由于MCU內(nèi)部資源限制，在應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)UART接口不夠用的情況，如果UART使用的波特率不太高，而且系統(tǒng)中的負(fù)荷不是很大的情況就可以使用端口來(lái)模擬UART的收發(fā)，下文是一個(gè)在R5F100LE（RL78）上的具體的實(shí)現(xiàn)方法，這里略去工程的建立過(guò)程，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序細(xì)節(jié)可以參考代碼生成器生成的代碼，這里只重點(diǎn)講述代碼生成器配置和軟件UART的實(shí)現(xiàn)。

一、硬件資源準(zhǔn)備

01一個(gè)具有外部邊沿中斷功能的IO口來(lái)做UART的RXD端口，下面是一個(gè)配置的例子，在這里我們使用P137（INTP0），在代碼生成器里選擇INTP0為下降沿中斷，中斷優(yōu)先級(jí)可以任意設(shè)置。

02一個(gè)普通的輸出口來(lái)作為UART的TXD端口。這里選擇P43端口，設(shè)置端口輸出高。

03兩個(gè)可以產(chǎn)生中斷、可以隨時(shí)關(guān)閉啟動(dòng)、定時(shí)間隔可以任意設(shè)定的定時(shí)器，一個(gè)發(fā)送定時(shí)器用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一個(gè)接收定時(shí)器用于接收數(shù)據(jù)。

將接收定時(shí)器的定時(shí)間隔初始化為1位數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)的一半，比如波特率2400，1位為416.6us，那么定時(shí)器設(shè)置為416.6us/2=208.3us，在這里我們使用了Timer的Channel 1

將發(fā)送定時(shí)器的定時(shí)間隔設(shè)置為1位數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)，比如波特率2400，1位為416.6us，那么定時(shí)器設(shè)置為416.6us，在這里我們使用Timer的Channel 0。

二、UART接收功能的實(shí)現(xiàn)

01接收的軟件實(shí)現(xiàn)

接收時(shí)我們需要寫(xiě)兩個(gè)中斷函數(shù)，在中斷里完成數(shù)據(jù)的接收，接收完畢后設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，在主循環(huán)中根據(jù)標(biāo)志來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否接收完畢。初始化時(shí)需要打開(kāi)邊沿中斷，關(guān)閉定時(shí)器中斷。

1）邊沿中斷函數(shù)處理

當(dāng)下降沿中斷到來(lái)時(shí)，在邊沿中斷函數(shù)里啟動(dòng)接收定時(shí)器，關(guān)閉邊沿中斷。具體程序如下：

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void softuart_rece_port_fall_edge_callback(void)
{
 softuart_rece_state = 0;//接收定時(shí)器進(jìn)入次數(shù)計(jì)數(shù)清零
 uart_port_intp_stop();// 關(guān)閉邊沿中斷
 start_uart_rece_timer();//打開(kāi)接收定時(shí)器中斷
}

這個(gè)函數(shù)放到r_cg_intc_user.c內(nèi)

2）接收定時(shí)器中斷函數(shù)

每奇數(shù)次進(jìn)入中斷時(shí)（第1，3，5…）進(jìn)行RXD端口的采樣并保存數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)我們的要求進(jìn)行移位操作（比如LSB或MSB，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是幾位），在偶數(shù)次進(jìn)入中斷時(shí)就直接退出，當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成后設(shè)置標(biāo)志，同時(shí)關(guān)閉接收定時(shí)器中斷，打開(kāi)邊沿中斷中斷，具體程序如下，這里我是用的8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和1個(gè)停止位：

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void softuart_rece_timer_callback(void)
{
static __saddr uint8_t uartrece_shift_reg;
 softuart_rece_state++;//進(jìn)入次數(shù)++
 if(softuart_rece_state==1)//接收start位
 {
  //check start bit
  if(1==get_uart_rece_port())
  {
   //start bit error
   uartrece_shift_reg = 0;
   stop_uart_rece_timer();
   uart_port_intp_start();
  }
 }
 else if (softuart_rece_state<=17)//接收8位數(shù)據(jù)位
 ?{
 ? ?//receive data sampling point 3,5,7,9,11,13,15,17
 ? ?if(0==(softuart_rece_state&1)) return;
 ? uartrece_shift_reg >>= 1;
  if(1==get_uart_rece_port())
  {
   uartrece_shift_reg |= 0x80;
  }
 }
 else if(softuart_rece_state>=19)//接收停止位
 {
  //stop bit sample sampling point 19
  stop_uart_rece_timer();//關(guān)閉接收定時(shí)器
  uart_port_intp_start();//打開(kāi)下降沿中斷
  if(uartrece_end_fg ==0)
  {
   uartrece_data = uartrece_shift_reg;
   uartrece_end_fg =1;//設(shè)置接收完畢標(biāo)志
  }
 }
}

