C8051Fxxx系列软件UART实现与优化

"这篇文章主要介绍了如何在C8051F系列微控制器上实现软件UART，提供了使用PCA作为波特率发生器的C语言程序和利用定时器0的汇编语言程序示例。软件UART旨在在有限的硬件资源下，尽可能接近硬件UART的功能，包括全双工通信、中断支持和高速波特率能力。文中提到了波特率源的选择对实现效率和硬件占用的影响，如8位定时器、16位定时器和PCA。在全双工操作中，需要两个独立的波特率源，如8位定时器方案可以共享16位硬件定时器。" 软件UART是一种在微控制器中通过软件模拟UART（通用异步收发传输器）功能的技术，主要用于在没有硬件UART或者需要节省硬件资源的情况下实现串行通信。C8051F系列器件是微控制器，它们可能不包含硬件UART，因此需要通过软件来实现这一功能。 在C8051F系列器件上实现软件UART，可以采用两种方式： 1. 使用PCA（Programmable Counter Array，可编程计数器阵列）作为波特率发生器的C语言程序。PCA是一种在8051微控制器中常见的多功能定时/计数器模块，它能够提供灵活的定时功能，适合生成波特率。 2. 使用定时器0工作在方式3作为波特率发生器的汇编语言程序。定时器0通常是一个8位定时器，但在某些模式下，如方式3，可以扩展为16位计数器，这样它可以更精确地控制波特率，同时也可以实现发送和接收波特率的生成。 软件UART的关键特性包括： - 类似硬件UART的接口，提供用户级别的发送和接收中断。 - 支持中断或查询方式访问，使得数据传输更加高效。 - 全双工通信能力，允许同时进行发送和接收操作。 - 最大波特率可达57.6kbps，当使用18.432MHz的时钟源时。 - 基于状态的中断驱动实现，降低CPU开销。 - 尽量减少硬件资源的占用，C语言示例仅使用了两个PCA模块，而汇编语言示例则使用了定时器0。 在选择波特率源时，需要考虑硬件占用和速度/效率的平衡。8位定时器、16位定时器以及PCA都是可能的选择。全双工操作需要两个波特率源，一个用于发送，一个用于接收。例如，8位定时器方案可以使用一个16位硬件定时器来生成发送和接收的波特率。 实现软件UART时，中断的产生频率非常重要，特别是在高波特率下，如115.2kbps，每个位时间需要4.3微秒产生一个中断。不同的波特率发生器实现方法会导致不同的CPU开销，因此在设计时需要根据具体需求来选择合适的方案。 软件UART是在C8051F系列器件上实现串行通信的一种有效策略，尤其在资源有限的环境中。通过精心设计的软件实现，可以在保持较高波特率的同时，兼顾CPU效率和硬件资源的节约。