PIC单片机软件UART实现与优化技巧

"PIC单片机软件异步串行口实现技巧" 在单片机开发中，异步串行通信是一种常见的通信方式，特别是在嵌入式系统中，它被广泛用于设备间的通信。大部分单片机，包括PIC系列，通常只有一个硬件UART（通用异步收发传输器）模块，用于实现单路串行通信。然而，有些应用可能需要多路异步串行通信，这就需要通过软件来扩展串行通信能力。 对于那些只有一个硬件UART或者甚至没有硬件UART的低成本PIC单片机，设计者需要利用软件来模拟UART的功能。这可能会引发关于软件UART可靠性和效率的疑虑，但关键在于选择正确的实现策略。 异步串行通信的基本格式包括“起始位”、“数据位”、“奇偶校验位”（如果使用）和“停止位”，以及每个位的持续时间，即波特率。例如，当波特率为1200bps时，每个位的时间大约是833μs。在没有数据传输时，数据线应保持高电平，起始位为低电平，数据位由低位开始发送，接着是奇偶校验位（如果有），最后是高电平的停止位。 软件实现UART的关键挑战在于接收端，因为异步通信中没有同步时钟，接收方必须随时准备接收数据。相比之下，发送端的工作相对简单，只需精确控制信号的持续时间即可。 这里介绍两种在PIC单片机上常用的、可靠的软件UART实现方法： 1. 三倍速采样法：这种方法是根据波特率的三倍频率采样接收引脚Rx。这样做的好处是可以在数据变化期间捕捉到中间状态，从而确定实际的数据位。当检测到连续的两个采样点相同，可以认为该位已经稳定，然后根据采样值判断是0还是1。这种方法对波特率的漂移有较好的适应性。 2. 中心对齐采样法：另一种方法是基于二分之一波特率的采样，即在每个位周期的中间时刻采样。这种方法假设接收和发送双方的时钟同步误差在一定范围内，因此可以较为准确地捕获数据位。如果连续两次采样值相同，就可以确定当前位的值。 这两种方法都需要精心设计的中断服务程序来处理接收事件，同时确保系统其他任务的执行不会受到影响。在软件UART的实现中，波特率生成通常是通过定时器设置合适的溢出率来实现的，以便精确控制每个位的时间间隔。 此外，对于错误检测和处理，软件UART可以通过检查连续的采样结果一致性、校验位的正确性以及对停止位的检测来增强其可靠性。为了进一步提高效率，还可以采用多级中断或DMA（直接内存访问）技术来减少CPU的干预，从而让CPU能专注于其他更重要的任务。 虽然硬件UART更为便捷，但在需要多路串行通信或降低成本的情况下，软件UART是一个可行的选择。通过精心设计和优化，软件UART可以达到与硬件UART相当的性能和可靠性。