這個(gè)程序要放到r_cg_timer_user.c內(nèi)

3）在主循環(huán)里調(diào)用如下函數(shù)來(lái)判斷是否收到數(shù)據(jù)

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uint8_t get_softuart_rece(uint8_t * buff)
{
 if(uartrece_end_fg==1)
 {
  uartrece_end_fg =0;
  *buff = uartrece_data;//將數(shù)據(jù)放入接收緩沖區(qū)
  return 1;//說(shuō)明收到數(shù)據(jù)
 }
 return 0;
}

三、UART發(fā)送功能的實(shí)現(xiàn)

01發(fā)送軟件的實(shí)現(xiàn)

發(fā)送時(shí)需要寫(xiě)一個(gè)發(fā)送定時(shí)器中斷函數(shù)，在中斷里完成數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送完成后設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，在主循環(huán)中判斷，初始化時(shí)需要關(guān)閉發(fā)送定時(shí)器，中斷的代碼如下：

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void softuart_send_callback(void)
{
 softuart_send_state++;
 if(softuart_send_state==10)//發(fā)送停止位
 {
  //sampling point 10 stop bit
  softuart_send_port_h();
 }
 else if(softuart_send_state>10)//等待停止位發(fā)送完畢
 {
  //>11 stop bit send finished
  softuart_send_state=0;
  stop_uart_send_timer();
 }
 else//發(fā)送數(shù)據(jù)
 {
  //samplimng point 2,3,4,5,6,7,8,9
  if(0!=(uartsend_shift_reg&1))
  {
   softuart_send_port_h();
  }
  else
  {
   softuart_send_port_l();
  }
  uartsend_shift_reg >>= 1;
 }
}

這個(gè)程序要放到r_cg_timer_user.c內(nèi)

當(dāng)需要發(fā)送時(shí)，先將發(fā)送端口設(shè)置為低電平，然后開(kāi)啟發(fā)送定時(shí)器，如果正在發(fā)送返回發(fā)送錯(cuò)誤。具體的操作代碼如下：

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uint8_t softuart_send(uint8_t data)
{
 if(softuart_send_state!=0)return 0;//數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)送完畢
 softuart_send_state = 1;
 DI();
 softuart_send_port_l();   //發(fā)送起始位
 uartsend_shift_reg=data;//將要發(fā)送的數(shù)據(jù)放到移位寄存器
 start_uart_send_timer();//啟動(dòng)UART發(fā)送定時(shí)器
 EI();
 return 1;
}

四、整個(gè)程序的初始化

由于相應(yīng)硬件的初始化程序在R_Systeminit已經(jīng)調(diào)用過(guò)了，所以我們只用調(diào)用啟動(dòng)程序就行了，為了方便程序的修改，用宏定義重新定義了接口部分。

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#define start_uart_rece_timer() R_TAU0_Channel1_Start()
#define stop_uar_rece_timer()  R_TAU0_Channel1_Stop()
#define uart_port_intp_start()    R_INTC0_Start()
#define uart_port_intp_stop()    R_INTC0_Stop()
#define get_uart_rece_port()    P13_bit.no7
#define start_uart_send_timer() R_TAU0_Channel0_Start()
#define stop_uart_send_timer() R_TAU0_Channel0_Stop()
#define softuart_send_port_h()    {P4_bit.no3 = 1;}
#define softuart_send_port_l()    {P4_bit.no3 = 0;}

如果想要修改使用的硬件資源只用修改宏定義即可。

在使用軟件UART之前需要先調(diào)用一下如下初始化函數(shù)。

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void softuart_int(void)
{
 stop_uart_send_timer();//停止發(fā)送定時(shí)器
 stop_uart_rece_timer();//停止接收定時(shí)器
 uart_port_intp_stop(); // 邊沿中斷接收停止
 softuart_send_port_h(); // TXD端口設(shè)置為高
 uart_port_intp_start(); // 允許RXD端口的下降沿中斷
 softuart_send_state = 0;
 softuart_rece_state = 0;
 uartrece_end_fg = 0;
}

注意

1）使用上述方法就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件的UART操作，但是使用過(guò)程中不能有長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)閉中斷操作，如果有的話會(huì)影響程序的執(zhí)行。

2）如果通訊波特率發(fā)生變化需要修改定時(shí)器的定時(shí)值。

審核編輯：湯梓紅