单片机GPIO口模拟串口的方法

原文地址：http://blog.chinaunix.net/uid-9688646-id-3053654.html

随着单片机的使用日益频繁，用其作前置机进行采集和通信也常见于各种应用，一般是利用前置
机采集各种终端数据后进行处理、存储，再主动或被动上报给管理站。这种情况下下，采集会需
要一个串口，上报又需要另一个串口，这就要求单片机具有双串口的功能，但我们知道一般的51
系列只提供一个串口，那么另一个串口只能靠程序模拟。
本文所说的模拟串口， 就是利用51的两个输入输出引脚如P1.0和P1.1，置1或0分别代表高低电
平，也就是串口通信中所说的位，如起始位用低电平，则将其置0，停止位为高电平，则将其置
1，各种数据位和校验位则根据情况置1或置0。至于串口通信的波特率，说到底只是每位电平持续
的时间，波特率越高，持续的时间越短。如波特率为9600BPS，即每一位传送时间为
1000ms/9600=0.104ms，即位与位之间的延时为为0.104毫秒。单片机的延时是通过执行若干条
指令来达到目的的，因为每条指令为1-3个指令周期，可即是通过若干个指令周期来进行延时的，
单片机常用11.0592M的的晶振，现在我要告诉你这个奇怪数字的来历。用此频率则每个指令周期
的时间为(12/11.0592)us，那么波特率为9600BPS每位要间融多少个指令周期呢？
指令周期s=(1000000/9600)/(12/11.0592)=96，刚好为一整数，如果为4800BPS则为
96x2=192，如为19200BPS则为48，别的波特率就不算了，都刚好为整数个指令周期，妙吧。至于
别的晶振频率大家自已去算吧。
现在就以11.0592M的晶振为例，谈谈三种模拟串口的方法。

方法一：延时法

通过上述计算大家知道，串口的每位需延时0.104秒，中间可执行96个指令周期。
#define uchar unsigned char
sbit P1_0 = 0x90;
sbit P1_1 = 0x91;
sbit P1_2 = 0x92;
#define RXD P1_0
#define TXD P1_1
#define WRDYN 44 //写延时
#define RDDYN 43 //读延时

//往串口写一个字节
void WByte(uchar input)
{
uchar i=8;
TXD=(bit)0; //发送启始
位
Delay2cp(39);
//发送8位数据位
while(i--)
{
TXD=(bit)(input&0x01); //先传低位
Delay2cp(36);
input=input>>1;
}
//发送校验位(无)
TXD=(bit)1; //发送结束
位
Delay2cp(46);
}

//从串口读一个字节
uchar RByte(void)
{
uchar Output=0;
uchar i=8;
uchar temp=RDDYN;
//发送8位数据位
Delay2cp(RDDYN*1.5); //此处注意，等过起始位
while(i--)
{
Output >>=1;
if(RXD) Output |=0x80; //先收低位
Delay2cp(35); //(96-26)/2，循环共
占用26个指令周期
}
while(--temp) //在指定的
时间内搜寻结束位。
{
Delay2cp(1);
if(RXD)break; //收到结束位便退出
}
return Output;
}

//延时程序*
void Delay2cp(unsigned char i)
{
while(--i); //刚好两个
指令周期。
}

此种方法在接收上存在一定的难度，主要是采样定位存在需较准确，另外还必须知道
每条语句的指令周期数。此法可能模拟若干个串口，实际中采用它的人也很多，但如果你用Keil
C，本人不建议使用此种方法，上述程序在P89C52、AT89C52、W78E52三种单片机上实验通过。

方法二：计数法

51的计数器在每指令周期加1，直到溢出，同时硬件置溢出标志位。这样我们就可以
通过预置初值的方法让机器每96个指令周期产生一次溢出，程序不断的查询溢出标志来决定是否
发送或接收下一位。

//计数器初始化
void S2INI(void)
{
TMOD |=0x02; //计数器0，方式2
TH0=0xA0; //预值为256-96=140，十六进制A0
TL0=TH0;
TR0=1; //开始计数
TF0=0;
}

void WByte(uchar input)
{
//发送启始位
uchar i=8;
TR0=1;
TXD=(bit)0;
WaitTF0();
//发送8位数据位
while(i--)
{
TXD=(bit)(input&0x01); //先传低位
WaitTF0();
input=input>>1;
}
//发送校验位(无)
//发送结束位
TXD=(bit)1;
WaitTF0();
TR0=0;
}
//查询计数器溢出标志位
void WaitTF0( void )
{
while(!TF0);
TF0=0;
}
接收的程序，可以参考下一种方法，不再写出。这种办法个人感觉不错，接收和发送
都很准确，另外不需要计算每条语句的指令周期数。

