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語言應(yīng)用編程。

0 引言

    PIC18Fxx8單片機(jī)是美國(guó)微芯公司推出的16位RISC指令集的高級(jí)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語言編寫，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。

    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，異步方式用得最多，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），最常用的數(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）通過設(shè)定的通信波特率配置SPBRG寄存器，計(jì)算公式參見表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連接最簡(jiǎn)單的是三線方式。由于PIC單片機(jī)輸入、輸出電平為TTL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。圖1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TTL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)上可以下載該調(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和中斷2種方式，在實(shí)際應(yīng)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(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)的第一個(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)入一次中斷，這最后一次中斷對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送是無用的，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=TRISC|0X80;  /* :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=PIE1|0x20;   /* 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=PIE1|0x10;  /* 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=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(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)送第一個(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 Technology Inc. PIC18FXX8 Data Sheet.2003.