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摘 要：本文介紹了Microchip公司推出的PIC18FXX8單片機(jī)通用同步異步收發(fā)器USART（串行通信接口）的相關(guān)內(nèi)容，給出了單片機(jī)該模塊的接口電路和C語(yǔ)言應(yīng)用編程。

關(guān)鍵詞：PIC18FXX8，串行通信

0 引言

PIC18Fxx8單片機(jī)是美國(guó)微芯公司推出的16位RISC指令集的產(chǎn)品，由于芯片內(nèi)含有A/D、內(nèi)部E2PROM存儲(chǔ)器、I2C和SPI接口、CAN接口、同步／異步串行通信（USART）接口等強(qiáng)大的功能，具有很好的應(yīng)用前景。但是，目前介紹其應(yīng)用和以C語(yǔ)言編程的中文參考資料很少。本文將探討該型單片機(jī)異步串行通信的編程應(yīng)用，程序用HI-TECH PICC-18 C語(yǔ)言編寫(xiě)，并在重慶大學(xué)-美國(guó)微芯公司PIC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的PIC18F458實(shí)驗(yàn)板上通過(guò)。

1 PIC18FXX8單片機(jī)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(nèi)的三個(gè)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(dòng)方式三種工作方式。

TXSTA是PIC18FXX8單片機(jī)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(shí)際工程中，異步方式用得多，這里僅介紹異步工作方式，其它方式可參閱相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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），常用的數(shù)據(jù)位是8位。片內(nèi)提供的8位波特率發(fā)生器BRG可用來(lái)自振蕩器時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波特率頻率。通過(guò)對(duì)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(gè)8位的波特率發(fā)生器（BRG），這個(gè)BRG支持USRAT的同步方式和異步方式。用SPBRG寄存器控制一個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器的周期。在異步方式下，BRGH位（控制寄存器TXSTA的）也被用來(lái)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(nèi)部時(shí)鐘）不同USART工作方式時(shí)的波特率計(jì)算式。

表1 主控方式下的波特率計(jì)算式

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(guò)設(shè)定的通信波特率配置SPBRG寄存器，計(jì)算公式參見(jiàn)表1；
（5）設(shè)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(biāo)志；
（7）設(shè)置串行通信接收中斷或發(fā)送中斷的優(yōu)先級(jí)是高或低優(yōu)先級(jí)中斷方式，PIC18單片機(jī)默認(rèn)情況下是高優(yōu)先級(jí)中斷，若是低優(yōu)先級(jí)中斷，則必須進(jìn)行設(shè)置；
（8）設(shè)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(shè)置總中斷和外圍中斷使能，以開(kāi)放未屏蔽的中斷。

2 USART接口硬件電路

利用PC機(jī)配置的串行口，可以很方便地實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PIC18單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)與PIC單片機(jī)USART連接簡(jiǎn)單的是三線方式。由于PIC單片機(jī)輸入、輸出電平為T(mén)TL電平，而RS-232C PC機(jī)配置的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC機(jī)與微控制器的串行數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。為PIC18F458單片機(jī)的RS-232電平轉(zhuǎn)換電路。圖中MAX232（或MAX202）將PIC18單片機(jī)TX輸出的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS-232C電平，輸入到PC機(jī)，并將PC機(jī)輸出的RS232C電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平輸出到PIC微控制器的RX引腳。J9和PC機(jī)的連接方式見(jiàn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)，與單片機(jī)相接的D型頭（J9）的2腳（PIC接收信號(hào)）與接PC機(jī)D型頭的3腳（PC機(jī)發(fā)送信號(hào)）相連，與單片機(jī)相接的D型頭（J9）的3腳（PIC發(fā)送信號(hào)）與接PC機(jī)D型頭的2腳（PC機(jī)接收信號(hào)）相連，二者的5腳與5腳相連（地相連）。PC機(jī)串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示均可采用各種串口調(diào)試軟件，我們使用的是串口調(diào)試助手V2.2（或V2.1、V2.0均可），在網(wǎng)上可以該調(diào)試軟件，該軟件操作簡(jiǎn)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(xún)和中斷2種方式，在實(shí)際應(yīng)用中，一般不采用查詢(xún)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(guò)對(duì)發(fā)送方式標(biāo)志Send_Mode（不為0,中斷方式發(fā)送;=0,非中斷方式發(fā)送）進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)。