方法三：中断法

中断的方法和计数器的方法差不多，只是当计算器溢出时便产生一次中断，用户可以
在中断程序中置标志，程序不断的查询该标志来决定是否发送或接收下一位，当然程序中需对中
断进行初始化，同时编写中断程序。本程序使用Timer0中断。
#define TM0_FLAG P1_2 //设传输标志位
//计数器及中断初始化
void S2INI(void)
{
TMOD |=0x02; //计数器0，方式2
TH0=0xA0; //预值为256-96=140，十六进制A0
TL0=TH0;
TR0=0; //在发送或
接收才开始使用
TF0=0;
ET0=1; //允许定时
器0中断
EA=1; //中断允许
总开关
}

//接收一个字符
uchar RByte()
{
uchar Output=0;
uchar i=8;
TR0=1; //启动Timer0
TL0=TH0;
WaitTF0(); //等过起始
位
//发送8位数据位
while(i--)
{
Output >>=1;
if(RXD) Output |=0x80; //先收低位
WaitTF0(); //位间延时
}
while(!TM0_FLAG) if(RXD) break;
TR0=0; //停止
Timer0
return Output;
}
//中断1处理程序
void IntTimer0() interrupt 1
{
TM0_FLAG=1; //设置标志位。
}
//查询传输标志位
void WaitTF0( void )
{
while(!TM0_FLAG);
TM0_FLAG=0; //清标志位
}
中断法也是我推荐的方法，和计数法大同小异。发送程序参考计数法，相信是件很容
易的事。
另外还需注明的是本文所说的串口就是通常的三线制异步通信串口（UART），只用RXD、TXD、
GND。

附：51 IO口模拟串口通讯C源程序（定时器计数法）

#include
sbit BT_SND =P1^0;
sbit BT_REC =P1^1;
/**********************************************

IO 口模拟232通讯程序

使用两种方式的C程序 占用定时器0

**********************************************/

#define MODE_QUICK

#define F_TM F0

#define TIMER0_ENABLE TL0=TH0; TR0=1;
#define TIMER0_DISABLE TR0=0;

sbit ACC0= ACC^0;
sbit ACC1= ACC^1;
sbit ACC2= ACC^2;
sbit ACC3= ACC^3;
sbit ACC4= ACC^4;
sbit ACC5= ACC^5;
sbit ACC6= ACC^6;
sbit ACC7= ACC^7;

void IntTimer0() interrupt 1
{
F_TM=1;
}
//发送一个字符
void PSendChar(unsigned char inch)
{
#ifdef MODE_QUICK
ACC=inch;

F_TM=0;
BT_SND=0; //start bit
TIMER0_ENABLE; //启动
while(!F_TM);

BT_SND=ACC0; //先送出低位
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC1;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC2;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC3;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC4;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC5;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC6;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=ACC7;
F_TM=0;
while(!F_TM);

BT_SND=1;
F_TM=0;
while(!F_TM);


TIMER0_DISABLE; //停止timer
#else
unsigned char ii;

ii=0;

F_TM=0;
BT_SND=0; //start bit
TIMER0_ENABLE; //启动
while(!F_TM);

while(ii<8)
{
if(inch&1)
{
BT_SND=1;
}
else
{
BT_SND=0;
}
F_TM=0;
while(!F_TM);
ii++;
inch>>=1;
}
BT_SND=1;
F_TM=0;
while(!F_TM);

#endif
TIMER0_DISABLE; //停止timer
}
//接收一个字符
unsigned char PGetChar()
{
#ifdef MODE_QUICK

TIMER0_ENABLE;
F_TM=0;
while(!F_TM); //等过起始位
ACC0=BT_REC;

TL0=TH0;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC1=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC2=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC3=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC4=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC5=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC6=BT_REC;

F_TM=0;
while(!F_TM);
ACC7=BT_REC;

F_TM=0;

while(!F_TM)
{
if(BT_REC)
{
break;
}
}
TIMER0_DISABLE; //停止timer
return ACC;
#else
unsigned char rch,ii;
TIMER0_ENABLE;
F_TM=0;
ii=0;
rch=0;
while(!F_TM); //等过起始位

while(ii<8)
{
rch>>=1;
if(BT_REC)
{
rch|=0x80;
}
ii++;
F_TM=0;
while(!F_TM);

}
F_TM=0;
while(!F_TM)
{
if(BT_REC)
{
break;
}

}
TIMER0_DISABLE; //停止timer
return rch;

#endif

}
//检查是不是有起始位
bit StartBitOn()
{
return (BT_REC==0);

}
void main()
{
unsigned char gch;

TMOD=0x22; /*定时器1为工作模式2(8位自动重装)，0为模式2(8位
自动重装) */
PCON=00;

TR0=0; //在发送或接收才开始使用
TF0=0;
TH0=(256-96); //9600bps 就是 1000000/9600=104.167微秒 执行的
timer是
//
104.167*11.0592/12= 96
TL0=TH0;
ET0=1;
EA=1;

PSendChar(0x55);
PSendChar(0xaa);
PSendChar(0x00);
PSendChar(0xff);

while(1)
{
if(StartBitOn())
{
gch=PGetChar();
PSendChar(gch);
}
}

}