SCI总线通信协议实例详解(附详细示波器实测波形图)

SCI详解曾经有人说过这么一句话，拿到一块单片机，首先必须做的事情就是调通它的SCI 通信，SCI调通了，就像一个练武之人打通了任督二脉，将会使你日后的开发如虎添翼。

确实，SCI不仅在MCU与外设通信之间起着非常重要的作用，更能给你的系统开发带来非常大的便利。

比如说，我们可以在程序的任何地方放置一条打印语句，把我们所需要查看的变量的值通过串口发送到PC端显示出来，从而对程序执行结果的正误进行判断。

目前市面上常见的单片机大多都只有一个UART异步串行通信口，有的甚至没有，比如和泰的HT66F50。

对于有UART模块的单片机来说，想使用串口通信就相对简单了。

你只要设置好波特率和其它一些简单的设置就能使用，你甚至不需要深入的了解串口通信的协议。

这对初学者来说有利也有弊。

有利的地方就是初学者只要进行简单的设置即可使用串口，不利之处是不利于初学者了解串口通信的底层协议，因为模块都帮你处理好了。

对于没有串口或者需要用到多串口的场合就需要用单片机普通I/O模拟串口通信的协议。

这能使初学者更好更深入的理解串口通信的协议。

所以，这里我们主要讲如何用I/O 模拟串口通信。

一：串口通信基本概念首先来看一下通信的格式。

在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧的数据格式如图1所示：图1 串行通信帧格式在帧格式中，一个字符由4部分组成，起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。

首先是一个起始位(0)，然后是5~8位数据位(规定低位在前，高位在后)，接下来是可省略的校验位，最后是一位停止位(1)。

通常使用的是1位起始位，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位的帧格式，我们下面用例子用I/O模拟串口的就是这种的帧格式。

再来看一下串口通信中波特率的概念。

波特率，即数据传送速率，表示每秒传送二进制代码的位数，、它的单位是b/s。

根据波特率的定义可以得到每一位代码的传送时间T d为波特率的倒数。

比如，当波特率为9600b/s时，T d=1/9600=104μs。

下面的例子就是以波特率为9600为例讲解的。

为了让读者对上面的概念有一个更为感性的认识，接下来用串口调试助手发送0x5500，串口调试助手发送截图如图2所示，示波器捕捉的波形如图3所示：图2 串口调试助手发送0x5500图3 实测PC发送0x5500波形从图2的红框部分可以看出串口发送的相关属性，比如波特率为9600，无奇偶校验位，8位数据位，1位停止位。

图3中对该波形已经进行了详细的标注，这里进一步的分析一下。

从图3的测量时间可以看出，每一位持续的时间确实为104μs，跟前面的计算结果是相符合的。

对于发送第一段波形（发送0x55）来说，包括1位起始位（为0），接下来是8位数据位（依次为1010 1010B，注意：低位在前），最后是1位停止位（为1）。

对于第二段波形（发送0x00）来说，实测的低电平持续时间为936μs，刚好为1位起始位+8位数据位持续的时间(9x104=936μs)。

并且从图3还可以看出，发送0x55和发送0x00是连续的。

事实上，帧与帧之间的间隙（时间间隔）可以是任意的，如图4所示：图4 帧与帧之间的时间间隔图4中实测的帧与帧之间的时间间隔是10.7ms。

从上述的波形可以看出，串口通信的特点是帧与帧之间的间隙（时间间隔）可以是任意的，但每一帧中的各位是以固定的时间传送的。

二：硬件电路单片机通过普通I/O口与PC机RS232串口实现通信的硬件电路如图5所示：图5 MAX232CPE典型应用电路由于PC机串行口为RS232C标准接口，与输入输出均采用TTL电平的单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到RS232接口电平的转换采用MAX232。

其中，TXD1和RXD1可以根据自己的需要接单片机的任一个I/O口。

三：单片机I/O模拟串口发送用I/O口模拟串口通信，常用的方法有延时法和定时法。

延时法是用延时产生每一位发送所需的时间，定时法则是用定时产生该时间。

这里主要是采用延时法。

设定串口通信协议为：波特率为9600，1位起始位，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位。

先来看看如何模拟串口发送。

发送时，先发送一个起始位(低电平)，延时104μs；接着按低位在先的顺序发送8位数据(发送每一位完都要延时104μs)；最后发送停止位（高电平），延时104μs。

