原创 51单片机模拟串口的三种方法

 2007-5-22 20:53  2933 3 3 分类: MCU/ 嵌入式

随着单片机的使用日益频繁,用其作前置机进行采集和通信也常见于各种应用,一般是利用前置机采集各种终端数据后进行处理、存储,再主动或被动上报给管理站。这种情况下下,采集会需要一个串口,上报又需要另一个串口,这就要求单片机具有双串口的功能,但我们知道一般的51系列只提供一个串口,那么另一个串口只能靠程序模拟。本文所说的模拟串口, 就是利用51的两个输入输出引脚如P1.0和P1.1,置1或0分别代表高低电平,也就是串口通信中所说的位,如起始位用低电平,则将其置0,停止位为高电平,则将其置
1,各种数据位和校验位则根据情况置1或置0。至于串口通信的波特率,说到底只是每位电平持续的时间,波特率越高,持续的时间越短。如波特率为9600BPS,即每一位传送时间为1000ms/9600=0.104ms,即位与位之间的延时为为0.104毫秒。单片机的延时是通过执行若干条指令来达到目的的,因为每条指令为1-3个指令周期,可即是通过若干个指令周期来进行延时的,单片机常用11.0592M的的晶振,现在我要告诉你这个奇怪数字的来历。用此频率则每个指令周期的时间为(12/11.0592)us,那么波特率为9600BPS每位要间融多少个指令周期呢？指令周期s=(1000000/9600)/(12/11.0592)=96,刚好为一整数,如果为4800BPS则为96x2=192,如为19200BPS则为48,别的波特率就不算了,都刚好为整数个指令周期,妙吧。至于别的晶振频率大家自已去算吧。
现在就以11.0592M的晶振为例,谈谈三种模拟串口的方法。

方法一：延时法

通过上述计算大家知道,串口的每位需延时0.104秒,中间可执行96个指令周期。
#define uchar unsigned char
sbit P1_0 = 0x90;
sbit P1_1 = 0x91;
sbit P1_2 = 0x92;
#define RXD P1_0
#define TXD P1_1
#define WRDYN 44 //写延时
#define RDDYN 43 //读延时

//往串口写一个字节
void WByte(uchar input)
{
    uchar i="8";
    TXD=(bit)0;                     //发送启始位
    Delay2cp(39);
    //发送8位数据位
    while(i--)
    {
        TXD=(bit)(input&0x01);     //先传低位
        Delay2cp(36);
        input="input">>1;
    }
    //发送校验位(无)
    TXD=(bit)1;                     //发送结束位
    Delay2cp(46);
}

//从串口读一个字节
uchar RByte(void)
{
    uchar Output="0";
    uchar i="8";
    uchar temp="RDDYN";
    //发送8位数据位
Delay2cp(RDDYN*1.5);         //此处注意,等过起始位
    while(i--)
    {
        Output >>=1;
        if(RXD) Output   =0x80;     //先收低位
        Delay2cp(35);             //(96-26)/2,循环共占用26个指令周期
    }
    while(--temp)                    //在指定的时间内搜寻结束位。
    {
        Delay2cp(1);
        if(RXD)break;             //收到结束位便退出
    }
    return Output;
}

//延时程序*
void Delay2cp(unsigned char i)
{
while(--i); //刚好两个指令周期。
}

此种方法在接收上存在一定的难度,主要是采样定位存在需较准确,另外还必须知道每条语句的指令周期数。此法可能模拟若干个串口,实际中采用它的人也很多,但如果你用Keil C,本人不建议使用此种方法,上述程序在P89C52、AT89C52、W78E52三种单片机上实验通过。

方法二：计数法

    51的计数器在每指令周期加1,直到溢出,同时硬件置溢出标志位。这样我们就可以通过预置初值的方法让机器每96个指令周期产生一次溢出,程序不断的查询溢出标志来决定是否发送或接收下一位。

