大家好， 通過前一期的學(xué)習(xí)， 我們已經(jīng)對ICD2 仿真燒寫器和增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會(huì)了如何用單片機(jī)來控制發(fā)光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數(shù)碼管等資源，體會(huì)到了學(xué)習(xí)板的易用性與易學(xué)性，看了前幾期實(shí)例，大部分都是基于單片機(jī)端口操作原理呢？

　　大家是否覺得這樣一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)似乎缺少點(diǎn)什么呢？不錯(cuò)，本期我們將介紹單片機(jī)與電腦通訊，使單片機(jī)與PC 機(jī)能夠聯(lián)機(jī)工作。

　　單片機(jī)除了需要控制外圍器件完成特定的功能外，在很多應(yīng)用中還要完成單片機(jī)和單片機(jī)之間、單片機(jī)和外圍器件之間，以及單片機(jī)和微機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換和指令的傳輸，這就是單片機(jī)的通信。單片機(jī)的通信方式可以分為并行通信和串行通信。并行方式傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)至少需要8 條數(shù)據(jù)線。

　　一般來講單片機(jī)與打印機(jī)等外圍設(shè)備連接時(shí)，除8條數(shù)據(jù)線外，還要狀態(tài)、應(yīng)答等控制線，當(dāng)傳送距離過遠(yuǎn)時(shí)電線要求過多，成本會(huì)增加很多。單片機(jī)的串行通信方法較為多樣，傳統(tǒng)的串行通信方式是通過單片機(jī)自帶的串行口進(jìn)行RS232 方式的通信。

　　串行通信是以一位數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)的位信號，即使加上幾條通信聯(lián)絡(luò)控制線，也比并行通信用的線少。

　　因此，串行通信適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，如大型主機(jī)與其遠(yuǎn)程終端之間，處于兩地的計(jì)算機(jī)之間，采用串行通信就非常經(jīng)濟(jì)。

　　串行通信又分為異步傳送和同步傳送兩種基本方式。

　　異步通訊：異步通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式一般由1個(gè)起始位、7 個(gè)或8 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 到2 個(gè)停止位和一個(gè)校驗(yàn)位組成。它用一個(gè)起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。其每幀的格式如圖1 所示。

　　在一幀格式中，先是一個(gè)起始位0，然后是8個(gè)數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗(yàn)位（可以省略），是停止位1。用這種格式表示字符，則字符可以一個(gè)接一個(gè)地傳送。

　　在異步通訊中，通信雙方采用獨(dú)立的時(shí)鐘，起始位觸發(fā)雙方同步時(shí)鐘。在異步通信中CPU 與外設(shè)之間必須有幾項(xiàng)約定，即每一幀位數(shù)，字符格式和波特率。字符格式的規(guī)定是雙方能夠在對同一種0 和1 的數(shù)據(jù)串理解成同一種意義。原則上字符格式可以由通訊的雙方自由制定，但從通用、方便的角度出發(fā)，一般還是使用一些標(biāo)準(zhǔn)為好，如采用ASCII 標(biāo)準(zhǔn)。

　　同步通訊：在同步通訊中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式是由多個(gè)數(shù)據(jù)組成，每幀有一個(gè)或兩個(gè)同步字符作為起始位以觸發(fā)同步時(shí)鐘開始發(fā)送或接收。同步通訊數(shù)據(jù)幀格式如圖2 所示。在異步通信中，每個(gè)字符要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標(biāo)志，占用了時(shí)間，所以在數(shù)據(jù)塊傳遞時(shí)。波特率指每秒送多少個(gè)0 或1，由于包含起始位，停止位等，實(shí)際傳送數(shù)據(jù)每秒多少字節(jié)總比波特率的1/8 少。為了提高速度，常去掉這些標(biāo)志，采用同步傳送。由于數(shù)據(jù)塊傳遞開始要用同步字符來指示，同時(shí)要求由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復(fù)雜。同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。

