PIC单片机C程序设计实战指南：串口通信原理与实践

# 1. PIC单片机串口通信基础**

串口通信是一种广泛应用于单片机系统中的数据传输方式，它通过串行传输的方式实现数据交换。PIC单片机提供了丰富的串口资源，支持多种串口通信协议和数据格式。本章将介绍PIC单片机串口通信的基础知识，包括串口通信的原理、协议和数据格式。

PIC单片机串口通信原理：串口通信通过一根或多根信号线实现数据的传输，其中最基本的串口通信方式是UART（通用异步收发传输器），它采用异步通信方式，数据以位为单位进行传输，每个字节的数据包含一个起始位、8个数据位、一个奇偶校验位和一个停止位。

串口通信协议：串口通信协议定义了数据传输的规则，包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验等参数。波特率表示数据传输的速度，单位为bps（比特每秒）；数据位表示每个字节中数据位的数量，通常为8位；停止位表示数据传输结束后的空闲位数量，通常为1位或2位；奇偶校验用于检测数据传输中的错误，可以是无校验、奇校验或偶校验。

# 2. 串口通信硬件原理

### 2.1 PIC单片机串口硬件架构

PIC单片机集成了一个全双工串行通信接口（SCI），它支持RS-232、RS-485和LIN等多种串口通信标准。SCI模块主要由以下组件组成：

- **发送器（TX）和接收器（RX）缓冲区：**用于存储待发送和接收的数据。
- **波特率发生器（BRG）：**用于生成发送和接收数据的波特率时钟。
- **帧格式生成器（FRG）：**用于生成数据帧的起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。
- **中断控制器：**用于处理串口通信中断，如接收数据中断和发送数据中断。

### 2.2 串口通信协议

串口通信协议定义了数据在串口线上传输的规则，包括：

- **波特率：**数据传输速率，单位为比特/秒（bps）。
- **数据格式：**数据位、奇偶校验位和停止位的组合。
- **帧格式：**数据帧的结构，包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。

### 2.3 波特率和数据格式

波特率是串口通信的关键参数，它决定了数据传输的速度。常用的波特率有9600、19200、38400、57600和115200 bps。

数据格式由数据位、奇偶校验位和停止位组成。数据位表示数据帧中实际传输的数据位数，常见的有5位、6位、7位和8位。奇偶校验位用于检测数据传输中的错误，有奇校验和偶校验两种方式。停止位用于表示数据帧的结束，常见的有1位、1.5位和2位。

// PIC单片机串口初始化配置
void uart_init(uint32_t baud_rate, uint8_t data_bits, uint8_t parity, uint8_t stop_bits) {
    // 设置波特率
    BRGCON1 = (FCY / (16 * baud_rate)) - 1;

    // 设置数据格式
    TXSTA1bits.TX9D = (data_bits == 9) ? 1 : 0;
    RCSTA1bits.RX9D = (data_bits == 9) ? 1 : 0;
    TXSTA1bits.TXEN = 1;
    RCSTA1bits.CREN = 1;

    // 设置奇偶校验
    TXSTA1bits.TX9D = (parity == ODD_PARITY) ? 1 : 0;
    RCSTA1bits.SPEN = (parity != NO_PARITY) ? 1 : 0;

    // 设置停止位
    TXSTA1bits.TX9D = (stop_bits == 2) ? 1 : 0;
}

代码逻辑逐行解读：

1. 设置波特率：计算并设置波特率发生器寄存器BRGCON1的值，以生成所需的波特率时钟。
2. 设置数据格式：根据数据位数设置TXSTA1和RCSTA1寄存器的TX9D和RX9D位，并启用发送器（TXEN）和接收器（CREN）。
3. 设置奇偶校验：根据奇偶校验类型设置TXSTA1和RCSTA1寄存器的TX9D和SPEN位。
4. 设置停止位：根据停止位数设置TXSTA1和RCSTA1寄存器的TX9D位。

# 3.1 串口初始化和配置

在进行串口通信之前，需要对串口进行初始化和配置，以设置通信参数和使能串口功能。

**初始化过程：**

1. **打开串口时钟：**确保串口时钟已使能，这可以通过设置相关寄存器来实现。
2. **配置串口引脚：**将串口引脚设置为输入/输出模式，并将其连接到相应的串口控制器。
3. **设置波特率：**通过设置波特率寄存器，设置串口通信的波特率。
4. **设置数据格式：**通过设置数据格式寄存器，设置数据位、停止位和校验位等数据格式参数。
5. **使能串口：**通过设置使能寄存器，使能串口控制器。

**配置参数：**

| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 波特率 | 通信速率，单位为比特/秒 |
| 数据位 | 数据帧中数据位的数量，通常为 5、6、7 或 8 位 |
| 停止位 | 数据帧末尾的停止位的数量，通常为 1 或 2 位 |
| 校验位 | 用于检测数据传输错误的校验位，可以是奇校验、偶校验或无校验 |

**代码示例：**

// PIC18F4550 串口初始化函数
void UART_Init(void)
{
    // 打开串口时钟
    OSCCONbits.IRCF = 0b111; // 内部8MHz振荡器
    OSCCONbits.SCS = 0b10; // 内部振荡器

    // 配置串口引脚
    TRISCbits.TRISC6 = 0; // TX 引脚输出
    TRISCbits.TRISC7 = 1; // RX 引脚输入

    // 设置波特率
    SPBRG = 25; // 9600 波特率