基于μPD78045F单片机的软件UART

       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

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   sp;  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。

        结语

        本文介绍的软件UART实现方法，已在项目中实际应用，达到功能要求，工作稳定可靠。从以上方案可以看出，本方法的最高波特率可达38400，每一帧的格式可灵活改变，其中数据位长度和发送顺序均没有限制，可根据需要发送数十位的数据位。

        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。
   
参考文献：
1.        NEC Corporation，‘μPD78045F SUBSERIES USER'S MANUAL’，1996