高速单片机的多串口扩展

1、高速单片机的多串口扩展摘要:本文利用高速单片机的特性,讨论用软件实现多串口扩展的方法。并以STC12C5410AD单片机为例,用软件扩展了两个全双工的串口,程序实现三个串口(波特率可独立设置的相互转发。同时分析了软件实现扩展串口的波特率误差等性能指标。随着芯片设计的发展,单片机的性能得到飞速提高,性价比越来越高。在低价格的单片机中,出现了各种高速单片机。在传统的51系列单片机中,机器周期是时钟周期的12倍,而在高速单片机中,机器周期等于时钟周期。指令与传统的51系列单片机兼容,指令执行周期是传统的51系列单片机的812倍。利用高速单片机的这种特性,结合PCA可编程计数器阵列,可以用软件实现多串

2、口扩展。一.用软件实现串口的原理在异步串行通讯中,数据以字符为单位组成字符帧进行传送。字符帧一般总是以逻辑0作为起始位开始,接着是从低到高的数据位,然后是可选的效验位,最后以逻辑1作为结束位。字符帧的每一位都是按照波特率指定的时间长度来发送和接收的。利用单片机内部PCA 可编程计数器,可以按照波特率指定的时间长度,利用软件来逐位完成异步传行通讯的收发。实现数据发送比较简单,将一路PCA模块设置为定时器,按照波特率指定的位时间间隔产生中断,并在中断中逐位输出字符帧就可以了。实现数据接收相对要复杂一些,先将一路PCA模块启始设置为下降沿触发捕获方式,当串行数据启始位的下降沿到来时,中断触发PCA模

3、块捕获当前计数值(起始时刻。同时,设置PCA模块为定时器,并将捕获的时刻加1.4个位的时间。这样,在下数据位到来时(数据位的接近中间时刻,PCA模块定时器正好会产生中断,此时判断接收串行数据。之后将PCA模块定时值每次加1个位的时间,当字符帧的所有数据位接收完毕后,设置PCA模块为下降沿触发捕获方式,等待下一字符帧的到来。二.多串口扩展的程序分析以STC12C5410AD高速单片机为例,用软件实现多串口扩展。STC12C5410AD是1T机器周期的高速单片机,工作频率可达35MHz,具备10K片内FLASH程序存储器,512字节片内RAM数据存储器和2K片内FLASH数据存储器。片上功能强大,

4、包含23个四种模式可配置的I/O口和8通道10位ADC以及硬件看门狗等。另外,片内有4通道PCA单元,可以灵活编程,实现定时器、计数器、PWM调制器、外部中断等等。本文的程序中利用4通道PCA单元的2个单元作一路串口的数据接受和发送,另2个单元作另一路串口的数据接受和发送,这样单片机就具备了3个全双工串口,并且各串口的波特率是可以独立设置的。串口扩展的程序实现包含以下几部分:1.计算和确立时间常数首先确定单片机的时钟频率:采用14.7456MHz晶体振荡器,这样能够比较准确得产生常用的波特率。#define CON_OSC 14745600 /* 振荡频率(1T超高速外部14.7456MHz

5、*/ STC12C5410AD普通标准的串口可以利用定时器T1作为波特率发生器,T1的时钟可以与普通的51单片机兼容(系统时钟12分频,也可以采用单时钟周期(可以获得更高的波特率。标准串口设置为波特率不加倍的9600BPS(采用单时钟周期。#define U0_BPS 256 - (CON_OSC/1/32/9600 /* 9600BPS时间常数(T1x12=1 */ STC12C5410AD的PCA可编程计数器阵列时钟也是可选择的,我们采用系统时钟的12分频就可以了。扩展串口1设置为9600波特率,扩展串口2设置为4800波特率。#define U1_BPS1 CON_OSC/12/9600

6、 /* 9600BPS的1bit时间*/#define U1_BPS2 CON_OSC*7/60/9600 /* 9600BPS的1.4bit时间*/#define U2_BPS1 CON_OSC/12/4800 /* 4800BPS的1bit时间*/#define U2_BPS2 CON_OSC*7/60/4800 /* 4800BPS的1.4bit时间*/2.定义变量扩展串口1用PCA0作数据接收PCA1作数据发送,扩展串口2用PCA2作数据接收PCA3作数据发送。sbit P_U1R = P37; /* UART1数据接收端口*/sbit P_U1T = P35; /* UART1数据发

