與計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì)

1、與計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日是時(shí)間上還需要額外的開(kāi)銷。而串行通信的突出的優(yōu)點(diǎn)是僅僅需要數(shù)量很少的傳輸線，特別適合遠(yuǎn)距離傳輸。此外，對(duì)于PIC單片機(jī)而言，串行通信的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，需要占用的引腳的資源較少。 PIC16F87X單片機(jī)內(nèi)部集成了兩個(gè)類型不同的串行通信模塊，即通用同步/異步收發(fā)器USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter）模塊和主控同步串行端口MSSP（Master Synchronous Serial Port）模塊。前者的主要應(yīng)用目標(biāo)是系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)距離串行

2、通信，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用歷史比較久遠(yuǎn)。而后者的主要應(yīng)用目標(biāo)是系統(tǒng)內(nèi)部近距離的串行擴(kuò)展。 串行通信的實(shí)現(xiàn)，在制式、種類、形式、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、編碼、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、幀結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)方式、調(diào)制方式等方面，存在著多種類型、變化、選擇和解決方案。例如，Philips公司發(fā)明的I2C總線，Intel等公司提出的SMBUS總線，F(xiàn)reescale公司首先應(yīng)用的SPI接口，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NSC）公司首先應(yīng)用的MicroWire接口，達(dá)拉斯公司推出的1-Wire總線，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)RS-232、RS433、RS-485接口，Intel等公司提出的USB總線，蘋(píng)果公司提出的IEEE-1394總線，博世公司提出的

3、CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線基金推出的FF總線，Motorola公司聯(lián)合東芝公司共同開(kāi)發(fā)的LONworks總線等，都是用來(lái)實(shí)現(xiàn)與串行通信功能相關(guān)的技術(shù)和規(guī)范。 第2頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日8.1 標(biāo)準(zhǔn)串行接口RS-232C接續(xù) 串行通信是指單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線，數(shù)據(jù)在一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定地時(shí)間長(zhǎng)度，串行通信的特點(diǎn)是使用的數(shù)據(jù)線少，其傳輸?shù)乃俣缺容^慢。串行通信的優(yōu)點(diǎn)也正體現(xiàn)在遠(yuǎn)程通信和上下位機(jī)通信中，隨著新的串行數(shù)據(jù)協(xié)議的誕生，速度和距離都有了較大提高。 一個(gè)完整的串行通信系統(tǒng)如圖8.1所示，該通信系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)

4、終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）。 1數(shù)據(jù)通信設(shè)備DTE：DTE是產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)的數(shù)據(jù)源，也是接收信息的目的，是由數(shù)據(jù)發(fā)送器或接收器或兼具兩者組成的設(shè)備，它可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 2數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE：DCE是一個(gè)使傳輸信號(hào)符合線路要求，或者滿足DTE要求的信號(hào)匹配器，它是提供數(shù)據(jù)終端設(shè)備與通信線路之間通信的建立、維持和終止連接等功能的設(shè)備，同時(shí)執(zhí)行信號(hào)變換與編碼，它可以是一個(gè)MODEM。第3頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日?qǐng)D8.1 串行通信系統(tǒng) 在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串行通信來(lái)交換數(shù)據(jù)和信息。1969年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）

5、公布了RS-232C作為串行通信接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）間按位串行傳輸?shù)慕涌谛畔?，合理安排了接口的電氣信?hào)和機(jī)械要求，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。但它采用單端驅(qū)動(dòng)非差分接收電路，因而存在著傳輸距離不太遠(yuǎn)（最大傳輸距離15m）和傳送速率不太高（最大位速率為20Kb/s）的問(wèn)題。遠(yuǎn)距離串行通信必須使用Modem，增加了成本。在分布式控制系統(tǒng)和工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)中，傳輸距離常介于近距離（20m）和遠(yuǎn)距離（2km）之間的情況，這時(shí)RS-232C（25腳連接器）不能采用，用Modem又不經(jīng)濟(jì)，因而需要制定新的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。第4頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5

6、月20日，1點(diǎn)2分，星期日 1977年EIA制定了RS-449。它除了保留與RS-232C兼容的特點(diǎn)外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離及改進(jìn)電氣特性等方面作了很大努力，并增加了10個(gè)控制信號(hào)。與RS-449同時(shí)推出的還有RS-422和RS-423，它們是RS-449的標(biāo)準(zhǔn)子集。另外，還有RS-485，它是RS-422的變形。RS-422、RS-423是全雙工的，而RS-485是半雙工的。 RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用平衡驅(qū)動(dòng)差分接收電路，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率（最大位速率為10Mb/s），增加了傳輸距離（最大傳輸距離1200m）。 RS-423標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用單端驅(qū)動(dòng)差分接收電路，其電氣性能與RS-232

7、C幾乎相同，并設(shè)計(jì)成可連接RS-232C和RS-422。它一端可與RS-422連接，另一端則可與RS-232C連接，提供了一種從舊技術(shù)到新技術(shù)過(guò)渡的手段。同時(shí)又提高位速率（最大為300Kb/s）和傳輸距離（最大為600m）。 RS-485為半雙工的，當(dāng)用于多站互連時(shí)可節(jié)省信號(hào)線，便于高速、遠(yuǎn)距離傳送。許多智能儀器設(shè)備均配有RS-485總線接口，將它們聯(lián)網(wǎng)也十分方便。串行通信由于接線少、成本低，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)品也多種多樣。8.1.1 RS-232C接口規(guī)格 RS-232C其中RS是Recommended Standard的縮寫(xiě)，代表標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)符，C代表RS-2

8、32的最新一次修改（1969年），在這之前，有過(guò)RS-232A、RS-232B標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的串行通信端口（RS-232）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，目前計(jì)算機(jī)上一般都12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道COM1和COM2。第5頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日1RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性 EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了明確規(guī)定。在TXD和RXD引腳上電平定義：邏輯1（MARK） -3V-15V；邏輯0（SPACE） 315V 在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制

9、線上電平定義：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）+3V+15V；信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V 對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”的傳輸?shù)碾娖綖?3V-15V，邏輯“0”傳輸?shù)碾娖綖?3V+15V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平為+3V+15V，斷開(kāi)狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無(wú)效的電平為-3V-15V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V 時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)；而介于-3+3V之間的電壓即處于模糊區(qū)電位，此部分電壓將使得計(jì)算機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確判斷傳輸信號(hào)的意義，可能會(huì)得到0，也可能會(huì)得到1，如此得到的結(jié)果是不可信的，在通信時(shí)候體現(xiàn)的是會(huì)出現(xiàn)大量誤碼，造成通信失敗。因此，實(shí)

