摘  要：本文介紹了Microchip公司推出的PIC18FXX8單片機通用同步異步收發(fā)器USART（串行通信接口）的相關內容，給出了單片機該模塊的接口電路和C語言應用編程。

0 引言

    PIC18Fxx8單片機是美國微芯公司推出的16位RISC指令集的高級產品，由于芯片內含有A/D、內部E2PROM存儲器、I2C和SPI接口、CAN接口、同步／異步串行通信（USART）接口等強大的功能，具有很好的應用前景。但是，目前介紹其應用和以C語言編程的中文參考資料很少。本文將探討該型單片機異步串行通信的編程應用，程序用HI-TECH PICC-18 C語言編寫，并在重慶大學-美國微芯公司PIC單片機實驗室的PIC18F458實驗板上通過。

    1 PIC18FXX8單片機同步/異步收發(fā)器（USART）

    通用同步/異步收發(fā)器（USART）模塊是由PIC18FXX8內的三個串行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、半雙工同步從動方式三種工作方式。

    TXSTA是PIC18FXX8單片機串行通信發(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采用標準的不歸零（NRZ）格式（1位起始位、8位或9位數據位和一位停止位），最常用的數據位是8位。片內提供的8位波特率發(fā)生器BRG可用來自振蕩器時鐘信號產生標準的波特率頻率。通過對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8位的波特率發(fā)生器（BRG），這個BRG支持USRAT的同步方式和異步方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的8位定時器的周期。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（內部時鐘）不同USART工作方式時的波特率計算式。

表1  主控方式下的波特率計算式

    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）通過設定的通信波特率配置SPBRG寄存器，計算公式參見表1；
  （5）設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)送中斷標志；
  （7）設置串行通信接收中斷或發(fā)送中斷的優(yōu)先級是高或低優(yōu)先級中斷方式，PIC18單片機默認情況下是高優(yōu)先級中斷，若是低優(yōu)先級中斷，則必須進行設置；
   （8）設置串行通信接收和發(fā)送數據是否允許。

     若用到了中斷功能，還需設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機配置的串行口，可以很方便地實現PC機與PIC18單片機的串行數據通信。PC機與PIC單片機USART連接最簡單的是三線方式。由于PIC單片機輸入、輸出電平為TTL電平，而RS-232C PC機配置的是RS-232C標準串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC機與微控制器的串行數據通信，必須進行電平轉換。圖1為PIC18F458單片機的RS-232電平轉換電路。圖中MAX232（或MAX202）將PIC18單片機TX輸出的TTL電平信號轉換為RS-232C電平，輸入到PC機，并將PC機輸出的RS232C電平信號轉換為TTL電平輸出到PIC微控制器的RX引腳。J9和PC機的連接方式見RS-232標準，與單片機相接的D型頭（J9）的2腳（PIC接收信號）與接PC機D型頭的3腳（PC機發(fā)送信號）相連，與單片機相接的D型頭（J9）的3腳（PIC發(fā)送信號）與接PC機D型頭的2腳（PC機接收信號）相連，二者的5腳與5腳相連（地相連）。PC機串口數據的發(fā)送和接收顯示均可采用各種串口調試軟件，我們使用的是串口調試助手V2.2（或V2.1、V2.0均可），在網上可以下載該調試軟件，該軟件操作簡單，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，在實際應用中，一般不采用查詢接收數據，常用的是中斷接收數據。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據，發(fā)送數據采用中斷方式還是非中斷方式可以在程序中通過對發(fā)送方式標志Send_Mode（不為0,中斷方式發(fā)送;=0,非中斷方式發(fā)送）進行設置實現。

    在PIC單片機發(fā)送數據時，發(fā)送中斷標志TXIF不能用軟件清0，只有當新的發(fā)送數據送入發(fā)送數據寄存器TXREG后，TXIF位才能被硬件復位，因此在程序中清該標志是無效的。采用中斷發(fā)送數據的方法是：在主程序中啟動發(fā)送一串數據的第一個數據，然后利用發(fā)送完成中斷啟動下一個數據發(fā)送，當一串數據發(fā)送后，不再發(fā)送數據，但有發(fā)送完成中斷標志，程序還要進入一次中斷，這最后一次中斷對數據發(fā)送是無用的，必須將該標志清0，采用的方法是禁止發(fā)送使能（TXEN＝0）而引起發(fā)送被終止或對發(fā)送器復位。