//计数器初始化
void S2INI(void)
{
    TMOD =0x02;                //计数器0,方式2
    TH0=0xA0;                    //预值为256-96=140,十六进制A0
    TL0=TH0;
    TR0=1;                        //开始计数
    TF0=0;
}

void WByte(uchar input)
{
    //发送启始位
    uchar i="8";
    TR0=1;
    TXD=(bit)0;
    WaitTF0();
    //发送8位数据位
    while(i--)
    {
        TXD=(bit)(input&0x01);     //先传低位
        WaitTF0();
        input="input">>1;
    }
    //发送校验位(无)
    //发送结束位
    TXD=(bit)1;
    WaitTF0();
    TR0=0;
}
//查询计数器溢出标志位
void WaitTF0( void )
{
    while(!TF0);
    TF0=0;
}
    接收的程序,可以参考下一种方法,不再写出。这种办法个人感觉不错,接收和发送都很准确,另外不需要计算每条语句的指令周期数。

方法三：中断法

    中断的方法和计数器的方法差不多,只是当计算器溢出时便产生一次中断,用户可以在中断程序中置标志,程序不断的查询该标志来决定是否发送或接收下一位,当然程序中需对中断进行初始化,同时编写中断程序。本程序使用Timer0中断。
#define TM0_FLAG P1_2 //设传输标志位
//计数器及中断初始化
void S2INI(void)
{
    TMOD =0x02;                //计数器0,方式2
    TH0=0xA0;                    //预值为256-96=140,十六进制A0
    TL0=TH0;
    TR0=0;                         //在发送或接收才开始使用
    TF0=0;
    ET0=1;                         //允许定时器0中断
    EA="1";                         //中断允许总开关
}

//接收一个字符
uchar RByte()
{
    uchar Output="0";
    uchar i="8";
    TR0=1;                         //启动Timer0
    TL0=TH0;
    WaitTF0();                    //等过起始位
    //发送8位数据位
    while(i--)
    {
        Output >>=1;
        if(RXD) Output   =0x80;     //先收低位
        WaitTF0();                //位间延时
    }
    while(!TM0_FLAG) if(RXD) break;
    TR0=0;                         //停止
    Timer0
    return Output;
}
//中断1处理程序
void IntTimer0() interrupt 1
{
    TM0_FLAG=1;                //设置标志位。
}
//查询传输标志位
void WaitTF0( void )
{
while(!TM0_FLAG);
TM0_FLAG=0;                 //清标志位
}
    中断法也是我推荐的方法,和计数法大同小异。发送程序参考计数法,相信是件很容易的事。另外还需注明的是本文所说的串口就是通常的三线制异步通信串口（UART）,只用RXD、TXD、GND。

//***********************************************************************************************

AVR软件模拟串口程序

来源：coldra资料室作者：coldra

M48,8MHz
9600,1,8,1

输出：用定时器控制普通IO口输出位
输入：用外部中断+定时器,判断位的宽度

好几天没休息,利用闲暇写的,也没找到别人的参考程序,不过终于算是稳定了,其实还应该有很多其它的方法可以试一下,比如用PWM输出串行数据,用输入捕获接收数据,或定时查询,或用任意一个IO口中断,则每个引脚都有可能

现在还有些问题,全双工同时收发时发送偶尔出错,占用两个定时器有些浪费,以后再修改吧,最好加上各种波率

本程序为直接摘出部分,删了无关的部分,在此可能有些变量没用,或有段落遗漏,请谅

#include
#include
#include
#include

#define Sbit1() PORTD =1<#define Sbit0() PORTD&=~(1<

volatile unsigned int
eep_ms,//毫秒计时
keytime,                    //等待时间
SoundOnTime;                    ////
volatile unsigned char
rdata,
key,
start=0,
keycode,        //
*TxPoint,
rtime,
INT0_time,                //中断次数