10、際工作時(shí)，應(yīng)保證傳輸?shù)碾娖皆冢?15）V 之間。 目前，大部分計(jì)算機(jī)的RS-232C通信接口都使用了DB9連接器，主板的接口連接器有9根針輸出，也有些比較舊的計(jì)算機(jī)使用DB25連接器輸出，表8.1為RS-232C串口引腳定義表。第6頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日表8.1 RS-232C串口引腳定義表第7頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 RS-232C 規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不同的，例如RS-232的邏輯“1”是以-3-15V來(lái)表示的，而單片機(jī)的邏輯“1”是以+5V來(lái)表示的，兩者完全不同。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的RS-23

11、2接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的RS-232C電平，或者把計(jì)算機(jī)的RS-232C電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的TTL電平，通信時(shí)必須對(duì)兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MC1488、MC1489、MAX232等電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)EIA到TTL電平的轉(zhuǎn)換。下面介紹MAXIM公司的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232及接口電路。 如圖8.2中所示，MAX232是單電源雙RS-232發(fā)送/接收芯片，采用單電源（+5V）供電，外接只需4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信接口，硬件接

12、口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用。 圖8.2 MAX232實(shí)物及芯片引腳排列第8頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日8.1.2 接續(xù)方法 單片機(jī)和計(jì)算機(jī)RS-232接口電路如圖8.3所示，圖中的C1、C2、C3、C4是電荷泵升壓及電壓反轉(zhuǎn)部分電路，產(chǎn)生V+、V-電源供EIA電平轉(zhuǎn)換使用，C5是VCC對(duì)地去耦電容，其值為0.1UF，電容C1C5安裝時(shí)必須盡量靠近MAX232芯片引腳，以提高抗干擾能力。 圖8.3 采用MAX232CPE 芯片的PC機(jī)與單片機(jī)串行通信接口電路第9頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 圖8. 4是一個(gè)采用分立元件構(gòu)成的簡(jiǎn)易R(shí)S-232串行通信

13、接口電路，使用三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，由于簡(jiǎn)單的通信，對(duì)于通信穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，不建議使用分立元件，因?yàn)榉至⒃娐返姆€(wěn)定性，誤碼率較高，不能完全滿足RS-232C的全部技術(shù)指標(biāo)。分立元件組成的電路優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，部分網(wǎng)站上介紹的產(chǎn)品就分立元件構(gòu)成。圖8. 4 采用分立元件的簡(jiǎn)易R(shí)S-232C通信接口電路第10頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日8.1.3 PIC串行通信設(shè)計(jì)實(shí)例 當(dāng) PIC單片機(jī)不具備片上硬件 USART或者USART不夠用時(shí)，可以利用軟件模擬實(shí)現(xiàn)異步串行通信。Microchip公司推出的 PIC系列單片機(jī)PIC16C711具有運(yùn)行速度快、低功耗、價(jià)格低、體

14、積小等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)椋痪邆溆布?USART時(shí)需要用一般 I/O口來(lái)模擬串行口。1串行接口硬件電路 如圖 8. 5所示，RB0為接收腳，RB5為發(fā)送腳。RB0除作為一般 I/O引腳外，還可以作為外部中斷輸入引腳，引起中斷的方式分為上跳沿和下跳沿兩種方式。設(shè)置下跳沿引起中斷。當(dāng)起始位到來(lái)時(shí)，RB0上出現(xiàn)下跳沿，引起中斷，如果不是干擾信號(hào)則開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。 RS- 485標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速率高、傳送距離遠(yuǎn)。它規(guī)定了雙端（平衡式）電氣接口特性。當(dāng)單片機(jī)與具有 RS-485接口的PC機(jī)通信時(shí)，需要進(jìn)行信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換。從單片機(jī)發(fā)送到 PC機(jī)的信號(hào)首先轉(zhuǎn)換成平衡信號(hào)，再送往 PC機(jī)。從PC機(jī)發(fā)送到

15、單片機(jī)的信號(hào)先轉(zhuǎn)換成非平衡信號(hào)，再輸入單片機(jī)。信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換工作由RS-485接口芯片 SN75176完成。SN75176差分總線收發(fā)器工作在半雙工方式，當(dāng)工作于發(fā)送方式時(shí)，發(fā)送使能引腳DE為高電平，接收使能引腳RE也為高電平。當(dāng)工作于接收方式時(shí)，發(fā)送使能引腳 DE為低電平，接收使能引腳RE也為低電平。這樣，可以將 DE與RE連接在一起，由 RB6引腳輸出控制信號(hào)，控制 SN75176的發(fā)送和接收使能。為了減少線路上信號(hào)的反射，需要匹配線路的特性阻抗。由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在 RS- 485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只 120的匹配電阻，R1為單片

16、機(jī)一側(cè)的匹配電阻。由于 RS485芯片的特性，接收器的靈敏度為 200mV，即差分輸入端 VA-VB200mV時(shí)，輸出邏輯“1”；VA- VB-200 mV時(shí)，輸出邏輯“0”。當(dāng)VA-VB200 mV時(shí)，輸出不確定。因此，當(dāng) A、B無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，可能造成接收引腳R上出現(xiàn)低電平，這會(huì)誤認(rèn)為通信幀起始位到來(lái)而引起工作不正常。第11頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日為了避免這種情況發(fā)生，可以人工的讓 A端電位高于 B端電位，使 R引腳在RS485總線不發(fā)送期間呈現(xiàn)唯一的高電平，單片機(jī)不會(huì)被誤中斷而接收到亂字符。通過(guò)在 A、B接上拉、下拉電阻 R3、R2可解決這個(gè)問(wèn)題。 圖 8.

17、5PIC16C711與 PC機(jī)之間的接口電路2單片機(jī)通信程序框圖 PIC單片機(jī)與 PC機(jī)之間的通信方式為半雙工方式。一幀數(shù)據(jù)包括一位起始位、8位數(shù)據(jù)位、一位停止位和無(wú)奇偶校驗(yàn)位。設(shè)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的波特率為9600 b/s，則每一位占用的時(shí)間td為19600s，約為104s。單片機(jī)晶振頻率為 4MHz，單片機(jī)執(zhí)行一條指令耗費(fèi)時(shí)間 1s。 單片機(jī)接收數(shù)據(jù)程序框圖 PIC16C711單片機(jī)的 RB0引腳具備外部引腳跳變沿中斷功能，向 RB0引腳送一個(gè)上跳沿或下跳沿信號(hào)，則 INTCON寄存器的外部引腳跳變沿中斷標(biāo)志位 INTF被置 1。如果總中斷和外部引腳跳變沿中斷都使能，并且此時(shí)單片機(jī)沒(méi)有執(zhí)行其他