    下面是一個用串行通信進行接收和發(fā)送數據的例程，程序實現功能：PIC18單片機接收到PC機下發(fā)的8個數據后，將收到的8個數據以中斷或非中斷發(fā)送方式返送回PC機。

#include "pic18.h"    /* PIC18系列的頭文件 */
unsigned char receive232[8];  /* 接收數據數組 */
unsigned char send232[8];  /* 發(fā)送數據數組 */
unsigned char receive_count=0; /* 接收數據個數計數 */
unsigned char send_count=0;  /* 發(fā)送數據個數計數 */
unsigned char *pointer;   /* 發(fā)送數據指針 */
unsigned char i;    /* 程序中用到的循環(huán)變量 */
unsigned char SciReceiveFlag; /* =1,接收到8個數據 */
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位數據 */
 RCSTA=0x80;    /* 允許串行口工作使能 */
 TRISC=TRISC|0X80;  /* :將RC7(RX)設置為輸入方式 */
 TRISC=TRISC&0Xbf;  /* RC6(TX)設置為輸出 */
 SPBRG=25;    /* 4M晶振且波特率為9600時,SPBRG設置值為25 */
 PIR1=0x00;    /* 清中斷標志 */
 PIE1=PIE1|0x20;   /* 允許串行通訊接口接收中斷使能 */
 RCIP=0;     /* 設置SCI接收中斷為低優(yōu)先級中斷  */
 CREN=1;     /* 允許串口連續(xù)接收數據 */
 if(0==Send_Mode) TXEN=1; /* Send_Mode=0,非中斷方式發(fā)送,串口發(fā)送數據使能 */
 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)先級中斷 */
 }
}

void interrupt low_priority LOW_ISR()  /* 低優(yōu)先級中斷子程序 */
{
 if(RCIF==1)       /* RS232接收中斷 */
 {
  RCIF=0;       /* 清中斷標志 */
  receive232[receive_count]=RCREG; /* 接收數據并存儲 */
  send232[receive_count]=RCREG;      /* 接收數據存放到發(fā)送緩沖數組 */
  receive_count++;     /* 接收計數器加1 */
  if(receive_count>7)     /* 如果已經接收到8個數據 */
  {
   receive_count=0;    /* 接收計數器清0 */
   SciReceiveFlag=1;    /* 置接收到8個數據標志 */
  }
 }
 else if((0!=Send_Mode)&&(TXIF==1))  /* 中斷發(fā)送數據方式且為發(fā)送中斷 */ 
 {
  if(send_count>7)     /* 已經發(fā)送完8個數 */
  {
   TXEN=0;      /* 發(fā)送不使能 */
   return;
  }
  else
  {
   send_count++;     /* 發(fā)送計數器加1 */
   TXREG=*pointer++;   /* 發(fā)送當前應發(fā)送數據，發(fā)送指針加1 */
  }
 }
}

main()                                /* 主程序 */
{
 INTCON=0x00;      /* 關總中斷 */
 ADCON1=0X07;      /* 設置數字輸入輸出口，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)送數據;
Send_Mode =0,非中斷方式發(fā)送數據 */
 sciinitial();       /* 串行通訊初始化子程序 */
 IPEN=1;        /* 使能中斷高低優(yōu)先級 */
 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個通信數據 */
  {
   SciReceiveFlag=0;    /* 清接收到8個通信數據標志 */
   if(0!=Send_Mode)       /* Send_Mode不為0,中斷方式發(fā)送 */
   {
    send_count=0;    /* 發(fā)送數據計數清0 */
    pointer=&send232[0];  /* 發(fā)送指針指向發(fā)送數據數組首地址 */
    TXREG=*pointer++;  /* 發(fā)送第一個數據后，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)送數據 */
   {
    pointer=&send232[0];  /* 發(fā)送指針指向發(fā)送數據數組首地址 */
    for(i=0;i<8;i++)
    {
     TXREG=*pointer++; /* 發(fā)送數據后，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
［1］ Microchip Technology Inc. PIC18FXX8 Data Sheet.2003.