[工程科技]模拟串口.pdf

应 用 笔 记 AN015 软件 UART 示例 相关器件 本应用笔记适用于下列器件 C8051F000 C8051F001 C8051F002 C8051F005 C8051F006 C8051F010 C8051F011 C8051F012 C8051F015 C8051F016 C8051F017 C8051F220 C8051F221 C8051F226 C8051F230 C8051F231 C8051F236 引言 本应用笔记讨论基于 C8051Fxxx 系列器件的软件 UART 实现方法 本文给出两个完整的例子 一个用 PCA 为波特率发生器的 C 语言程序和一个用定时器 0 为波特率发生器的汇编语言程序 关键特性 这两个软件设计示例在节省硬件资源和 CPU 带宽的前提下几乎完全模拟硬件 UART 的功能 下面是两个例子中都可以找到的关键特性 一个与硬件 UART 相似的接口 有用户级发送和接收中断 中断或查询方式访问支持 全双工通信 使用 18.432MHz 时钟源时最大波特率可达 57.6 kbps 基于状态的中断驱动实现方案 需要的 CPU 开销最小 最少的硬件资源占用 - C 语言示例程序使用两个 PCA 模块 - 汇编语言示例程序使用定时器 0 工作于方式 3 实现选择 在实现一个软件 UART SW UART 时最重要的是在硬件占用和速度/效率之间权衡 使用较 多硬件的设计可能消耗较小的 CPU 带宽并允许较高的位速率 这种权衡将在下面讨论 波特率源 在传输每一位时都必须产生一个中断 在全双工 115.2 kbps 的速率下 每 4.3 微秒产生一个 中断 产生这些中断 波特率源 的方法不同 则实现时的 CPU 开销会有很大的差异 可能的选 择包括 8 位定时器 16 位定时器及可编程计数器阵列 PCA 注意 对于全双工操作 需要两 个波特率源 发送和接收各一个 使用 8 位定时器的方案允许将一个 16 位硬件定时器用于产生发送和接收波特率 定时器 0 工 AN015 软件 UART 示例 作于方式 3 时具有这种能力 注意 当定时器 0 工作于方式 3 时 定时器 1 的功能将减少 但是 定时器 1 仍可用作硬件 UART HW UART 的波特率发生器 使用 8 位定时器节省硬件资源 但 是会有 CPU 软件开销和延迟时间的问题 这些问题在例 2 中讨论 上述方法的一个替代方案是使用 16 位自动重装载定时器 在这种情况下 两个 16 位硬件定 时器被 SW UART 占用 一个用于发送 一个用于接收 任何可用的定时器都能满足要求 但定时 器 2 和定时器 3 的自动重装载能力可以减少软件开销并可消除任何中断延迟问题 此外 16 位定 时器还可支持更宽的波特率范围 可编程计数器阵列 PCA 也为 SW UART 提供了一个很好的解决方案 所提供的 C 语言示 例能说明这一点 PCA 包含一个专用的 16 位计数器/定时器和五个 16 位的捕捉/ 比较模块 每个模 块都可以被设置为在 PCA 计数器与相对应的比较模块的内容一致时触发一个中断 由于PCA 计数 器在产生中断时并不停止运行 所以该方案可以避免中断延迟累加的问题 PCA 实现方案不适用 于 C8051F2xx 器件 其它考虑 上述的每种定时器源都可以用 SYSCLK 或一个外部信号作为时钟 在所提供的例子中 波特 率源用 SYSCLK 作为时钟 而 SYSCLK 源自外部的 18.432MHz 晶体 任何波特率/ 晶体频率组合 都是允许的 但软件开销限制了