针对PIC微控制器的设计窍门

除了可在广泛应用的Microchip公司PIC微控制器芯片中挤出更多特性外，本文探讨的诸如增加额外串口以及在8位芯片上进行32位运算等技巧，也可适用于其它微控制器。

　　图1：作为异步串行数据的ASCII码字母“Q”(0x51)。

　　尽管Microchip公司不断为其日益扩大的PIC微控制器产品线增加更多功能，但有时设计工程师只需其中一小部分功能。也许设计工程师还需要目前尚不存在的一组特性，或者继承了一种设计但不能升级，或者可能只想进行试验并打破以往传统限制。本文将介绍一些挖掘各种PIC产品极限的应用方法，其中一些技巧也适用于其它微控制器，但这里只介绍用于PIC的源代码与具体示例。本文还将分析一些方法，它们是关于如何增加另一个异步串口、更容易地处理精度扩展(32位或更高)算法、增强并行从端口以及如何使用一些异步串口常被忽略的特性。

　　异步串口

　　许多PIC都具有一个或两个异步串口，但如果它们不够用，那么位拆裂(Bit-banging)剩余I/O管脚是一种常用的解决方案，且适用于整个PIC系列。但这种方案是软件密集型的，它在保持可靠通信所需的关键时序的同时，将难以进行其它任何操作。另一种选择方案是检测起始位的上升沿，并采用定时器中断来读取数据。这种方法在位拆裂方法的基础上有了很大改进，但仍需要大量的软件开销以处理每一位的中断，而面向任何中断的延迟都可能导致同步问题。

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　　图2：作为同步串行数据的ASCII码字母“Q”(0x51)。

　　大多数PIC还提供一个串行外围接口(SPI)。仅需很小开销，普通的同步SPI就可被设计成能够接收标准的异步传输。

　　一个典型的异步数据流包括一个起始位(总为0)、8个数据位(最低有效位在前)以及一个终止位(总为1)。图1给出了一个接收ASCII码字母“Q”(16进制为51)的例子，也可采用更少的数据位或者增加一个奇偶校验位或额外的终止位。

　　SPI端口也采用8位数据，但它同步在两个不同管脚上发送和接收字节。数据时钟可消除对起始位或终止位的需要，且最高有效位在前。图2显示由SPI端口发送的一些数据，SPI端口在每个时钟的下降沿接收数据，在上升沿发送数据。

　　开始启动

　　一旦被接收，数据肯定被翻转，但如果SPI时钟的下降沿与每一个异步数据位的中心同步，那么数据也可能保持原样。起始位的下降沿提供最初的同步记号，其它同步记号则利用PIC的一个SPI选项。这里有好几种定时选项，包括使用定时器TMR2等。TMR2计数直到其值等于特殊函数寄存器PR2的值，然后TMR2触发SPI时钟并复位为0，接着再继续计数。如果TMR2从大于PR2的值开始计数，则第一个时间间隔将比平常的时钟周期要长，因为它首先要复位到0(如图3所示)。

　　图3：TMR2在起始位的前沿初始化为 -PR2。

　　SPI端口接管产生同步记号的任务后，它将用所有的8个数据位进行计时而无需其它开销。但它会占用从起始位上升沿到TMR2与SPI端口正确初始化这段时间，从而导致中断延迟，如果启用优先级更高的中断，延迟时间将更长。不过不用担心这种中断延迟，因为PIC还有另一个秘密武器。许多PIC都具有两个或多个捕获/比较/PWM模块，I/O管脚可在下降沿上捕获定时器的值，在起始位的上升沿则将TMR1值存储在一个CCPRx特殊函数寄存器中，并产生一次中断。中断服务程序将带有TMR1-CCPRx-PR2值的TMR2初始化，以消除掉任何延迟。列表1给出的是一个典型的中断程序。 [next]

　　可选的“if(!CCP1)”行可确认输入管脚是否仍为低，以避免将瞬间毛刺读成串行数据。由于-PR2(未标出)必须大于PR2，所以应仔细选择TMR2的预定标器的值，并使TMR1的预定标器的值与之一样。在上面例子中，dTim2PR2为52。最坏情况下的中断延迟应该小于串行数据速率，例如在9,600波特上，该值大约为104微秒或16MHz PIC上416条指令的执行时间。SPI中断正好能够隐藏数据并启用下一个字节的CCP1中断，但切记在某些时刻翻转数据位。

　　尽管设计工程师通常不能控制输入数据的到达时间，且两个接收器必须时刻保持警惕，但设计者通常能交替使用两个发送器。有很多方法可用来处理硬件路由，仅需少数几个逻辑门或晶体管以及一个输出位就可进行这种选择。图4显示采用一个含4个NAND门的74HC00的方法。可在“串口1”上“选择”高速发送，在“串口2”上“选择”低速发送，这两种路径的“数据输入”都来自TX管脚。

　　图4：利用一个4与非门来控制两个串口。

　　帧错误(FERR)标记

PIC异步串口的状态位包括FERR标记。FERR表示终止位为低而不是所要求的高，这表明发送方的波特率低于接收方的波特率，并且预期的终止位的确是一个数据位。也可用FERR来检测RS-232的“中断”条件