18、中斷服務(wù)子程序，程序進(jìn)入 INT中斷服務(wù)子程序。根據(jù)異步串行通信的特點(diǎn)，通信線路空閑時(shí)單片機(jī)接收的是第12頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日高電平，起始位到來(lái)時(shí)單片機(jī)接收到低電平，因此空閑位和起始位之間是一個(gè)下跳沿。單片機(jī)接收到下跳沿即起始位后，馬上進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，準(zhǔn)備接收一幀數(shù)據(jù)。因此在主程序中設(shè)置由下跳沿引起外部引腳跳變沿中斷。下面將主要分析接收子程序即中斷服務(wù)子程序。單片機(jī)接收數(shù)據(jù)程序框圖如圖8. 6所示。 進(jìn)入中斷服務(wù)子程序后，首先保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，然后檢測(cè)起始位是否是“真的”。由于可能存在的各種干擾，PIC單片機(jī)有可能接收到的干擾信號(hào)正好是一個(gè)下跳沿，而實(shí)際上此時(shí)

19、根本沒(méi)有數(shù)據(jù)到來(lái)，從而造成誤接收數(shù)據(jù)。因此檢測(cè)起始位的真實(shí)性是有必要的。采取的方法是在52s（起始位的中點(diǎn)）后，檢測(cè)一次 RB0上的信號(hào)。程序框圖中是延時(shí)47s后檢測(cè) RB0上的信號(hào)，原因是保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)的幾條指令要耗費(fèi)幾個(gè)s。如果是低電平，則起始位是“真的”，否則為干擾信號(hào)，單片機(jī)清 INTF標(biāo)志位，然后退出中斷服務(wù)子程序，回到主程序。若起始位是“真的”，則準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)規(guī)定數(shù)據(jù)位為 8位，故首先設(shè)置接收計(jì)數(shù)器R_CNT內(nèi)容為 8。然后將 STATUS寄存器中的 C位清零，并右移接收數(shù)據(jù)寄存器RCV_R。C的內(nèi)容即 0移入 RCV_R最高位，接下來(lái)接收數(shù)據(jù)位。為盡量保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)該在

20、每位數(shù)據(jù)的中點(diǎn)檢測(cè)該位數(shù)據(jù)。因此，檢測(cè)第一位數(shù)據(jù)的時(shí)刻距離檢測(cè)起始位的時(shí)刻應(yīng)該是一位數(shù)據(jù)所占的時(shí)間即 104s，此后的每一位數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)刻之間也是如此。此時(shí)又要用到延時(shí)程序。因?yàn)槊績(jī)纱螜z測(cè)時(shí)刻之間除了延時(shí)之外，指令 （C清零、右移等指令）還要占用時(shí)間，這些指令占用 56s，因此，為了盡量保證在每一位的中心位置檢測(cè)數(shù)據(jù)，延時(shí)時(shí)間定為 98s。如果檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)位為1，則置 RCV_R最高位為 1。如果數(shù)據(jù)位為 0，則不必改變最高位，因?yàn)?C為 0且已經(jīng)移入 RCV_R的最高位。然后，將接收計(jì)數(shù)器內(nèi)容減 1。8位數(shù)據(jù)接收完畢后，清 INTF標(biāo)志。最后，退出中斷服務(wù)子程序。至此，8位數(shù)據(jù)接收全部存放于

21、 RCV_R中。 第13頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序框圖 用RB5引腳作為發(fā)送引腳，單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序框圖如圖8. 7所示。當(dāng)有數(shù)據(jù)要從單片機(jī)發(fā)往PC機(jī)時(shí)，單片機(jī)調(diào)用發(fā)送子程序。在發(fā)送子程序中，首先設(shè)置發(fā)送計(jì)數(shù)器內(nèi)容為 8，然后發(fā)送起始位，起始位應(yīng)持續(xù) 104s。因此要調(diào)用延時(shí)子程序，延時(shí)子程序執(zhí)行完后，RB5上的信號(hào)并未立刻變成第一位數(shù)據(jù)的值，這是因?yàn)檫€要執(zhí)行幾條指令，如右移 TRS_R、置位等 RB5上的信號(hào)才會(huì)變化。假設(shè)延時(shí) 104s，那么加上幾條指令的執(zhí)行時(shí)間，起始位就比 104s寬了。因此，延時(shí)子程序少于 104s，根據(jù)具體的程序定為 9

22、7s。然后，右移發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 TRS_R，將其最低位即要發(fā)送的數(shù)據(jù)位移入 C中，再根據(jù) C中的內(nèi)容將RB5清零或置 1，然后將發(fā)送計(jì)數(shù)器內(nèi)容減 1，并判斷其是否為 0。若為 1，則說(shuō)明未發(fā)送完畢，繼續(xù)發(fā)送;否則，發(fā)送停止位。最后，退出發(fā)送子程序。 第14頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日?qǐng)D 8.6單片機(jī)接收數(shù)據(jù)程序框圖 圖 8.7單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序框圖第15頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日8.2 PIC的USART應(yīng)用 8.2.1 PIC16F877非同步通信功能（USART接口） 通用同步/異步接收發(fā)送模塊（USART）是兩個(gè)串行通信接口之一，US

23、ART又稱為SCI（Serial Communication Interface）。USART可以設(shè)置為全雙工異步串行通信系統(tǒng)，這種方式可以與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC或串行接口CRT等外圍設(shè)備進(jìn)行串行通信。也可以設(shè)置為半雙工異步串行通信系統(tǒng)，與串行接口的A/D或D/A集成電路、串行EEPROM等器件連接。 USART是二線制串行通信接口，它可以被定義如下三種工作方式：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。為了把RC6和RC7分別設(shè)置成串行通信接口的發(fā)送/時(shí)鐘（TX/CK）線和接收/數(shù)據(jù)（TX/DT）線，必須首先把SPEN位（TCSTAT的RD7）和方向寄存器TRISC的D7：D6置1。

24、 USART功能模塊含有兩個(gè)8位可讀/寫(xiě)的狀態(tài)/控制寄存器，它們是發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA和接收狀態(tài)/控制寄存器。第16頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 USART帶有一個(gè)8位波特率發(fā)生器BRG（Baud Rato Generator），BRG支持USART的同步和異步工作方式。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，發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA的BRGH位（即D2）也被用來(lái)控制波特率（在同步方式下忽略BRGH位）。 向波特率寄存器SPBRG寫(xiě)入一個(gè)新的初值時(shí)，都會(huì)使BRG定時(shí)器復(fù)位清零，由此可以保證BRG不需要等到定時(shí)器溢出后就可以輸出新