相应的程序如下所示：#define Tx PORTA_PA1void SendByte(unsigned char data) //波特率为9600{unsigned char i;Tx=0; delay(); //起始位，延时104μsfor(i=0;i<8;i++){if(data&0x01) //发送"1"{Tx=1;delay();}else //发送"0"{Tx=0;delay();}data=data>>1; //先发低位}Tx=1; delay(); //停止位}在主程序调用该函数SendByte(0x55)；串口调试助手接收到的数据和示波器实测的波形分别如下所示：图6 串口调试助手接收到0x55图7 实测单片机发送0x55从图6可以看到PC机能正确的接收到单片机发来的数据，图7中的波形可以看出模拟的串口通信协议是正确的，每位的时间间隔正好为104μs。

在这里说明一下，上述程序中的延时函数delay();是根据我的硬件条件借助示波器编写出来的。

读者应该根据自己的硬件条件编写该函数。

有了上面的发送一个字符的函数，就可以编写类似于C语言中的printf()打印输出语句，具体程序如下：void ConsolePutROMString( char* str){char c;while( c = *str++ )SendByte(c);}在主程序中调用ConsolePutROMString("It is OK!\r\n");其中，字符串后面的\r\n在C 语言中表示换行。

程序的运行结果如下：图8 字符串接收四：单片机I/O模拟串口接收接收时，先判断接收引脚(用具有引脚中断功能的PTJ_PTJ7模拟)是否有下降沿出现,如有，则表示有数据待接收，延时104μs等待起始位过去；接着继续延时50μs左右，其时刚好到第一位数据的中段，这时采样可以保证数据的准确性。

接着延时104μs刚好到第二位数据的中段，采样；按其方法接收完8位数据，最后判断PTJ_PTJ7是否有停止高电平出现，如有，则完成一个数据接收，没有则继续等待。

在这里之所以选择PTJ_PTJ7引脚，是因为为了判断起始位，需要判断是否有下降沿出现，所以需要找一个带有引脚中断的I/O口，PTJ_PTJ7刚好可以满足该要求。

程序如下：//发送引脚定义和标志位设定unsigned char RecStatus=0;#define Rec PTJ_PTJ7// PTJ_PTJ7引脚中断服务子程序void interrupt 24 PORTH_ISR(void) //Vporth{PTM_PTM5=1; //调试用引脚RecStatus=1; //有数据发送过来PIFJ_PIFJ7=1; //清除中断标志位}//接收函数unsigned char ReceiveByte(void) //9600{unsigned char i;unsigned char buf=0x00;PIEJ_PIEJ7 = 0; //禁止J7中断delay(); delay50us();PTM_PTM5=0;for(i=0;i<8;i++){if(Rec==1) //接收到的为”1”{buf=(buf|0x01<<i);delay(); PTM_PTM5=1;}else //接收到的为”0”{delay(); PTM_PTM5=0;}}while(Rec==0); //等待结束位PIEJ_PIEJ7 = 1; //使能J7中断return buf;}在上面的接收函数里，为了观察程序是否确实在每一位的中段附近采样I/O引脚的状态，加入了调试语句（程序中与PTM_PTM5有关的语句）。

//SCI初始化函数void SCIinit() //SCI初始化{DDRA_DDRA1=1; //outputTx=1;DDRJ_DDRJ7 =0x00; //inputRec=1;PIEJ_PIEJ7 = 1 ; //使能J7口中断PPSJ_PPSJ7 = 0; //下降沿}然后在主函数里接收来自PC机发送的数据，并将其发送给PC机以便于观察现象，程序如下：void main(void) {unsigned char buf;EnableInterrupts;DDRM_DDRM5=0xFF;PTM_PTM5=0; //调试用SCIinit();for(;;){if(RecStatus==1) //等待数据{buf=ReceiveByte(); //接收数据SendByte(buf); //发送数据RecStatus=0; //标志位置零}}}运行程序，现象如下：图9 程序运行结果在串口调试助手里选择自动发送0x55（如红框所示），自动发送周期1ms，可以发现在接收区里显示的正是0x55，说明程序正确。

接收引脚实测波形如下图所示：图10 接收引脚实测波形从图10可以看出（通道一为接收引脚波形，通道二为调试引脚波形），程序确实都是在每一位的中段附近采样的（通道二波形的上升沿或下降沿即是采样时刻）。