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《匠人手记》之二十四
用单片机IO口实现单线单工通讯
作者：程序匠人
1. 前言
许多便宜的单片机都没有标准的串行通讯口。因此，我们常用单片机的IO口来模拟串
行通讯。下面，匠人给出一个简单的通讯方案。
在这个方案中，从机平时处于睡眠状态。主机处于工作状态。在需要的时候，由主机通过通讯口唤醒从机。从机被唤醒后接受通讯数据并进行解读，执行相关功能。然后再次进入睡眠，等待下次唤醒。
出处：《匠人的百宝箱》
2. 硬件连接示意图
主机 通讯线 从机 GND
3. 单线单工通讯协议
通讯线平时空闲时处于低电平，由一个100ms的高电平作为引导码来唤醒从机。然后发
送一个字节串行数据。完毕后通讯线恢复到空闲状态的低电平。对于从机来说，接受完8位数据，或检测到一个连续5t的低电平（结束码）即可认为通讯结束。
100ms 1t 3t 1t 1t >=5t 引导码 BIT0 BIT1 BIT7 结束码 空闲状态时，通讯线电平为低。引导码为一个持续100ms左右的高电平，用于唤醒从机。 数据码共8位（低位bit0先发）；每位数据码由一个低电平和一个高电平组成；低电平时间固定=1t；高电平时间=1t代表逻辑“0”，=3t代表逻辑“1”；（注：t=100us）；本例中，数据码定义为A5H（10100101B）。 结束码为一个持续时间>=5t的低电平。检测到结束码后通讯结束。 如果你的‘芯’是一座作坊，我愿做那不知疲倦的程序匠……
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4. 关于波特率自适应的处理
在本例中，从机的振荡源是RC。因此存在一个频率误差的问题，当系统频率变化时，
可能无法正确实别“t”值。为了能够消除该误差，可以考虑采用波特率自适应技术。
实现方法：在引导码之后，数据码之前，增加一位波特率校准位。该校准位由一个低电平和高电平构成，低电平和高电平分别=1t。在从机被唤醒后，检测到引导码结束后，先对校准位进行时间测量。为后续数据码的识别提供标准时间（“t”值）。
修改后的波形图如下：
100ms 1t 1t 1t 3t 1t 1t >=5t 引导码 校准位 数据码 结束码在引导码之后，数据码之前，增加一位波特率校准位，用于实现波特率的自适应。
5. 从机通讯接收程序流程图
说明：
z 从机在被高电平唤醒后，调用接收程序。
z 通讯接收程序包括以下几个部分：
1、 等待引导码结束 2、 检测校准位，求t值 3、 检测数据位
4、 检测结束码，退出
z 当发生以下情况时，判为通讯失败：
1、 除引导码之外的任何一个低电平或高电平计时超时； 2、 数据位的高电平计时值≠1t，也≠3t；
3、 8位数据位接收完毕后，再次检测到高电平。
z 通讯完毕后，接收到的数据被存储在接收寄存器中，供上级程序使用。当通讯失败
时，接收寄存器=0：
z 关于实时性的问题：在本例中，从机的功能比较单一。所以，没有考虑实时性的问
题。当通讯失败时，必须等通讯线释放后才会退出接收程序。如果从机还需要执行其它功能，则这种程序安排会导致系统假死（当机）。这将是致命的错误。应该考虑更合理的方式。
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流程图如下：
高电平唤醒后，调用该程序……串行通讯接收程序位计数器=8；接收寄存器=00H等待引导码结束（电平变低）当电平变低当计时超时计时器清零，对低电平计时当电平变高（波特率检测）计时器清零，对高电平计时当电平变低获取计时值（t=计时值）当计时超时当计时超时计时器清零，对低电平计时当电平变高当计时超时计时器清零，对高电平计时当电平变低获取计时值，并判断。当计时值≈1t，数据位=0；当计时值≈3t，数据位=1。将该数据位压入接收寄存器N位计数器-1，=0？Y（检测结束码）计时器清零，对低电平计时当计时值≠1t,也≠3t当电平再次变高检测结束码（计时≥5t的低电平）当检测到结束码当检测到结束码（计时值≥5t）通讯成功通讯失败RET接收寄存器=00H
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6. 相关地址连接
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7. 附录：《匠人手记》系列原创文章列表
访问地址：http://www.mcublog.com/blog/blog2006/cxjr/archives/2006/19158.html z 《匠人手记》01《分段线性插值法》
z 《匠人手记》02《用普通IO口检测AD值的方法（采集温度）》 z 《匠人手记》03《一阶滤波方法》
z 《匠人手记》04《镍镉_NiCd_ 镍氢_NiMh_电池的充放电特性》 z 《匠人手记》05《手机锂电池充电特性要求》 z 《匠人手记》06《几种充电电池性能比较》
z 《匠人手记》07《巧用移位法进行多字节乘除法计算》 z 《匠人手记》08《巧用移位法进行数制转换》 z 《匠人手记》09《移相控制与过零检测》 z 《匠人手记》10《复位电路集锦》 z 《匠人手记》11《按键漫谈》
z 《匠人手记》12《单个按键多次击键的检测方法》 z 《匠人手记》13《解读TL494制作的降压电路》 z 《匠人手记》14《串口七日之创世纪篇》 z 《匠人手记》15《MC68HC908应用手记》
z 《匠人手记》16《天梯——MSP430之学习札记_第1部_》 z 《匠人手记》17《天梯——MSP430之学习札记_第2部_》 z 《匠人手记》18《天梯——MSP430之学习札记_第3部_》 z 《匠人手记》19《天梯——MSP430之学习札记_第4部_》 z 《匠人手记》20《天梯——MSP430之学习札记_第5部_》 z 《匠人手记》21《多种击键类型的处理流程图》 z 《匠人手记》22《梦幻时钟摇摇棒大揭秘》 z 《匠人手记》23《单片机入门知识与基本概念》 z 《匠人手记》24《用单片机IO口实现单线单工通讯》
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