25、的波特率。 對(duì)USART方式進(jìn)行初始化的程序如下： BSF STATUS，RP0 ；將指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第1頁(yè) MOVLW 0 x19 MOVWF SPBRG ；設(shè)置波特率為9600 BCF STATUS，RP0 ；將指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第0頁(yè) CLRF RCSTA ；將接收控制和狀態(tài)寄存器清零 BSF RCSTA，SPEN ；串口允許 CLRF PIR1 ；清除中斷標(biāo)志 BSF STATUS，RP0 ；將指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第1頁(yè) CLRF TXSTA ；將發(fā)送控制和狀態(tài)寄存器清零 BSF TXSTA，BRGH ；設(shè)置為異步、高速波特率 BSF TXSTA，TXEN ；允許發(fā)送 BCF S

26、TATUS，RP0 ；將指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第0頁(yè) BSF RCSTA，CREN ；允許接收 初始化完成后，即可發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)查詢發(fā)送/接收中斷標(biāo)志位即可判斷是否發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)/接收到一個(gè)數(shù)據(jù)。 送/接收中斷標(biāo)地不需要也不有用軟件復(fù)位。 第17頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 在異步串行發(fā)送的過(guò)程中，只要TXREG寄存器為空，中斷標(biāo)志TXIF就置位。因此，TXIF為1并不是發(fā)送完畢的標(biāo)志，但仍可以用TXIF標(biāo)志來(lái)判斷。因此當(dāng)TXREG為空時(shí)，將數(shù)據(jù)送入后，數(shù)據(jù)會(huì)保留在TXREG寄存器中，直到前一個(gè)數(shù)據(jù)從發(fā)送移位寄存器中移出，即前一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送。8.

27、2.2 串行接口芯片8251A 8251的管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8. 8所示。1同CPU的連接信號(hào) RESET：當(dāng)這個(gè)引腳上出現(xiàn)一個(gè)6倍時(shí)鐘寬的高電平信號(hào)時(shí)，芯片被復(fù)位，使芯片 處于空閑狀態(tài)。這個(gè)空閑狀態(tài)將一直保持到由編程確定了新?tīng)顟B(tài)才結(jié)束。在系統(tǒng)中 使用此芯片時(shí)，總是把復(fù)位端與系統(tǒng)的復(fù)位線相連，使它受到加電自動(dòng)復(fù)位和人工 復(fù)位的控制。 CLK：是為芯片內(nèi)有關(guān)電路工作提供時(shí)鐘的輸入端。這個(gè)時(shí)鐘的頻率與數(shù)據(jù)速率并 無(wú)直接關(guān)系，但是，為了電路工作可靠，在同步方式下最好使這個(gè)頻率比數(shù)據(jù)速率 大30倍以 上。在異步方式下，大4.5倍。 、 ：是CPU對(duì)8251A中的寄存器讀、寫(xiě)時(shí)的控制信號(hào)輸入端。 C/

28、：是一個(gè)決定CPU對(duì)芯片讀寫(xiě)內(nèi)容的控制輸入端。如果輸入為高電平，CPU 對(duì)芯片就是寫(xiě)控制字或讀狀態(tài)字；反之，讀寫(xiě)的內(nèi)容就是數(shù)據(jù)。通常，將該端與地址 線的最低位相接。于是，8251A就占有兩個(gè)端口地址，偶地址為數(shù)據(jù)口地址，而奇 地址為控制口地址。 :片選輸入端。該引腳輸入低電平時(shí)，芯片可以與CPU之間傳輸數(shù)據(jù)；反之， 芯片的8個(gè)數(shù)據(jù)引腳處于懸空狀態(tài)。 第18頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日?qǐng)D8.8 8251A 芯片引腳 D0D7：雙向8位數(shù)據(jù)線，同片內(nèi)數(shù)據(jù)總線緩沖器相連，CPU通過(guò)D0D7向8251A 寫(xiě)數(shù)據(jù)和控制字，以及讀數(shù)據(jù)和狀態(tài)字。 2MODEM控制信號(hào) 8251A還

29、提供了四個(gè)與MODEM相連的控制信號(hào)，信號(hào)的含義與RS232C標(biāo)準(zhǔn)相同。 （Data Terminal Ready）：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（輸出，低電平有效）。這是 一個(gè)通用的輸出信號(hào)，可由命令字的位1置“1”，而變?yōu)橛行В靡员硎綜PU準(zhǔn)備就緒。第19頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 （Data Terminal Ready）：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（輸出，低電平有效）。這是 一個(gè)通用的輸出信號(hào)，可由命令字的位1置“1”，而變?yōu)橛行?，用以表示CPU準(zhǔn)備就緒。 （Request To Send）：請(qǐng)求發(fā)送（輸出，低電平有效）。此信號(hào)用于通知 調(diào)制器，CPU已準(zhǔn)備好發(fā)送。它可由命令字的位

30、5置“1”而變?yōu)橛行Вǖ碗娖接行В?(Clear To Send）：清除發(fā)送信號(hào)（輸入，低電平有效）。這是調(diào)制解凋器 或其它外設(shè)送到8251A中的調(diào)制解調(diào)器控制器的信號(hào)。當(dāng)其有效時(shí)，表示允許USART 發(fā)送數(shù)據(jù)。 上述四個(gè)信號(hào)在使用時(shí)應(yīng)按規(guī)定引腳連接。信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由MODEM輸入后存放在8251A的狀態(tài)字節(jié)中，芯片內(nèi)對(duì)此并不作處理，只有當(dāng)CPU讀狀態(tài)后才可能給出響應(yīng)。CTS也是從MODEM送來(lái)的信號(hào)，如果為低電平。且8251A中已經(jīng)設(shè)置了允許發(fā)送命令，芯片就可以向MODEM送出串行數(shù)據(jù)。如果在數(shù)據(jù)傳送中，出現(xiàn)了某個(gè)條件不滿足 的情況，那么，在傳輸完當(dāng)前的字節(jié)后，即行停止。和都是由CPU

31、寫(xiě)命令時(shí)給8251A設(shè)置的，為使兩個(gè)引腳有效（低電平），對(duì)寄存器中這兩位應(yīng)寫(xiě)入“1”。3發(fā)送器有關(guān)信號(hào) TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并按要求 插入附加字符或附加位后，在時(shí)鐘 的下降沿按位從TxD上發(fā)送出去。 xRDY：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)。如果該信號(hào)有效，就表示發(fā)送緩沖器已空，CPU可以向 芯片送入新的數(shù)據(jù)。這個(gè)信號(hào)的狀態(tài)要受到命令字中TxEN位（允許發(fā)送）的控制。 如果 把TxRDY信號(hào)作為向CPU請(qǐng)求數(shù)據(jù)的中斷信號(hào)，TxEN位就可以看作是中斷控 制的屏蔽 位。在8251A的狀態(tài)字中有一位TxRDY，CPU也可以用查詢的方式判斷 是否可以送數(shù)據(jù)。第20頁(yè)，共

