Реализация последовательной асинхронной передачи данных в микроконтроллерах PIC

Комплектующие, радиокомпоненты / Радиодетали / Микросхемы
Administrator
629
10-05-2018, 20:14
0

Введение.
Серия PIC16Cxx от Microchip Technology, Inc. - это второе поколение высокопроизводительных восьмиразрядных микроконтроллеров на базе EPROM. Некоторые микроконтроллеры из этой серии (например PIC16C71 и PIC16C84) не имеют встроенного последовательного асинхронного порта. Эта статья содержит описание последовательного асинхронного интерфейса ( полудуплексное RS-232 соединение ) с программной обработкой прерывания для микроконтроллеров PIC16Cxx. Эти микроконтроллеры могут работать на очень большой скорости, с минимальной длительностью такта 250нс ( при частоте 16МГц ). Для тестирования RS-232 режима предлагается использовать простой цифровой вольтметр / систему опроса данных ( Digital Volt Meter / Analog Data Acquisition Systems ) выполненный на PIC16C71, Этот прибор принимает команды от ПК и передает обратно восмибитные значения с выбранного АЦП канала.

Реализация.
Ниже приведено подробное описание реализации полудуплексного RS-232 интерфейса с программной обработкой прерывания для PIC16C71. В программе примера в качестве передающего выхода используется RB7, а для приема – RTCC/RA4. Конечно, и вход и выход соединяются через соответствующий преобразователь уровней сигнала RS-232 / ТТЛ. Описание преобразователя уровней напряжения дано в разделе Аппаратная часть.

Режим передачи.
Передающий режим в программе напрямую связан с использованием прерывания. Зная частоту, на которой работает микроконтроллер и скорость передачи в Бодах, можно вычислить сколько машинных циклов составляет длительность передаваемых импульсов. Счетчик машинных циклов микроконтроллера ( RTCC ), вместе с определенной предустановкой может быть использован для генерации прерывания при переполнении RTCC. Это прерывание, вызванное переполнением счетчика, может быть использовано как сигнал для передачи очередного бита. В представляемой здесь программе рабочая частота микроконтроллера ( '_ClkIn' ) и скорость передачи ( '_BaudRate' ) программируются пользователем. В общих временных установках по этим значениям вычисляется таймаут счетчика ( длительность одного передаваемого бита в машинных циклах ). Предустановка для счетчика может быть указана или нет, это тоже определяется в общих временных установках. Вычисления выполняются в заголовке файла 'rs232.h'. Обратите внимание, что наиболее высокая скорость передачи может быть достигнута, если вместо использования прерываний применять паузы, формируемые программой. Конечно, в этом случае процессор будит занят только этой работой.
Передача байта выполняется вызовом функции 'PutChar', при этом байт данных, находящийся в регистре 'TxReg' передается на выход. Перед тем, как вызвать эту функцию ( 'PutChar' ), данные должны быть загружены в 'TxReg', а так же необходимо убедиться, что последовательный порт в данный момент свободен. Последовательный порт свободен, если оба бита '_txmtProgress' и '_rcvOver' очищены ( смотри описание регистра состояния/управления, которое приведено ниже ).
Основные моменты применения функции 'PutChar'.
1) Убедитесь, что биты '_txmtProgress' и '_rcvOver' очищены.
2) Загрузите передаваемые данные в 'TxReg'.
3) Вызовите функцию 'PutChar'.

Режим приема.
Реализация приемного режима немного отличается от передающего. В отличии от передачи ( в программе примера в качестве выхода TX используется выход RB7, но это может быть и любой другой выход ) приемный вход должен быть соединен только с RTCC/RA4 входом. Это связано с тем, что при приеме первый стартовый бит должен быть детектирован в асинхронном режиме. Для детектирования стартового бита в режиме приема, RTCC модуль конфигурируется в режим счетчика. Регистр OPTION конфигурируется так, что RTCC модуль переходит в режим счетчика ( увеличивается на 1 по заднему фронту сигнала на входе RTCC/RA4 ). После такой установки в RTCC записывается значение 0xFF. Задний фронт сигнала на входе RTCC изменяет состояние счетчика RTCC с 0xFF на 0x00, что вызывает прерывание, сигнализирующее о стартовом бите. После этого RTCC/RA4 вход проверяется еще раз, чтобы быть уверенным, что изменение на входе не было помехой. Когда стартовый бит детектирован, RTCC модуль перенастраивается на увеличение от внутреннего генератора, а предустановка счетчика при этом зависит от частоты тактового генератора и скорости передачи, ( конфигурируются так же, как в передающем режиме ). Программа последовательного порта переходит в режим приема при вызове функции 'GetChar'. Перед вызовом этой функции необходимо убедиться, что порт свободен ( в '_txmtProgress' и '_revOver' битах статуса должны быть 0 ). После завершения приема байта данные сохраняются в регистре 'RxReg', и бит '_revOver' обнуляется.
Основные моменты применения функции 'GetChar'.
1) Убедитесь, что биты '_txmtProgress' и '_rcvOver' очищены.
2) Вызовите функцию 'GetChar'.
3) Принятый байт сохраняется в в регистре 'RxReg', после чего бит '_revOver' обнуляется.