　　現(xiàn)在我們將用一個(gè)實(shí)例來剖析一下它到底是如何控制數(shù)據(jù)收發(fā)的，單片機(jī)串口將接收PC 機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光管做指示。

　　首先，我們來看一下這個(gè)實(shí)例所涉及到的理論基礎(chǔ)知識。PIC 單片機(jī)有全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232 電平（邏輯擺幅大，邏輯1 為-3 ～ -15V，邏輯0 為+3 ～ +15V），而單片機(jī)的串口是TTL 電平（邏輯擺幅小邏輯1 為>2.4V, 邏輯0 為<0.4V），兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。

　　MAX232 芯片是MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路收發(fā)和電荷泵升壓電路，外部引腳和內(nèi)部電路如圖3所示：

　　在實(shí)際應(yīng)用中一般采用如圖4 所示的硬件電路圖，這是簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了。

　　為了能夠在電腦端看到單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，我們必須借助一個(gè)PC 機(jī)（上位機(jī)）的軟件進(jìn)行觀察，這里我們推薦一個(gè)的電腦串口調(diào)試軟件——串口調(diào)試助手，軟件界面如圖5 所示。

　　軟件可以設(shè)定串口號、波特率、校驗(yàn)位等參數(shù)，非常實(shí)用。在實(shí)際應(yīng)用中一定要保證上位機(jī)設(shè)置與單片機(jī)相統(tǒng)一，否則數(shù)據(jù)將會(huì)出錯(cuò)。串口調(diào)試助手可以從https://www.hificat.com/ 使用。

　　對于下位機(jī)軟件的編程，我們使用MPLab IDE 軟件來進(jìn)行C 語言編程，它是我們的編程環(huán)境，同時(shí)我們可以通過使用ICD2 仿真燒寫器和增強(qiáng)型PIC實(shí)驗(yàn)板連接進(jìn)行程序的仿真調(diào)試和燒寫步驟，具體的操作步驟，我們已經(jīng)在前幾期做了詳細(xì)的說明和介紹，在此就不再重復(fù)說明，讀者朋友可以參閱以前的文章或直接登陸https://www.hificat.com/pic_demo/pic_demo.asp 查看資料?，F(xiàn)在我們可以輸入程序代碼進(jìn)行調(diào)試了，我們在MPLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時(shí)進(jìn)行芯片型號的選擇和配置位的設(shè)置，我們實(shí)驗(yàn)所用的芯片型號為PIC16F877A。編寫的程序代碼如下：

　　#include<pic.h> / 包含單片機(jī)內(nèi)部資源預(yù)定義

　　unsigned char recdata;

　　void delay（） // 延時(shí)子程序

　　{

　　unsigned int k;

　　for（k=0;k<300;k++）；

　　}

　　//------------------------------

　　// 主程序

　　void main（）

　　{

　　TRISC=0xC0; // 設(shè)置C 口方向

　　TRISA=0XC0; //RA0--RA5 為輸出

　　SPBRG=0X19; // 設(shè)置波特率為9600BPS

　　TXSTA=0X24; // 使能串口發(fā)送，選擇高速波特率

　　RCSTA=0X90; // 使能串口工作，連續(xù)接收

　　RCIE=0X1; // 使能接收中斷

　　GIE=0X1; // 開放全局中斷

　　PEIE=0X1; // 使能外部中斷

　　while（1） // 等待中斷

　　{

　　switch （recdata）

　　{

　　case 0x01:PORTC=0x01;break;

　　case 0x02:PORTC=0x02;break;

　　case 0x03:PORTC=0x04;break;

　　case 0x04:PORTC=0x08;break;

　　case 0x05:PORTC=0x10;break;

　　case 0x06:PORTC=0x20;break;