32、59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 TxE：發(fā)送緩沖器空標(biāo)志。不管發(fā)送時(shí)是處于等待還是發(fā)送狀態(tài)，只要發(fā)送緩沖器 中沒(méi)有再要發(fā)送的字符，這個(gè)標(biāo)志就變高。當(dāng)從CPU送入一個(gè)數(shù)據(jù)字符時(shí)，該位標(biāo) 志就被復(fù)位。 這個(gè)標(biāo)志可以用來(lái)表示一段數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束。如果是半雙工工作， 這個(gè)標(biāo)志可以用作從發(fā)到收的轉(zhuǎn)換。同步工作時(shí)，如果臨時(shí)出現(xiàn)TxE，就意味著數(shù)據(jù) 發(fā)送出現(xiàn)空缺，芯片會(huì)自動(dòng)插補(bǔ)同步字符。 ：輸人控制發(fā)送器數(shù)據(jù)速率的時(shí)鐘。每個(gè)數(shù)據(jù)的移位輸出，是在TxC的下降 沿實(shí)現(xiàn)的。異步方式下， 的頻率可以是數(shù)據(jù)速率的1、16或64倍。同步方式時(shí)， 的頻率與數(shù)據(jù)速率相同。4接收器有關(guān)信號(hào) RxD：接收數(shù)據(jù)。

33、用來(lái)接收外設(shè)送來(lái)的串行數(shù)據(jù)，按規(guī)定檢查有關(guān)字符或有關(guān)位后， 經(jīng)串一并轉(zhuǎn)換送入數(shù)據(jù)總線緩沖器，RxD在時(shí)鐘上升沿采樣輸入。 RxRDY：接收器準(zhǔn)備好標(biāo)志。如果該位為高電乎，接收緩沖器中就已經(jīng)有組裝好了 的一個(gè)數(shù)據(jù)字符，可通知CPU將它取走。與TxRDY相似，RxRDY也可用作中斷請(qǐng) 求信號(hào)，也可以通過(guò)讀狀態(tài)字了解接收器狀態(tài)。一旦CPU讀走這個(gè)數(shù)據(jù)字符，RxRDY 被復(fù)位。要是CPU沒(méi)有及時(shí)取走數(shù)據(jù)，新接收數(shù)據(jù)將覆蓋數(shù)據(jù)，使一個(gè)數(shù)據(jù)丟失， 出現(xiàn)溢出錯(cuò)誤，并反映在狀態(tài)字中。 ：接收時(shí)鐘輸入端。當(dāng)時(shí)鐘處在上升沿時(shí)，才可能把數(shù)據(jù)取樣輸入。時(shí)鐘速率 的規(guī)定與 相同。實(shí)際上， 和 往往連接在一起，用同一個(gè)時(shí)

34、鐘源。 第21頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 SYNDET/BRKDET：同步和間斷檢測(cè)。芯片在同步方式工作時(shí)，用作同步檢測(cè)端； 異步時(shí)則用作間斷檢測(cè)輸出。芯片可以由編程確定是內(nèi)同步還是外同步。如果是內(nèi) 同步，就由 芯片內(nèi)電路搜索同步字符，一旦找到，就由該端輸出一個(gè)高電平。 如果是外同步，當(dāng)片外檢測(cè)電路找到同步字符后，就可以從該引腳輸入一個(gè)高電平 信號(hào)，使8251A正式開(kāi)始接收。一旦開(kāi)始正常接收數(shù)據(jù)，同步檢測(cè)端恢復(fù)低電平輸 出。 異步方式工作中，通常在線路上無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)以高電平表示。在8251A中也可以由程序控制，使無(wú)數(shù)據(jù)的間斷時(shí)間內(nèi)線路上呈現(xiàn)低電平，即發(fā)送一個(gè)字符長(zhǎng)度的全

35、“0”碼。接收端具有對(duì)這種間斷碼檢測(cè)的能力，如果檢測(cè)到間斷碼，將從該端輸出一個(gè)高電平。為了避免接收器對(duì)尚未正式開(kāi)始工作的線路低電平誤認(rèn)為間斷狀態(tài)，8251A在復(fù)位后總是要在檢測(cè)到一次高電平輸入后，才開(kāi)始對(duì)間斷狀態(tài)的檢測(cè)。 對(duì)于8251A它有三個(gè)字，一個(gè)方式指令字、命令指令字、狀態(tài)字，其中方式指令字和命令字都是要寫(xiě)入到控制口里的，而狀態(tài)字是從控制口讀出來(lái)的，如果讀和寫(xiě)能夠區(qū)別，也就是狀態(tài)字和指令字這兩個(gè)可以區(qū)別，但指示字里是方式指示字還是命令指示字，這個(gè)關(guān)系必須要注意，它們的關(guān)系應(yīng)是在開(kāi)機(jī)時(shí)、在復(fù)位時(shí)以及完成后，先給的字認(rèn)為是方式指示字。給完了方式指示字后再給的自動(dòng)認(rèn)為是命令指令字，就不會(huì)把后面

36、給的當(dāng)作方式字進(jìn)行保存，而當(dāng)作命令控制操作。8.2.3 USART應(yīng)用通信編程實(shí)例1概述 要在PIC16F877與 PC機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這里可應(yīng)用USART來(lái)實(shí)現(xiàn)。在編寫(xiě)程序時(shí)首先要設(shè)置好USART異步通訊模塊工作模式及相關(guān)寄存器，PIC16F877的USART與其他具有USART的 PIC單片機(jī)一樣，可以被設(shè)置成為與 PC機(jī)進(jìn)行全雙工異步通訊，第22頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日它是利用PORTC口的RC6和RC7兩個(gè)引腳作為通訊的2線制串行通訊接口。為了把PORTC口的RC6和 RC7兩個(gè)引腳分別設(shè)置成串行通訊接口的發(fā)送（TX）腳和接收（RX）腳，必須要把USAR

37、T的接收狀態(tài)和控制寄存器 RCSTA 的 bit7（SPEN）位和TRISC寄存器的bit7置“1”，把TRISC寄存器的bit6置“0”。為了使USART分別工作于接收或發(fā)送狀態(tài)，就必須設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)寄存器和控制寄存器。在設(shè)置接收器時(shí)，要注意接收腳對(duì)接收信號(hào)的采樣。接收腳 RX上的數(shù)據(jù)被采樣3次，通過(guò)一個(gè)三中取二邏輯檢測(cè)電路來(lái)判斷 RX腳上的電平是高還是低，以作為采樣取值。另外，要使USART工作在異步通訊方式，就必須要設(shè)置通訊的傳送、接收速率即波特率，USART的波特率設(shè)置是通過(guò)控制獨(dú)立的一個(gè)8位波特率發(fā)生器BRG實(shí)現(xiàn)的。 在異步工作方式下，串行通訊接口USART采用標(biāo)準(zhǔn)的不歸0（NRZ）