7、送端口*/sbit P_U2R = P20; /* UART2数据接收端口*/sbit P_U2T = P24; /* UART2数据发送端口*/在全双工的方式下,串口的数据接收和数据发送必须定义有独立的数据缓冲和数据标志:bit u1r_f=0; /* UART1接收标志*/uchar u1r_c; /* UART1接收数据*/bit u1t_f=0; /* UART1发送标志*/uchar u1t_c; /* UART1发送数据*/bit u2r_f=0; /* UART2接收标志*/uchar u2r_c; /* UART2接收数据*/bit u2t_f=0; /* UART2发送标志*

8、/uchar u2t_c; /* UART2发送数据*/由于是用软件实现串口通讯,还需定义在程序使用的临时变量: union ut_i2c ccap_hl; /* PCA计算使用*/uchar u1r_n; /* UART1接收位数*/uchar u1r_t; /* UART1接收暂存*/bit u1t_b=0; /* UART1发送开始标志*/uchar u1t_n; /* UART1发送位数*/uchar u1t_t; /* UART1发送暂存*/uchar u2r_n; /* UART2接收位数*/uchar u2r_t; /* UART2接收暂存*/bit u2t_b=0; /* UA

9、RT2发送开始标志*/uchar u2t_n; /* UART2发送位数*/uchar u2t_t; /* UART2发送暂存*/3.初始化在初始化程序中,除了对普通UART初始设置外,还要完成对PCA可编程计数器阵列的设置:AUXR=0x40; /* T1x12=1:T1时钟源采用单时钟周期(是传统51单片机的12倍 */ PCON=0x00; /* 波特率不加倍*/TMOD=0x25; /* 置定时器1工作方式2,计数器0工作方式1 */SCON=0x50; /* 置串口工作方式1(T1用作串口波特率发生 */TH1=U0_BPS; /* 波特率时间常数*/TL1=U0_BPS;TR1=1

10、; /* 启动定时器1 */CMOD=0x81; /* PCA时钟源1/12f,PCA溢出中断使能*/CCAPM0 = 0x11; /* PCA0用作UART1接收:16位捕获模式,CEXn下降沿触发*/ CCAPM1 = 0x49; /* PCA1用作UART1发送:16位软件定时器*/CCAPM2 = 0x11; /* PCA2用作UART2接收:16位捕获模式,CEXn下降沿触发*/ CCAPM3 = 0x49; /* PCA3用作UART2发送:16位软件定时器*/EPCA_LVD=1; /* 开EPCA_LVD中断*/CCON=0x40; /* PCA启动运行*/4.中断处理程序设计

11、:对于数据发送,以UART1为例,程序及说明如下:if(CCF1 /* 如果是PCA1中断(UART1数据发送 */ CCF1=0; /* 清中断标志*/if(u1t_f /* 如果要发送数据*/ if(u1t_b=0/* 还没有开始发送*/ P_U1T=0; /* 起始位为0 */u1t_t=u1t_c; /* 要发送的数据*/u1t_n=10; /* 共10个位*/u1t_b=1; /* 设置已经开始发送标志*/else /* 已经开始发送*/ u1t_n-; /* 剩余位数减1 */if(u1t_n>1 /* 是数据位*/ if(u1t_t&0x01 P_U1T=1; /*

12、 当前数据位是1 */else P_U1T=0; /* 当前数据位是0 */u1t_t>>=1; /* 传口数据是低位先的:数据右移*/else P_U1T=1; /* 终止位1 */if(u1t_n=0 /* 发送完毕*/ u1t_b=0; /* 清已经开始发送标志*/u1t_f=0; /* 发送完毕,清发送标志*/CCAPM1=0; /* 先暂停PCA0 */ccap_hl.c0=CCAP1H; /* 本次定时值*/ccap_hl.c1=CCAP1L;ccap_hl.i += U1_BPS1; /* 加1个位时间发送下1位*/CCAP1L = ccap_hl.c1; /* 下次

13、定时值*/CCAP1H = ccap_hl.c0;CCAPM1 = 0x49; /* PCA1用作发送:16位软件定时器*/对于数据接收,以UART1为例,程序及说明如下:if(CCF0 /* 如果是PCA0中断(UART1数据接收 */ CCF0=0; /* 清中断标志*/if(CCAPM0=0x11 /* 如果PCA0是捕获模式:下降沿数据接收开始*/ CCAPM0=0; /* 先暂停PCA0 */ccap_hl.c0=CCAP0H; /* 捕获值*/ccap_hl.c1=CCAP0L;ccap_hl.i += CON_BPS2; /* 加1.4个位时间开始接收*/CCAP0L = cca