Генерация четности.
Проверка четности может быть разрешена в общих временных установках переводом флага '_PATITY_ENABLE' в состояние TRUE. Если четность разрешена, она может быть выбрана 'EVEN' или 'ODD' ( проверка на нечетность или на четность ). В режиме передачи, если проверка на четность разрешена, вычисляется и передается девятым бит четности. В режиме приема четность вычисляется из принятого байта и сравнивается с девятым принятым битом. Если эти значения не совпадают, в регистре Состояния / Управления ( RS-232 Status / Control Register ) будет установлен бит '_ParityErr'. Бит четности вычисляется по алгоритму, указанному на рис. 1. Для реализации этого алгоритма очень эффективно использовать команды PIC16Cxx 'SWAPF' и 'XORWF' ( со способностью сохранять результаты операций как в том же регистре, так и в W регистре ). Подпрограмма генерации четности называется 'GenParity' находится в файле 'txmtr.asm'.

Рис.2 Алгоритм вычисления значения четности.
Временные параметры.
Представляемая в этой статье программа является универсальной для данного направления ( то есть вроде шаблона, который подходит всем ), поэтому пользователь перед ассемблированием должен указать характерные для него параметры.

_ClkIn	Тактовая частота генератора микроконтроллера.
_BaudRate	Описание скорости передачи. Могут быть использованы любые обоснованные значения. Максимальная скорость зависит от тактовой частоты генератора микроконтроллера. При частоте 4Мгц возможна передача со скоростями 600 .. 4800 Бод. Для скорости 600 .. 19200 Бод необходимо, чтобы микроконтроллер работал на частоте 10МГц. С повышением частоты может быть достигнут больший темп. Если '_ClkIn' и '_BaudRate' заданы, программа автоматически определяет все соответствующие временные настройки.
_DataBits	Может быть определено от 1 до 8.
_StopBits	Ограничено одним стопбитом. Может быть установлено в 1.
_PARITY_ENABLE	'_PARITY_ENABLE' флаг. Может быть установлен в TRUE или в FALSE. Если четность проверяется – установите TRUE, иначе – FALSE. Смотрите ниже описание флага '_ODD_PARITY'.
_ODD_PARITY	Устанавливается TRUE или FALSE. Если TRUE, значит выполняется проверка на четность, иначе – на нечетность. Этот флаг игнорируется если '_PARITY_ENABLE' установлен в FALSE.
_USE_TRSCTS	TRS и CTS – сигналы аппаратного контроля передачи. Если это бит установлен в FALSE – аппаратный контроль не используется. Если в TRUE - TRS и CTS линии используют еще два выхода PORTB.

Установки регистра Состояния / Управления ( Serial Status / Control Register ).

Бит #	Имя	Описание
0	_txmtProgress	1 - говорит о том, что выполняется передача. 0 – передающая линия свободна.
1	_txmtEnable	При инициализации этот бит устанавливается в 1 для разрешения передачи. Этот бит может быть использован для прерывания передачи. Передача будит прервана если во время ее выполнения ( когда '_txmtProgress' находится в 1 ) установить бит '_txmtEnable' в 0. Этот бит устанавливается автоматически когда вызывается функция 'PutChar'.
2	_rcvProgress	Это бит находится в 1 во время приема байта. Он сбрасывается в 0 когда прием байта закончен и устанавливается в 1 когда в режиме приема детектируется стартовый бит.
3	_rcvOver	0 говорит о том, что прием байта закончился. Ваша программа может опрашивать этот бит после вызова функции 'GetChar' и проверять установлен ли он. Если сброшен в 0, значит, принятый байт находится в 'RxReg'. Другие биты состояния также должны быть просмотрены, чтобы проверить не было ли ошибок при приеме.
4	_ParityErr	1 говорит о том, что есть ошибка четности в принятых данных ( независимо ото того, что выбрано – проверка на четность ( 'ODD' ) или на нечетность ( 'EVEN' ) ) Не используется если проверка четности отключена.
5	_FrameErr	1 говорит о наличии ошибки кадра при приеме.
6		Не используется.
7	_parityBit	Девятый бит при приеме и передаче. В передающем режиме в этот бите передается информация о четности передаваемого байта. В режиме приема в этом бите сохраняется девятый бит принятого байта. Не используется если проверка четности отключена.