38、格式（即1位起始位、8位或9位數(shù)據(jù)位及1位停止位），最常用的數(shù)據(jù)格式是8位。PIC16F877片內(nèi)的8位波特率發(fā)生器BRG可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)振蕩器的時(shí)鐘，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波特率頻率。PIC16F877的 USART發(fā)送和接收順序是從最低位（LSB）開(kāi)始。USART發(fā)送器和接收器在功能上是完全獨(dú)立的，但是它們所用的數(shù)據(jù)格式和波特率必須是相同的。波特率發(fā)生器可以根據(jù)發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器TXSTA的 bit2（BRGH）位設(shè)置產(chǎn)生2種不同的移位速度：對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘16分頻和64分頻的波特率時(shí)鐘，即設(shè)置該位在異步通訊模式為1時(shí)表示通訊為高速，為0時(shí)表示通訊為低速。要使USART工作于異步通訊模式，可通過(guò)對(duì)發(fā)送狀態(tài)和控

39、制寄存器TXSTA的bit4（SYNC）位設(shè)置清“0”。 由上可知，PIC16F877的USART異步工作設(shè)置主要包括對(duì)以下部件的設(shè)置：波特率發(fā)生器BRG、采樣電路、異步發(fā)送器、異步接收器等。這里關(guān)于PIC16F877的USART異步工作有兩點(diǎn)需要說(shuō)明：一是USART硬件不支持奇偶效驗(yàn)，但可以用軟件實(shí)現(xiàn)（并可作為第9位數(shù)據(jù)傳輸）；二是在CPU處于休眠工作方式時(shí)，USART不能工作在異步通訊方式。 第23頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日2. USART波特率發(fā)生器BRG設(shè)置 在異步通訊方式下，波特率發(fā)生器BRG需要設(shè)置一個(gè)初值，以使BRG輸出一個(gè)合適的波特率。在BRG設(shè)置時(shí)

40、，其工作在高速還是低速是由發(fā)送狀態(tài)寄存器和控制寄存器 TXSTA的 bit2（BRCH）位進(jìn)行設(shè)置的。在 PIC16F877內(nèi)部時(shí)鐘工作模式下，設(shè)置BRG波特率寄存器 SPBRG在低速和高速初值的計(jì)算公式如下： BRGH=0（低速） 異步波特率=FOSC/ (64(X+1) BRGH=1（高速） 波特率=FOSC/ (16(X+1) 其中，X為SPBRG寄存器的值（0255）。 實(shí)際應(yīng)用中，上式用于高速方式（BRGH=1）下計(jì)算波特率可以減小誤差。另外，在向波特率寄存器SPBRG寫(xiě)入一個(gè)新值時(shí)會(huì)使BRG定時(shí)器復(fù)位（清零），由此就可保證波特率發(fā)生器BRG不需要等到定時(shí)器溢出后就可輸出新的波特率。

41、3. USART異步通訊的寄存器設(shè)置 實(shí)現(xiàn)USART異步通訊的寄存器主要有：發(fā)送狀態(tài)寄存器和控制寄存器 TXSTA、接收狀態(tài)和控制寄存器RCSTA、波特率發(fā)生器存器SPBRG、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 TXREG、接收數(shù)據(jù)寄存器 RCREG、外圍接口中斷使能寄存器 PIE1 和外圍接口標(biāo)志寄存器 PIR1等。 發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器（表8.2） 表8.2 發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器第24頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 bit7 CSRC：異步方式未用。 bit6 TX9：發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇位。1 =選擇9位數(shù)據(jù)；0=選擇8位數(shù)據(jù)。 bit5 TXEN：發(fā)送允許位。1=允許發(fā)送;0=關(guān)閉發(fā)送

42、。 bit4 SYNC：USART同步/異步方式選擇位。1 =選擇同步方式；0=選擇異步方式。 bit3 此位未用。 bit2BRGH：高速波特率使能位。1 =高速；0 =低速。 bit1 TRMT：發(fā)送移位寄存器（TSR）“空”標(biāo)志位。1=TSR空；0=TSR滿。 bit0 TX9D：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。 接收狀態(tài)和控制寄存器（表8.3）表8.3 接收狀態(tài)和控制寄存器 bit7 SPEN：串行口使能位。1=允許串行口工作（把RC7和 RC6設(shè)置成串行口引腳；0 =禁止止串行工作; bit6 RX9：接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇位。1 =選擇接收9位數(shù)據(jù)；0=選擇接收8位數(shù)據(jù)。 bit5 SREN：?jiǎn)巫止?jié)接

43、收允許位。異步方式此位未用。 Bit4 CREN：連續(xù)接收選擇位。1 =允許連續(xù)接收；0=禁止連續(xù)接收。第25頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 bit3ADDEN：地址匹配檢測(cè)使能位。1=允許地址匹配檢測(cè)，允許中斷并且當(dāng)RSR的D8被置1時(shí)讀接收緩沖器數(shù)據(jù)；0=禁止地址匹配檢測(cè)，接收所有字節(jié)，第9位被看作奇偶效驗(yàn)位。 bit2 FERR：幀格式錯(cuò)標(biāo)志位。1=幀格式錯(cuò)（讀RCREG寄存器可對(duì)該位刷新并且準(zhǔn)備接收下一個(gè)有效位）；0=無(wú)幀格式錯(cuò)。 bit1OERR：越位溢出錯(cuò)標(biāo)志位。1=有溢出錯(cuò)，清CREN位可將此位清零；0=無(wú)溢出錯(cuò)。 bit0 RX9D：接收數(shù)據(jù)的第 9 位

44、，可作奇偶效驗(yàn)位。 外圍接口中斷使能寄存器（表8.4） 表8.4外圍接口中斷使能寄存器 bit5 RCIE：串行異步通訊接口接收中斷使能位。1=允許USART接收中斷；0 =禁止US2ART接收中斷。 bit4 TXIE：串行異步通訊接口發(fā)送中斷使能位。1=允許USART發(fā)送中斷；0=禁止USART發(fā)送中斷。 其余位在異步通訊中未用。 第26頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 外圍接口中斷標(biāo)志寄存器（表8.5）表8.5 外圍接口中斷標(biāo)志寄存器 bit5 RCIF：異步串行通訊（USART）接口接收中斷標(biāo)志位；1=USART接收緩沖區(qū)滿;0 = USART接收緩沖區(qū)空。 bi

