引 言

单片机在数据采集与控制、智能仪表中发挥重要的作用。单片机应用系统与后端上位机系统之间通讯进行数据交换,构成功能强大的测控系统是目前发展的趋势。

NEC公司生产的μPD78045F是78K0系列8位单片机功能较强的044F子系列的最高型号。该芯片功能强、可靠性高、速度快、支持节电应用。美中不足的是,该芯片的2个串行I/O口虽然功能强,却只支持同步通讯,没有异步通讯功能。

本文给出在μPD78045F上采用软件模拟方式,使用2个I/O口线和一个8位定时器实现异步串行UART功能的方法。本方法占用资源少,设置和使用简单方便,帧格式可自由改变。

设计思路

每一个UART都应具备如下功能：

异步串行发送和接收的基本单位是帧,通常每帧包括以下部分：

本设计中,发送采用主动查询方式,可使用任一输出端口,本文中将P12.1设置为输出口,作为TxD;由于异步通讯中接收是被动的和随机的,因此只能采用中断方式,P0.1是外部中断INTP1的外部引脚,设计中使用它作为RxD,设置为下降沿触发方式,可及时检测到起始位的逻辑0电平,进入中断处理程序进行数据接收。

波特率发生器使用8位定时器TM1,产生指定波特率下的1个发送/接收位时序长度,即“位定时”。UART的并行数据到串行数据的转换、每帧数据格式的生成、发送和接收功能都由软件来控制完成。在指定波特率下,位定时为1,000,000ms / 波特率,硬件系统采用fx=4.9152 MHz的主晶振,软件设置定时器计数时钟为4分频,即：fx/4=1.2288 MHz ,达到指定波特率位定时常数为：1228800 / 波特率 。常用的波特率对应的位定时常数列在表1中。

以下设置通讯参数为9600波特率,1位起始位,6位数据位,发送顺序从MSB到LSB,偶校验,2位停止位。

图1 发送过程流程图

图2 接收过程流程图

软件流程

发送

发送过程采用主动查询方式完成,为保证每个发送位的时长相同,整个过程关闭中断。首先,设定定时器定时一位时长,启动定时器,关闭中断,开始一帧的发送;然后,在发送一位时长的低电平(起始位)后,按最高位在先的顺序依次发送6个数据位,同时计算偶校验位,并在数据位后发送;最后,发送2位时长高电平作为停止位,结束一帧的发送。关闭定时器,开放中断,发送过程结束。发送流程见图1。

接收

接收过程是在中断处理程序中完成的。中断是由下降沿触发的,进入中断的时刻是处在接收起始位的时段。为了保证接收准确,在检测到起始位后,不能在每一位时长的开始而应在其中间进行采样。进入中断程序后,首先通过设定定时器,等待一位半时长,跳过整个起始位和半时长的首个数据位,然后开始按最高位在先的协议接收六个时长的数据位,每接收一位进行串并转换和校验位计算;随后接收校验位并与计算机结果比较,确定是否接收正确。出于简化程序,校验位接收完毕后,没有读取停止位。最后关闭定时器,结束接收过程,中断返回。

在μPD78045F的中断系统中,高优先级中断的响应时间最长32个CPU时钟,这些时延应在程序中进行补偿,尤其在高速率通讯时位定时时长很短,补偿尤为重要。补偿的方法是从位定时中减去最长时延32个时钟。在9600波特率、定时器 4分频计数情况下,应减去 32/4=8个定时器计数。接收中断处理流程见图2。

使用本方法应具备以下条件：

本方法占用外部连线少,稳定可靠,使用方便,简单有效,由于其帧格式的巨大灵活性,是在低成本、中速率、特殊数据传输场合下的一个较好选择。