單片機PIC18FXX8通用同步異步收發(fā)器的編程應用
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引言
PIC18Fxx8單片機是美國微芯公司推出的16位RISC指令集的高級產品，由于芯片內含有A/D、內部E2PROM存儲器、I2C和SPI接口、CAN接口、同步／異步串行通信（USART）接口等強大的功能，具有很好的應用前景。但是，目前介紹其應用和以C語言編程的中文參考資料很少。本文將探討該型單片機異步串行通信的編程應用，程序用HI-TECH PICC-18 C語言編寫，并在重慶大學-美國微芯公司PIC單片機實驗室的PIC18F458實驗板上通過。
1 PIC18FXX8單片機同步/異步收發(fā)器（USART）
通用同步/異步收發(fā)器（USART）模塊是由PIC18FXX8內的三個串行I/O模塊組成的器件之一（USART也叫串行通信接口即SCI），可以配置為全雙工異步方式、半雙工同步主控方式、半雙工同步從動方式三種工作方式。
TXSTA是PIC18FXX8單片機串行通信發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器，RCSTA是接收狀態(tài)和控制寄存器。由于在實際工程中，異步方式用得最多，這里僅介紹異步工作方式，其它方式可參閱相關資料。
1.1 USART 異步工作方式
在異步工作方式下，串行通信接口USART采用標準的不歸零（NRZ）格式（1位起始位、8位或9位數(shù)據(jù)位和一位停止位），最常用的數(shù)據(jù)位是8位。片內提供的8位波特率發(fā)生器BRG可用來自振蕩器時鐘信號產生標準的波特率頻率。通過對SYNC位（在TXSTA寄存器中）清零，可選擇USART異步工作方式。
1.2 USART波特率發(fā)生器（BRG）
USART帶有一個8位的波特率發(fā)生器（BRG），這個BRG支持USRAT的同步方式和異步方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的8位定時器的周期。在異步方式下，BRGH位（控制寄存器TXSTA的）也被用來控制波特率。在同步方式下，用不到BRGH位。表1給出了在主控方式下（內部時鐘）不同USART工作方式時的波特率計算式。
表1 主控方式下的波特率計算式
SYNC | BRGH=0（低速） | BRGH=1（高速） |
0 | （異步）波特率=FOSC/[64（X+1）] | 波特率 =FOSC/[16（X+1）] |
1 | （同步）波特率=FOSC/[4（X+1）] | 無 |
1.3 USART 異步工作方式配置
下面是串行通信異步工作方式配置步驟（順序可以改變）：
（1）配置發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA；
（2）配置接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA；
（3）配置RX（RC7引腳）、TX（RC6引腳）分別為輸入和輸出方式；
（4）通過設定的通信波特率配置SPBRG寄存器，計算公式參見表1；
（5）設置串行通信接收或發(fā)送中斷是否使能；
（6）清串行通信接收或發(fā)送中斷標志；
（7）設置串行通信接收中斷或發(fā)送中斷的優(yōu)先級是高或低優(yōu)先級中斷方式，PIC18單片機默認情況下是高優(yōu)先級中斷，若是低優(yōu)先級中斷，則必須進行設置；
（8）設置串行通信接收和發(fā)送數(shù)據(jù)是否允許。
若用到了中斷功能，還需設置總中斷和外圍中斷使能，以開放未屏蔽的中斷。
2 USART接口硬件電路
利用PC機配置的串行口，可以很方便地實現(xiàn)PC機與PIC18單片機的串行數(shù)據(jù)通信。PC機與PIC單片機USART連接最簡單的是三線方式。由于PIC單片機輸入、輸出電平為TTL電平，而RS-232C PC機配置的是RS-232C標準串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC機與微控制器的串行數(shù)據(jù)通信，必須進行電平轉換。圖1為PIC18F458單片機的RS-232電平轉換電路。圖中MAX232（或MAX202）將PIC18單片機TX輸出的TTL電平信號轉換為RS-232C電平，輸入到PC機，并將PC機輸出的RS232C電平信號轉換為TTL電平輸出到PIC微控制器的RX引腳。J9和PC機的連接方式見RS-232標準，與單片機相接的D型頭（J9）的2腳（PIC接收信號）與接PC機D型頭的3腳（PC機發(fā)送信號）相連，與單片機相接的D型頭（J9）的3腳（PIC發(fā)送信號）與接PC機D型頭的2腳（PC機接收信號）相連，二者的5腳與5腳相連（地相連）。PC機串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示均可采用各種串口調試軟件，我們使用的是串口調試助手V2.2（或V2.1、V2.0均可），在網上可以下載該調試軟件，該軟件操作簡單，這里不作介紹。
3 USART異步工作方式編程
串行通信的接收有查詢和中斷2種方式，在實際應用中，一般不采用查詢接收數(shù)據(jù)，常用的是中斷接收數(shù)據(jù)。發(fā)送有中斷發(fā)送和非中斷發(fā)送，在下面的例程中我們采用了中斷接收數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)采用中斷方式還是非中斷方式可以在程序中通過對發(fā)送方式標志Send_Mode（不為0,中斷方式發(fā)送;=0,非中斷方式發(fā)送）進行設置實現(xiàn)。
在PIC單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送中斷標志TXIF不能用軟件清0，只有當新的發(fā)送數(shù)據(jù)送入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TXREG后，TXIF位才能被硬件復位，因此在程序中清該標志是無效的。采用中斷發(fā)送數(shù)據(jù)的方法是：在主程序中啟動發(fā)送一串數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù)，然后利用發(fā)送完成中斷啟動下一個數(shù)據(jù)發(fā)送，當一串數(shù)據(jù)發(fā)送后，不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但有發(fā)送完成中斷標志，程序還要進入一次中斷，這最后一次中斷對數(shù)據(jù)發(fā)送是無用的，必須將該標志清0，采用的方法是禁止發(fā)送使能（TXEN＝0）而引起發(fā)送被終止或對發(fā)送器復位。