14、p_hl.c1; /* 作为定时值*/CCAP0H = ccap_hl.c0;CCAPM0=0x49; /* PCA0用作数据接收:16位软件定时器*/u1r_n=9; /* 接收8个数据位和1个停止位*/else /* PCA0是定时器模式:已经开始接收数据*/ u1r_n-; /* 剩余位数减1 */if(u1r_n /* 是数据位*/ u1r_t>>=1; /* 传口数据是低位先的:数据右移*/if(P_U1R u1r_t |= 0x80; /* 当前数据位是1 */else u1r_t &= 0x7f; /* 当前数据位是0 */CCAPM0=0; /* 先暂停PC

15、A0 */ccap_hl.c0=CCAP0H; /* 本次定时值*/ccap_hl.c1=CCAP0L;ccap_hl.i += CON_BPS1; /* 加1个位时间接收下1位*/CCAP0L = ccap_hl.c1; /* 下次定时值*/CCAP0H = ccap_hl.c0;CCAPM0=0x49; /* PCA0用作接收:16位软件定时器*/else /* 是停止位*/ u1r_c=u1r_t; /* 接收到的数据存入接收缓冲区*/u1r_f=1; /* 接收到数据标志*/CCAPM0 = 0x11; /* 恢复PCA0用作接收:16位捕获模式,CEXn下降沿触发,开中断*/5.扩展

16、串口的使用,演示程序:演示程序为每个串口设置独立的数据缓冲区和数据启始、终止指针,模拟32字节的FIFO缓冲:uchar xdata buf032;uchar xdata buf132;uchar xdata buf232;uchar tit0=0;uchar end0=0;uchar tit1=0;uchar end1=0;uchar tit2=0;uchar end2=0;程序实现在三个串口之间的数据互通,即:每个串口收到的数据都同时转发到另两个串口:while(1 if(end0!=tit0&&TI /* UART0发送缓冲有数据*/ SBUF=buf0end0; /*

17、UART0发送数据*/TI=0; /* UART0数据发送标志*/end0+; /* UART0数据FIFO止指针加1 */end0&=0x1f; /* FIFO缓冲最大32字节*/if(end1!=tit1&&(u1t_f=0 /* UART1发送缓冲有数据*/ u1t_c=buf1end1; /* UART1发送数据*/u1t_f=1; /* 置UART1数据发送标志*/end1+; /* UART1数据FIFO止指针加1 */end1&=0x1f; /* FIFO缓冲最大32字节*/if(end2!=tit2&&(u2t_f=0 /* UA

18、RT2发送缓冲有数据*/ u2t_c=buf2end2; /* UART2发送数据*/u2t_f=1; /* 置UART2数据发送标志*/end2+; /* UART2数据FIFO止指针加1 */end2&=0x1f; /* FIFO缓冲最大32字节*/if(RI /* UART0收到数据*/ buf1tit1=SBUF; /* 存入UART1的发送缓冲*/buf2tit2=buf1tit1; /* 存入UART2的发送缓冲*/tit1+; /* UART1数据FIFO起指针加1 */tit1&=0x1f; /* FIFO缓冲最大32字节*/tit2+; /* UART2数据F

19、IFO起指针加1 */tit2&=0x1f; /* FIFO缓冲最大32字节*/RI=0; /* 清 UART0 数据接收标志 */ if(u1r_f /* UART1 收到数据 */ buf0tit0=u1r_c; /* 存入 UART0 的发送缓冲 */ buf2tit2=u1r_c; /* 存入 UART2 的发送缓冲 */ tit0+; /* UART0 数据 FIFO 起指针加 1 */ tit0&=0x1f; /* FIFO 缓冲最大 32 字节 */ tit2+; /* UART2 数据 FIFO 起指针加 1 */ tit2&=0x1f; /* FIFO 缓冲最大 32 字节 */ u1r_f=0; /* 清 UART1 数据接收标志 */ if(u2r_f /* UART2 收到数据 */ buf0tit0=u2r_c; /* 存入 UART0 的发送缓冲 */ buf1tit1=u2r_c; /* 存入 UART1 的发送缓冲 */ tit0+; /* UART0 数据 FIFO 起指针加 1 */ tit0&=0x1f; /* FIFO 缓冲最大 32 字节 */ tit1+; /* UART1 数据 FIFO 起指针加 1 */ tit1&