45、t4 TXIF：異步串行通訊（USART）接口發(fā)送中斷標(biāo)志位；1= USART發(fā)送緩沖區(qū)空;0= USART發(fā)送緩沖區(qū)滿。 其余位在異步通訊中未用。 其他寄存器波特率 發(fā)生器存器 SPBRG的設(shè)置可以參考USR2TA波特率發(fā)生器BRG的設(shè)置內(nèi)容，在設(shè)置該寄存器就是根據(jù)單片機(jī)工作時(shí)鐘頻率確定傳輸數(shù)據(jù)的波特率，只要將其初值寫(xiě)入SPBRG寄存器即可。 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 TXREG是將單片機(jī)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)存放的寄存器，在單片機(jī)未發(fā)送之前就必須要將備發(fā)送的數(shù)據(jù)裝入該寄存器。接收數(shù)據(jù)寄存器RCREG是將單片機(jī)接收到外界數(shù)據(jù)后存放數(shù)據(jù)的寄存器，在單片機(jī)確定接收的數(shù)據(jù)無(wú)誤后，將其數(shù)據(jù)存放到該寄存器中。 第27頁(yè)

46、，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日4PIC16F877單片機(jī)與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 PC機(jī)的串行接口是符合 EIA RS- 232C規(guī)范的外部總線標(biāo)準(zhǔn)接口。RS- 232C采用的是負(fù)邏輯，即邏輯”1”：- 5- 15 V;邏輯”0”：+5 +15 V。而CMOS電平為：邏輯“1”：4.99 V，邏輯“0”：0.01 V;TTL電平的邏輯“1”和“0”則分別為2.4 V和0.4 V。因此在用RS-232C總線進(jìn)行串行通信時(shí)需外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端用驅(qū)動(dòng)器將 TTL 或CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS- 232C電平，在接收端用接收器將 RS-232C電平再轉(zhuǎn)換為T(mén)TL 或 CMOS

47、電平。這里選用了MAXIM公司的MAX232來(lái)作電平轉(zhuǎn)換。MAX232屬于MAXIM公司的通用串行接收/發(fā)送驅(qū)動(dòng)器芯片。其外圍電路簡(jiǎn)單，只需外接4個(gè)0.1F的電容即可，其系統(tǒng)硬件電路如圖8. 9所示。圖中MAX232將PIC16F877的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 RS-232C 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平，輸出到PIC16F877單片機(jī)的RX引腳。5. PC機(jī)支持與 PIC16F877 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的PC機(jī)可與PIC16F877可以編程實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)功能如下：PC機(jī)和單片機(jī)均可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，由 PC機(jī)決定是發(fā)送還是接收;程序設(shè)定當(dāng) PC

48、機(jī)鍵盤(pán)輸入發(fā)送指令時(shí)，PC機(jī)分別顯示PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和單片機(jī)會(huì)送的數(shù)據(jù)；當(dāng) PC機(jī)鍵盤(pán)輸入接收指令時(shí)，PC機(jī)將接收單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)顯示。在編程中，必須要注意設(shè)置 PC機(jī)與PIC16F877單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸格式相同。通常采用的通訊協(xié)議如下：波特率為9 600 bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶效驗(yàn)位。PC機(jī)發(fā)送命令給單片機(jī)，鍵盤(pán)輸入發(fā)送命令時(shí)，控制單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，當(dāng)PC機(jī)鍵盤(pán)輸入接收命令時(shí)，控制單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給PC機(jī)。PC機(jī)與PIC16F877單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的程序編制流程如圖8.10所示。 第28頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日?qǐng)D8.

49、9PIC16F877與PC接口原理圖源程序如下：1）初始化設(shè)置部分COUNTEQU 0X20TEMPEQU0X21J0EQU0X22第29頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日ORG0NOPSTARTGOTOMAINORG0X05MAINBANKSEL TRISCMOVLWB10000000MOVWF TRISCMOVLW0X30 ;將RAM單元初始化MOVWF FSRBCF STATUS，RP0MOVLW0X22MOVWFCOUNTBCF PIR1，RCIFBSF PIR1，TXIFINTRAMMOVFCOUNT，0MOVWF INDFINCFCOUNT，1INCF FSR，

50、1BTFSS FSR，7GOTO INTRAM 圖8.10數(shù)據(jù)交換程序流程框圖第30頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日BANKSEL TXSTAMOVLW0X19MOVWF SPBRG ;波特率設(shè)置為9 600 bpsMOVLW0X04MOVWF TXSTA ;異步高速方式BCF STATUS，RP0MOVLW0X80MOVWF RCSTA ;串行口使能MOVLW0X30MOVWF FSRBSF RCSTA，CREN ;接收允許BSF STATUS，RP0BSF TXSTA，TXEN ;發(fā)送允許BCF STATUS，RP02）接收并返回?cái)?shù)據(jù)部分WAITBTFSSPIR1，R

51、CIFGOTO WAIT ;接收PC機(jī)命令MOVF RCREG，0MOVWF TEMP第31頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日MOVWF INDFINCF FSRDECFSZTEMP ;接收到的數(shù)據(jù)為1，則接收GOTO TXW ;否則發(fā)送數(shù)據(jù)MOVLW0X06MOVWF TEMPWAIT1BTFSS PIR1，RCIFGOTO WAIT1 ;接收一個(gè)數(shù)據(jù)MOVF RCREG，0MOVWFCOUNTMOVWF TXREGLOOPTXBTFSSPIR1，TXIF ;將接收到的數(shù)據(jù)送回PC機(jī)GOTOLOOPTXMOVFCOUNT，0MOVWF INDFINCF FSRDECFSZ

52、TEMPGOTO WAIT1GOTOOVER ;處理完畢第32頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日TXWMOVLW0X09 ;向PC機(jī)發(fā)送9個(gè)數(shù)據(jù)MOVWF TEMPMOVLWD00MOVWFJ03） 發(fā)送數(shù)據(jù)部分TXW0MOVF J0，0MOVWF TXREGINCFJ0 ;單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)為08和一位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)TXW1BTFSS PIR1，TXIFGOTO TXW1DECFSZTEMPGOTO TXW0OVERBCF RCSTA，CREN ;通信任務(wù)完成，關(guān)接收和發(fā)送允許 要實(shí)現(xiàn)PIC單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)通訊，不僅是要連接硬件電路和對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，同時(shí)還需要在PC上編寫(xiě)

53、數(shù)據(jù)收發(fā)的程序。通常，對(duì)于單片機(jī)與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)通訊交換調(diào)試時(shí)，可以串口通訊調(diào)試工具，同時(shí)也可以自編調(diào)試程序。程序編寫(xiě)好后，再與上述 PIC16F877一起進(jìn)行操作，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易通訊數(shù)據(jù)交換。 第33頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 這里特別需要注意的是：當(dāng) PC機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通信時(shí)，單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（ RAM ）內(nèi)的數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制，在信號(hào)線上傳輸?shù)氖鞘M(jìn)制數(shù)的ASCII碼的二進(jìn)制形式;而Windows系統(tǒng)下使用的是ANSI碼，ANSI碼僅在前126個(gè)與ASCII碼相同，即在 Windows下接收到的是十六進(jìn)制數(shù)的ASCII碼的字符串，可先轉(zhuǎn)換為ANSI碼后再在Wind

