個數(shù)據(jù)位，然后開始按最高位在先的協(xié)議接收六個時長的數(shù)據(jù)位，每接收一位進行串并轉換和校驗位計算；隨后接收校驗位并與計算機結果比較，確定是否接收正確。出于簡化程序，校驗位接收完畢后，沒有讀取停止位。最后關閉定時器，結束接收過程，中斷返回。

　　在μPD78045F的中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級中斷的響應時間最長32個CPU時鐘，這些時延應在程序中進行補償，尤其在高速率通訊時位定時時長很短，補償尤為重要。補償?shù)姆椒ㄊ菑奈欢〞r中減去最長時延32個時鐘。在9600波特率、定時器 4分頻計數(shù)情況下，應減去 32/4=8個定時器計數(shù)。接收中斷處理流程見圖2。

結語

　　本文介紹的軟件UART實現(xiàn)方法，已在項目中實際應用，達到功能要求，工作穩(wěn)定可靠。從以上方案可以看出，本方法的最高波特率可達38400，每一幀的格式可靈活改變，其中數(shù)據(jù)位長度和發(fā)送順序均沒有限制，可根據(jù)需要發(fā)送數(shù)十位的數(shù)據(jù)位。

　　使用本方法應具備以下條件：

　　本方法占用外部連線少，穩(wěn)定可靠，使用方便，簡單有效，由于其幀格式的巨大靈活性，是在低成本、中速率、特殊數(shù)據(jù)傳輸場合下的一個較好選擇?！?/P>

參考文獻：

1.        NEC Corporation，‘μPD78045F SUBSERIES USER'S MANUAL’，1996