#include"pic18.h"/* PIC18系列的頭文件 */
unsignedcharreceive232[8];
unsignedcharsend232[8];/* 發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組 */
unsignedcharreceive_count=0;/* 接收數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù) */
unsignedcharsend_count=0;/* 發(fā)送數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù) */
unsignedchar*pointer;/* 發(fā)送數(shù)據(jù)指針 */
unsignedchari;/* 程序中用到的循環(huán)變量 */
unsignedcharSciReceiveFlag;/* =1,接收到8個數(shù)據(jù) */
unsignedcharSend_Mode=0;/* 不為0,中斷方式發(fā)送;=0,非中斷方式發(fā)送 */
voidsciinitial()
{
TXSTA=0x04;/* 選擇異步高速方式傳輸8位數(shù)據(jù) */
RCSTA=0x80;/* 允許串行口工作使能 */
TRISC=TRISC|0X80;/* :將RC7(RX)設置為輸入方式 */
TRISC=TRISC0Xbf;/* RC6(TX)設置為輸出 */
SPBRG=25;/* 4M晶振且波特率為9600時,SPBRG設置值為25 */
PIR1=0x00;/* 清中斷標志 */
PIE1=PIE1|0x20;/* 允許串行通訊接口接收中斷使能 */
RCIP=0;/* 設置SCI接收中斷為低優(yōu)先級中斷 */
CREN=1;/* 允許串口連續(xù)接收數(shù)據(jù) */
if(0==Send_Mode)TXEN=1;/* Send_Mode=0,非中斷方式發(fā)送,串口發(fā)送數(shù)據(jù)使能 */
else/* Send_Mode=1,中斷方式發(fā)送 */
{
PIE1=PIE1|0x10;/* 允許中斷發(fā)送 */
TXIP=0;/* 發(fā)送低優(yōu)先級中斷 */
}
}
voidinterrupt low_priorityLOW_ISR()/* 低優(yōu)先級中斷子程序 */
{
if(RCIF==1)/* RS232接收中斷 */
{
RCIF=0;/* 清中斷標志 */
receive232[receive_count]=RCREG;/* 接收數(shù)據(jù)并存儲 */
send232[receive_count]=RCREG;
receive_count++;/* 接收計數(shù)器加1 */
if(receive_count>7)/* 如果已經接收到8個數(shù)據(jù) */
{
receive_count=0;/* 接收計數(shù)器清0 */
SciReceiveFlag=1;/* 置接收到8個數(shù)據(jù)標志 */
}
}
elseif((0!=Send_Mode)(TXIF==1))/* 中斷發(fā)送數(shù)據(jù)方式且為發(fā)送中斷 */
{
if(send_count>7)/* 已經發(fā)送完8個數(shù) */
{
TXEN=0;/* 發(fā)送不使能 */
return;
}
else
{
send_count++;/* 發(fā)送計數(shù)器加1 */
TXREG=*pointer++;/* 發(fā)送當前應發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送指針加1 */
}
}
}
main()
{
INTCON=0x00;/* 關總中斷 */
ADCON1=0X07;/* 設置數(shù)字輸入輸出口，不用作模擬口 */
PIE1=0;/* PIE1 的中斷不使能 */
PIE2=0;/* PIE2 的中斷不使能 */
PIE3=0;/* PIE3 的中斷不使能 */
Send_Mode=1;/* Send_Mode不為0,中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù);
Send_Mode =0,非中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù) */
sciinitial();/* 串行通訊初始化子程序 */
IPEN=1;/* 使能中斷高低優(yōu)先級 */
INTCON=INTCON|0xc0;/* 開總中斷、開外圍接口中斷 */
while(1)
{
if(1==SciReceiveFlag)/* 是否接收到8個通信數(shù)據(jù) */
{
SciReceiveFlag=0;/* 清接收到8個通信數(shù)據(jù)標志 */
if(0!=Send_Mode) /* Send_Mode不為0,中斷方式發(fā)送 */
{
send_count=0;/* 發(fā)送數(shù)據(jù)計數(shù)清0 */
pointer=send232[0];/* 發(fā)送指針指向發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組首地址 */
TXREG=*pointer++;/* 發(fā)送第一個數(shù)據(jù)后，將發(fā)送指針加1 */
TXEN=1;
}
else /* Send_Mode =0,非中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù) */
{
pointer=send232[0];/* 發(fā)送指針指向發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組首地址 */
for(i=0;i8;i++)
{
TXREG=*pointer++;/* 發(fā)送數(shù)據(jù)后，將發(fā)送指針加1 */
while(1)
{
if(TXIF==1)break;/* 等待發(fā)送完成 */
}
}
}
}
}
}
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