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在用單片機開發各種嵌入式應用系統中，由于異步串行通訊連接簡單，因而成為經常用到的一種通信模式，很多應用中還要求實現多路異步串行通信。為了提高系統的性能價格比，就要求設計工程師用軟件增加實現一路或多路異步串行通信。本文即是對模擬串口的波特率做出的一點分析。
首先簡單的介紹一下串行異步通訊的數據格式定義，發送或接收一個完整的字節信息，必須有“起始位”、“若干數據位”、“奇偶校驗位”和“停止位”；定義每位信息的時間寬度——每秒發送的信息位個數，即為“波特率”。本文附帶的模擬串口源程序采用數據幀的格式為 1位起始位（低電平），8位數據位（先低位在高位），1位停止位（高電平），且在線路空閑狀態時總是保持為高電平。當在11M晶振時鐘頻率下，采用波特率為9600或19200時。該模擬串口都可以無誤差的進行傳輸，具體分析后面進行。
參照源程序，我們知道，在這個模擬串口設計中，模擬的是單片機串行異步通訊方式1，由P1^0做接收端，P1^1做發送端，通過定時器1定時溢出中斷來確定每位數據的時間，由StartBitOn()函數不斷查詢接收端的狀態，當出現低電平（即起始位）的時候，調用接收程序，接收發送的數據。
針對以下附帶的源程序分析知，PGetChar()，PSendChar()都是通過移位方式來接收數據，每接收一位數據，需要定時器溢出產生中斷一次，故要得到一幀的數據，就必須經過10個數據位的時間才能完成，同樣的，在模擬串口的發送端，要完整的發送一幀數據也要經過10個數據位的時間。因而在如下連接時，引出了以下的問題。
當RS232單次發送一個字符時，可以正常接收和發送回RS232。
當RS232連續發送一串字符時，通過模擬串口返回給RS232的字符只有原來的一半。如發送1234567890這樣一個字符串時，接收的字符為13579。
那為什么在單獨發送一個字符是不會丟失，而連續發送時就只有原來的一半了呢！
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| PC |---------->| PGetChar() |
| RS232| | | MCU |
| | | V |
| |<----------| PSendChar() |
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源程序：
/**********************************************
IO 口模擬232串行異步通訊程序
**********************************************/
#include <reg51.h>
sbit BT_SND =P1^1;
sbit BT_REC =P1^0;
#define F_TM F0 //自定義標志位，作為中斷標志位
#define TIMER0_ENABLE TL0=TH0; TR0=1;//TR0 = 1,啟動T
#define TIMER0_DISABLE TR0=0;
// Acc 累加器做發送的移位寄存器
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;
//定時器計數器0的中斷
void IntTimer0() interrupt 1
{
F_TM=1;
}
//發送一個字符
//數據格式一個啟動位（0），8數據位，一個停止位（1）
void PSendChar(unsigned char Getch)
{
ACC=Getch;
F_TM=0;
BT_SND=0; //啟動位
TIMER0_ENABLE; //記數器0啟動
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
}
//接收一個字符
unsigned char PGetChar()
{
unsigned char rch,ii;
TIMER0_ENABLE;
F_TM=0;
ii=0;
rch=0;
while(!F_TM); //等過起始位
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;
}
//檢查是不是有起始位
bit StartBitOn()
{
return (BT_REC==0);
}
void main()
{
unsigned char Getch;
TMOD=0x22; /*定時器1為工作模式2(8位自動重裝)，0為模式2(8位
自動重裝) */
PCON=00;
TR0=0; //在發送或接收才開始使用
TF0=0;
TH0=(256-96); //9600bps 就是 1000000/9600=104.167微秒 執行的
//時間是104.167*11.0592/12= 96
TL0=TH0;
ET0=1;//定時器/記數器T0的溢出中斷允許位，ET，允 許中斷
EA=1;
while(1)
{
if(StartBitOn())
{
Getch=PGetChar();
PSendChar(Getch);
}
}
}
實驗環境：
串口調試助手軟件
AT89S51單片機及相應的硬件設備
win2000操作系統
原因分析如下：
PC的RS232像單片機發送1234567890字符串時，是連續一次發送的。當StartBitOn()檢測到低電平起始位時，運行Getch=PGetChar()函數，顯然上面說過要得到一幀的數據，就必須經過10個數據位的時間，同樣運行PSendChar(Getch)函數時，也必須經過10個數據位的時間，且都是在忽略單片機本身執行指令的時間得到的。因而在當單片機接收了一個數據在接收下一位數據期間，必須至少消耗20個數據位的時間，等它在開始檢測起始位時候，已經傳輸到第三個字符了，因而才會出現第上面的情況，當發送1234567890，而接收的字符是13579的原因。也就才會出現了很多工程師朋友們會對用軟件實現的UART在可靠性和效率方面持懷疑態度的現象
if(StartBitOn())
{
Getch=PGetChar(); //采用移位方式要消耗10個數據位的時間
PSendChar(Getch); //采用移位方式要消耗10個數據位的時間
}
BT_REC 接收到的電平：
第1幀數據（10個數據位）第2幀（10個數據位）第3幀（10個起始位）
起始位1 起始位2 起始位3
參照上面的數據格式示意圖知，當單片機StartBitOn()檢測到起始位1并完成相應的接收轉發Getch=PGetChar(); PSendChar(Getch)，在進行下一次檢測時，檢測到的下一個起始位就是起始位3了。
綜合上面分析可得出以下結論，在用軟件模擬串行通訊時候，是以時間來模擬硬件設備的，用軟件實現的UART的效率肯定沒有辦法和硬件UART比，在上敘連接時候，實際接收的數據確實只能有原來的一半，因為它是連續進行接收和發送兩項工作的，但在實際應用中，可以通過一定的手段，比如先一次接收好PC所發送過來的所有數據，保存在預先設置的緩沖區里，稍后再去進行發送的工作，這樣在接收的時候消耗的時間就只有10個數據位，在接收過程中不會丟失數據，能正確接收到所發送的所有字符。 |
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