Аппаратная часть.
Аппаратная часть – это в первую очередь решение проблемы совместимости уровней RS-232 с уровнями ТТЛ. Ниже приведены три схемы, и пользователь может выбрать ту из них, которая для него лучше подходит. Основное отличие между предложенными вариантами – это соотношение цены и количества элементов. Схемы на рис.3 и рис.4 очень дешевы, но имеют больше элементов по сравнению со схемой, представленной на рис.2. В схеме на рис.2 в качестве интерфейса RS-232 используется одна микросхема (MAX232) и один источник питания +5В. Схема на рис.2 имеет более дешевый интерфейс RS-232, но требует две микросхемы при одном источнике питания +5В.
На рис.4 представлен очень дешевый RS-232 интерфейс, не требующий внешнего источника питания. Схема питается от порта RS-232 ( выход DTR ) и потребляет не более 5мА. При этом необходимо, чтобы на линии DTR был установлен высокий уровень, а на линии RTS – низкий. Напряжение на выходе DTR должно быть не менее +7В. Отрицательное напряжение, необходимое для питания LM339, снимается с выхода RTS, оно должно быть в пределах -5 ..-10В. Применение такой схемы возможно по тому, что PIC16C71 имеет низкое потребление ( обычно 2мА ).

Рис.2 Интерфейс RS-232 на одной микросхеме ( один источник питания +5В ).
Рис.3 Дешевый интерфейс RS-232 ( две микросхемы, один источник питания +5В ).

Рис.4 Дешевый интерфейс RS-232 с низким потреблением ( питается от порта RS-232 ).
Тестевая программа.
Для тестирования передающего и принимающего модулей используется программа 'rs232', написанная для PIC16C71. При запуске программа ждет, когда от ПК через RS-232 порт поступит команда. При приеме байта ( возможны команды 0x00, 0x01,0x02 и 0x03 ), принятые данные воспринимаются как номер АЦП канала PIC16C71. После выбора соответствующего канала, выполняется АЦП преобразование, и затем ( примерно через 20мс ) данные в цифровом виде ( 8 бит ) передаются назад в ПК. Программа DVD.exe работает на IBM PC под Windows. Она работает как сборщик АЦП данных, читаемых из PIC16C71 через RS-232 порт. Программа работает в фоновом режиме и отображает АЦП данные в небольшом окне ( похожее на окно с часами в Windows 3.1 ). Программа и PIC16C71 вместе работают как опрашивающая система или цифровой вольтметр ( DVM ). Следует использовать следующие настройки: частота генератора - 4МГц, параметры RS-232: 1200 Бод, 8Бит.
Рис.5 Программа, отображающая АЦП данные, принятые от PIC16C71 через RS-232.
Исходный код.
Программа для PIC16Cxx вместе с тестевой программой DVM доступны здесь Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера . Программа на ассемблере для PIC16Cxx должна быть ассемблирована с помощью Microchip's Universal Assembler - MPASM. Эта программа не может быть ассемблирована старым ассемблером. Поэтому пользователи, использующие старую версию MPASM, должны его обновить.
Программа DVM работает в фоновом режиме, не имеет ни каких меню, она выполнена как небольшое окно, в котором отображаются АЦП данные. Ниже приведены несколько команд программы, запускаемых из командной строки.
- Px : x – номер COM порта ( например P2 выбирает порт COM2 ). По умолчанию – COM1
- Cy : y – номер отображаемого АЦП канала. По умолчанию первый канал.
- Sz : z определяет формат отображения данных.

Источник: http://pic16f84.narod.ru

Обсудить на форуме