54、ows下還原為十六進(jìn)制數(shù)。第34頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日8.3 USB接口設(shè)計(jì) USB的全稱是通用串行總線（Universal Serial Bus），最多可連接127臺(tái)外 設(shè)，USB其最大的特點(diǎn)是支持熱插拔和即插即用。當(dāng)設(shè)備插入時(shí)，主機(jī)枚舉此設(shè)備并加載所需的驅(qū)動(dòng)程序，因此使用遠(yuǎn)比PCI和ISA總線方便。USB速度比平行并聯(lián)總線（Parellel Bus，例如EPP、LPT）與串聯(lián)總線（Serial Port，例如RS-232）等傳統(tǒng)電腦用標(biāo)準(zhǔn)總線快上許多。原標(biāo)準(zhǔn)中USB 1.1 的最大傳輸帶寬為 12Mbps，USB 2.0 的最大傳輸帶寬為 480Mbps U

55、SB的設(shè)計(jì)為非對(duì)稱式的，它由一個(gè)主機(jī)（host）控制器和若干通過(guò)hub設(shè)備以樹(shù)形連接的設(shè)備組成。一個(gè)控制器下最多可以有5級(jí)hub，包括Hub在內(nèi)，最多可以連接127個(gè)設(shè)備，而一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)有多個(gè)控制器。 和SPI-SCSI等標(biāo)準(zhǔn)不同，USB hub不需要終結(jié)器 USB可以連接的外設(shè)有鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、gamepad、游戲桿、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)部件。對(duì)數(shù)碼相機(jī)這樣的多媒體外設(shè)USB已經(jīng)是缺省接口；由于大大簡(jiǎn)化了與計(jì)算機(jī)的連接，USB也逐步取代并口成為打印機(jī)的主流連接方式。2004年已經(jīng)有超過(guò)1億臺(tái)USB設(shè)備；到2005年顯示器和高清晰度數(shù)字視頻外設(shè)是僅有的USB未能染指的外設(shè)類別

56、，因?yàn)樗麄冃枰叩膫鬏斔俾?。?5頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日由于USB支持熱插拔，即插即用的優(yōu)點(diǎn)，所以USB接口已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口。USB目前有兩個(gè)版本，USB1.1的最高數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps，USB2.0則提高到480Mbps。二者的物理接口完全一致，數(shù)據(jù)傳輸率上的差別完全由PC的USB host控制器以及USB設(shè)備決定。USB還可以通過(guò)連接線為設(shè)備提供最高5V，500mA的電力。 現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中將UBS統(tǒng)一為USB2.0，分為： (1) High-speed，傳輸速率25Mbps400Mbps（最大480Mbps） (2) Full-speed ，傳輸速率

57、500Kbps10Mbps（最大12Mbps） (3) Low-speed，傳輸速率10Kbps100Kbps（最大1.5Mbps） USB 的優(yōu)點(diǎn)： USB 具有真正的“即插即用”特性，用戶可以很容易地對(duì)外設(shè)進(jìn)行安裝和拆卸， 主機(jī)可按外設(shè)的增刪情況自動(dòng)配置系統(tǒng)資源，同時(shí)用戶可以在不關(guān)機(jī)的情況下 進(jìn)行外設(shè)的更換，外設(shè)裝置的驅(qū)動(dòng)程序的安裝刪除將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 USB 具有很強(qiáng)的連接能力。 低成本。 空間的節(jié)省。 USB與ETDM特性可以支持諸如 ISDN 等高速數(shù)字電話信息通路接口。 連接電纜輕巧，電源體積縮小。 USB 一種開(kāi)放性的不具專利版權(quán)的理想工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 8.3.1 USB接口規(guī)范 目前U

58、SB支持3種數(shù)據(jù)信號(hào)速率，USB設(shè)備應(yīng)該在其外殼或者有時(shí)是自身上正確標(biāo)明其使用的速率。USB-IF進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證并為通過(guò)兼容測(cè)試并支付許可費(fèi)用的設(shè)備第36頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日提供基本速率（低速和全速）和高速的特殊商標(biāo)許可。 1.5 Mbit/s （183 KByte/s）的低速速率，主要用于人機(jī)接口設(shè)備（Human Interface Devices ，HID）例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、游戲桿。 12 Mbit/s （1.4 MByte/s）的全速速率，在USB 2.0之前是曾經(jīng)是最高速率，后起的更高速率的高速接口應(yīng)該兼容全速速率。多個(gè)全速設(shè)備間可以按照先到先得法則劃分帶

59、寬；使用多個(gè)等時(shí)設(shè)備時(shí)會(huì)超過(guò)帶寬上限也并不罕見(jiàn)。所有的USB Hub支持全速速率。 480 Mbit/s （57 MByte/s）的高速速率，并非所有的USB 2.0設(shè)備都是高速的。高速設(shè)備插入全速hub時(shí)應(yīng)該與全速兼容。而高速hub具有所謂Transaction Translator（事務(wù)翻譯器）功能，能夠隔離全速、低速設(shè)備與高速之間數(shù)據(jù)流，但是不會(huì)影響供電和串聯(lián)深度。 1機(jī)械和電氣標(biāo)準(zhǔn) 圖8.11 標(biāo)準(zhǔn)USB接口第37頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)2分，星期日 標(biāo)準(zhǔn)USB接口如圖8.11所示，其電氣特性見(jiàn)表8.6。 USB信號(hào)使用分別標(biāo)記為D+和D-的雙絞線傳輸，各自使用半雙工

60、差分信號(hào)并協(xié)同工作，以抵消長(zhǎng)導(dǎo)線的電磁干擾。 USB的電纜有四根線，兩根傳送的是5V的電源，有一些直接和電源HUB相連的設(shè)備可以直接利用它來(lái)供電。另外的兩根是數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線是單工的，在整個(gè)的一個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率是一定的，要么是高速，要么是低速，沒(méi)有一個(gè)可以中間變速的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)碼流的變速.在這一點(diǎn)上，USB和1394有明顯的差別。 USB的總線可以在不使用的時(shí)候被掛起，這樣一來(lái)就可以節(jié)約能源。 在有些時(shí)候的總線還有可能擋機(jī)（stall），比如說(shuō)象數(shù)據(jù)傳送的時(shí)候突然被打斷，這個(gè)時(shí)候通過(guò)host的重新配置可以實(shí)現(xiàn)總線的重新工作。表8.6 標(biāo)準(zhǔn)USB電氣特性表第38頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月2