RxLength=0,        //接收长度
RUDR,            //摸拟串口接收的数据
TxLength,                    //串口发送数据长度
SUDR;                        //串口发送的数据

unsigned char arr[10],DispBuff[10];

void Initial_IO(void)//IO口初始化
    {
     DDRD = 0X82;              //PD1串口输出,PD0串口输入,PD2模拟串口输入（INT0）
     PORTD = 0X82;             //PD1输出高电平
    }

void Initial_INT0(void)
{
EICRA =(1< EIMSK =1< }

void Initial_timer0(void)                         //定时器0初始化
    {
     TCCR0B =(1<     TIMSK0 =(1<    }

void Initial_timer1(void)
    {
     TCCR1A=(1<          TCCR1B=(1<     ICR1=1000;
     TIMSK1 =(1<    }

void Initial_timer2(void)
{
TCCR2B=(1< TIMSK2 =(1< }

void Initial_WDR(void)                                       //看门狗初始化
    {
    wdt_enable(WDTO_1S);
    wdt_reset();
    }

void Initial(void)
{
    Initial_IO();
    Initial_timer0();
    Initial_timer1();
    Initial_timer2();
    Initial_INT0();
    Initial_WDR();
    sei();
}

/*启动串口发送*/
void SendData(unsigned char *P,unsigned char DataLength)
    {
    TxLength="DataLength";
    TxPoint="P";
    start="0";
    }

int main (void)
{

Initial();

    while(1)
        {
        wdt_reset();
        if((rdata)&&(eep_ms>10))//收到数据延时10mS后启动发送,回送验证数据
            {
            key="0";
            SendData(&DispBuff[0],9);//发送DispBuff[0]的9位数据
            while(TxLength);//等待发送完成
            rdata="0";
            eep_ms=0;
            }
        }
    }

/*定时器0,100us溢出中断*/
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
    {
    TCNT0=151;//重载数据,计时区间为151---255,共104uS,一个位的时间
    if(TxLength)//
        {
        if(start==0)
            {
            Sbit0();//起始位
            SUDR=*(TxPoint++);
            }
        else
            {
            if((start<=8))
                {
                if(SUDR&(1<<(start-1)))Sbit1();//数据1
                else Sbit0();//数据0
                }
            else Sbit1();//停止位
            }
        if(start<10)start++;
        else
            {
            TxLength--;//一字节发送完成,字节数减1
            start="0";
            }//
        }
    }

/*定时器1,1ms溢出中断*/
SIGNAL(SIG_OVERFLOW1)
{
    eep_ms++;
}
/*定时器2*/
SIGNAL(SIG_OVERFLOW2)
    {
    sei();
    if(INT0_time)//有数据
        {
        INT0_time=0;//中断次数清0
        rdata="1";//置有数据标志
        eep_ms=0;
        if(RxLength<10)DispBuff[RxLength++]=RUDR;

        }
    if(rtime<4)rtime++;//字节间隔时间,间隔3个字节重新开始一帧
    else RxLength="0";
    }

SIGNAL(SIG_INTERRUPT0)//INT0,边沿触发中断
    {
    unsigned char temp,temp2=0;
    static unsigned char pre_TCNT2,j=0;
    if(INT0_time==0)//一个字节第一个下降沿中断,起始位开始
        {
        TCNT2=130;
        pre_TCNT2=130;
        RUDR="0xff";//接收的数据初值
        j="0";    //位数清零
        INT0_time++;//中断次数加一
        }
    else
        {
        temp="TCNT2";
        if(temp>pre_TCNT2)temp2=temp-pre_TCNT2;//取一个高/低电平的宽度
        if(temp2>10)//滤过窄电平（干扰信号）
            {
            pre_TCNT2=temp;//记录前一次的时间值
            temp="0";
            while(temp2>13)//计算位的个数,约13为一个位（8*13=104uS）
                    {
                    temp2-=13;//
                    temp++;
                    }
            if(temp2>6)temp++;//计算位的个数,一般13为一个位
            if(INT0_time==1)temp-=1;
            if(INT0_time&1)//奇数次中断
                {
                while(temp)//位0的个数
                    {
                    RUDR&=~(1<                    temp--;
                    j++;
                    }
                }
            else j+=temp;//偶数,位1的个数,跳过
            INT0_time++;//中断次数加一
            }
        }
    rtime="0";
    }