在PIC單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送中斷標(biāo)志TXIF不能用軟件清0，只有當(dāng)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(fù)位，因此在程序中清該標(biāo)志是無(wú)效的。采用中斷發(fā)送數(shù)據(jù)的方法是：在主程序中啟動(dòng)發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)的個(gè)數(shù)據(jù)，然后利用發(fā)送完成中斷啟動(dòng)下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)一串?dāng)?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(biāo)志，程序還要進(jìn)入中斷，這中斷對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送是無(wú)用的，必須將該標(biāo)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?qū)Πl(fā)送器復(fù)位。

下面是一個(gè)用串行通信進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的例程，程序?qū)崿F(xiàn)功能：PIC18單片機(jī)接收到PC機(jī)下發(fā)的8個(gè)數(shù)據(jù)后，將收到的8個(gè)數(shù)據(jù)以中斷或非中斷發(fā)送方式返送回PC機(jī)。

#include "pic18.h" /* PIC18系列的頭文件 */
unsigned char receive232[8]; /* 接收數(shù)據(jù)數(shù)組 */
unsigned char send232[8]; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組 */
unsigned char receive_count=0; /* 接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) */
unsigned char send_count=0; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) */
unsigned char *pointer; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)指針 */
unsigned char i; /* 程序中用到的循環(huán)變量 */
unsigned char SciReceiveFlag; /* =1,接收到8個(gè)數(shù)據(jù) */
unsigned char Send_Mode=0; /* 不為0,中斷方式發(fā)送;=0,非中斷方式發(fā)送 */

void sciinitial() /* 串行通訊初始化子程序 */
{
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=TRISC0X80; /* :將RC7(RX)設(shè)置為輸入方式 */
TRISC=TRISC&0Xbf; /* RC6(TX)設(shè)置為輸出 */
SPBRG=25; /* 4M晶振且波特率為9600時(shí),SPBRG設(shè)置值為25 */
PIR1=0x00; /* 清中斷標(biāo)志 */
PIE1=PIE10x20; /* 允許串行通訊接口接收中斷使能 */
RCIP=0; /* 設(shè)置SCI接收中斷為低優(yōu)先級(jí)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=PIE10x10; /* 允許中斷發(fā)送 */
TXIP=0; /* 發(fā)送低優(yōu)先級(jí)中斷 */
}
}

void interrupt low_priority LOW_ISR() /* 低優(yōu)先級(jí)中斷子程序 */
{
if(RCIF==1) /* RS232接收中斷 */
{
RCIF=0; /* 清中斷標(biāo)志 */
receive232[receive_count]=RCREG; /* 接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ) */
send232[receive_count]=RCREG; /* 接收數(shù)據(jù)存放到發(fā)送緩沖數(shù)組 */
receive_count++; /* 接收計(jì)數(shù)器加1 */
if(receive_count>7) /* 如果已經(jīng)接收到8個(gè)數(shù)據(jù) */
{
receive_count=0; /* 接收計(jì)數(shù)器清0 */
SciReceiveFlag=1; /* 置接收到8個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志 */
}
}
else if((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(jīng)發(fā)送完8個(gè)數(shù) */
{
TXEN=0; /* 發(fā)送不使能 */
return;
}
else
{
send_count++; /* 發(fā)送計(jì)數(shù)器加1 */
TXREG=*pointer++; /* 發(fā)送當(dāng)前應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送指針加1 */
}
}
}

main() /* 主程序 */
{
INTCON=0x00; /* 關(guān)總中斷 */
ADCON1=0X07; /* 設(shè)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(jí) */
INTCON=INTCON0xc0; /* 開(kāi)總中斷、開(kāi)外圍接口中斷 */
while(1)
{
if(1==SciReceiveFlag) /* 是否接收到8個(gè)通信數(shù)據(jù) */
{
SciReceiveFlag=0; /* 清接收到8個(gè)通信數(shù)據(jù)標(biāo)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(jì)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)送個(gè)數(shù)據(jù)后，將發(fā)送指針加1 */
TXEN=1; /* 使能發(fā)送 */
}
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;i<8;i++)
{
TXREG=*pointer++; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)后，將發(fā)送指針加1 */
while(1) /* 等待發(fā)送完成 */
{
if(TXIF==1) break; /* 等待發(fā)送完成 */
}
}
}
}
}
}

參考文獻(xiàn)
[1]. Microchip datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/Microchip_1097736.html.
[2]. PIC18FXX8 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/PIC18FXX8_937138.html.
[3]. RISC datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/RISC_1189725.html.
[4]. PIC18F458 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/PIC18F458_1101505.html.
[5]. TTL datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/TTL_1174409.html.
[6]. RS-232 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/RS-232_584855.html.
[7]. MAX232 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/MAX232_1074207.html.
[8]. MAX202 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/MAX202_1089634.html.
[9]. RS232 datasheet http://udpf.com.cn/datasheet/RS232_585128.html.