　　}

　　delay（）；

　　}

　　}

　　//------------------------------

　　// 中斷函數(shù)

　　void interrupt usart（void）

　　{

　　if（RCIF） // 判斷是否為串口接收中斷

　　{

　　RCIF=0;

　　recdata=RCREG; // 接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)

　　TXREG=recdata; // 返送接收到的數(shù)據(jù) // 把接

　　收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回去

　　}

　　}

　　編好程序后，讀者朋友可以將編譯好的HEX 通過ICD2 仿真燒寫器燒入單片機(jī)芯片，然后上電運(yùn)行。首先，我們打開串口調(diào)試助手，設(shè)定好串口序號、波特率等相關(guān)參數(shù)，具體參數(shù)見圖6 所示，然后我們發(fā)送十六進(jìn)制數(shù)“01”，我們的思路是發(fā)送數(shù)據(jù)“01”，則點(diǎn)亮實(shí)驗(yàn)板上個(gè)LED 發(fā)光管；發(fā)送數(shù)據(jù)“02”，則點(diǎn)亮板上第二個(gè)LED 發(fā)光管，現(xiàn)在我們發(fā)送了“01”后，我們可以看到實(shí)驗(yàn)板上的個(gè)發(fā)光管已點(diǎn)亮，如圖7 所示，同樣，你可以試一下用串口調(diào)試助手發(fā)送其它數(shù)據(jù)內(nèi)容，板子上將會(huì)出現(xiàn)何種現(xiàn)象。

　　我們輸入了這么長一段程序后，作為初學(xué)者的讀者一定對有些語句會(huì)有點(diǎn)疑問，下面我們就來一起結(jié)果實(shí)際，看一下一些關(guān)鍵程序語句的作用。

　　#include<pic.h> 語句用來加載PIC 庫文件，頭部recdata 變量的定義是用來存放我們接收到的串口數(shù)據(jù)，void delay （） 是延時(shí)函數(shù)，TRISC、TRISA 相關(guān)的語句用來設(shè)置RC、RA 口的輸入、輸出狀態(tài)，在此我們設(shè)置為輸出。SPBRG=0X19 至PEIE=0X1 這些語句，分別是對串口通信參數(shù)的配置與開啟中斷使能， while（1） 是死循環(huán)語句，即周而復(fù)始地執(zhí)行{ } 內(nèi)的語句體，如我們現(xiàn)在的程序中的作用即是不停地判斷recdata 這個(gè)變量，也就是不停地判斷串口接收到的數(shù)據(jù)是否為0x01、0x02??

　　0x06 這些數(shù)據(jù)，通過判斷不同的數(shù)值，再點(diǎn)亮板上LED 發(fā)光管，即PORTC 端口的賦值。在程序尾部有個(gè)interrupt usart（） 函數(shù)，它是我們的中斷處理函數(shù)，當(dāng)有串口中斷產(chǎn)生時(shí)，就會(huì)進(jìn)入這個(gè)函數(shù)體，函數(shù)體中語句的主要作用是把接收到的串口數(shù)據(jù)放到變量recdata 中，同時(shí)將接收到的數(shù)據(jù)再返回給上位機(jī)，即回傳給PC 機(jī)，這樣就進(jìn)行了完整的雙向通信。

　　RS232 串口通信的原理與使用我們講到這里，接下來幾期，我們將繼續(xù)一起學(xué)習(xí)增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板的其它各部分資源的原理與使用，使你對單片機(jī)應(yīng)用的各方面知識都有所入門與提高。增強(qiáng)型PIC實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)資源豐富，可做實(shí)驗(yàn)有：6 位LED 數(shù)碼管、8 路LED、直控鍵盤、蜂鳴器喇叭、繼電器試驗(yàn)、I2C 總線接口、SPI 總線接口、160X 液晶、128X64液晶、紅外接收頭接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口、AD模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換接口、串行時(shí)鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20 接口、RS232 串口通訊、外擴(kuò)展接口以便外接更多的實(shí)驗(yàn)資源。