PIC16系列通信接口（UART、I2C、SPI）
UART通信接口
UART简介
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用串行通信接口，用于实现两个设备之间的异步数据传输。PIC16系列单片机通常集成了一个或多个UART模块，可以用于与外部设备（如计算机、传感器、其他单片机等）进行数据交换。UART通信具有以下特点：
异步通信：发送和接收数据时不需要同步时钟信号。
全双工通信：可以同时发送和接收数据。
字符帧：数据以字符帧的形式传输，每个字符帧通常包含起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位。
波特率：通信速率，单位是bps（bits per second），可以通过配置寄存器来设置。
UART硬件结构
PIC16系列单片机的UART模块通常包括以下几个主要部件：
发送移位寄存器：用于将数据转换为串行格式并发送。
接收移位寄存器：用于将接收到的串行数据转换为并行格式。
发送缓冲器：用于存储待发送的数据。
接收缓冲器：用于存储接收到的数据。
波特率生成器：用于生成通信所需的时钟频率。
UART寄存器配置
在使用UART进行通信之前，需要对相关寄存器进行配置。以下是一些常见的UART寄存器及其功能：
TXSTA：发送状态和控制寄存器
TX9：选择9位或8位数据传输
TXEN：使能发送
SYNC：选择同步或异步模式
BRGH：选择波特率高或低速模式
TRMT：发送完成标志位
RCSTA：接收状态和控制寄存器
RX9：选择9位或8位数据接收
CREN：使能接收
SREN：使能同步模式下的接收
ADDEN：使能地址检测
BAUDCON：波特率控制寄存器
BRG16：选择16位或8位波特率生成器
WUE：唤醒功能使能
ABDEN：自动波特率检测使能
ABDOVF：自动波特率检测溢出标志位
BAUDCTL：高级波特率控制寄存器（某些PIC16系列单片机可能没有此寄存器）
SMP：采样位选择
ABDEN：自动波特率检测使能
BDDSMP：波特率检测采样位选择
TXREG：发送数据寄存器
RCREG：接收数据寄存器
UART波特率设置
波特率是UART通信中的重要参数，可以通过以下公式计算：
其中，F osc 是单片机的振荡器频率，SPBRG是波特率生成寄存器。例如，如果使用4MHz的振荡器频率，希望设置波特率为9600bps，可以通过以下步骤设置SPBRG：
将4MHz转换为Hz：4000000 Hz
代入公式计算SPBRG值：
UART初始化
在使用UART进行通信之前，需要进行初始化。以下是一个初始化UART的示例代码：
#include <xc.h>
// 定义波特率生成寄存器值
#define SPBRG_VAL 25
void UART_Init(void) {
// 设置波特率
SPBRG = SPBRG_VAL;
// 配置发送状态和控制寄存器
TXSTA = 0b00100100; // 高速模式，8位数据，使能发送
TXSTAbits.TX9 = 0; // 8位数据
TXSTAbits.BRGH = 1; // 高速模式
TXSTAbits.TXEN = 1; // 使能发送
// 配置接收状态和控制寄存器
RCSTA = 0b10010000; // 使能接收，8位数据
RCSTAbits.SPEN = 1; // 使能串行端口
RCSTAbits.CREN = 1; // 使能接收
// 配置波特率控制寄存器
BAUDCON = 0b00000000; // 使用8位波特率生成器
BAUDCONbits.BRG16 = 0; // 8位波特率生成器
}
void UART_WriteChar(char data) {
while (!TXIF); // 等待发送缓冲器为空
TXREG = data; // 发送数据
}
char UART_ReadChar(void) {
while (!RCIF); // 等待接收缓冲器有数据
return RCREG; // 读取数据
}
void UART_WriteString(char *str) {
while (*str) {
UART_WriteChar(*str++);
}
}
int main(void) {
// 初始化UART
UART_Init();
// 发送字符串
UART_WriteString("Hello, World!");
while (1) {
// 读取字符并回显
char receivedChar = UART_ReadChar();
UART_WriteChar(receivedChar);
}
return 0;
}
UART中断处理
UART可以配置中断，以便在数据发送或接收完成时触发特定的处理函数。以下是一个使用UART中断的示例代码：
#include <xc.h>
#include <interrupts.h>
// 定义波特率生成寄存器值
#define SPBRG_VAL 25
// 接收缓冲区
char receiveBuffer[100];
int bufferIndex = 0;
void __interrupt() UART_ISR(void) {
if (RCIF) { // 接收中断
char receivedChar = RCREG;
receiveBuffer[bufferIndex++] = receivedChar;
if (receivedChar == '\n' || bufferIndex >= 100) {
receiveBuffer[bufferIndex] = '\0'; // 终止字符串
bufferIndex = 0; // 重置缓冲区索引
// 处理接收到的数据
UART_WriteString(receiveBuffer);
}
RCIF = 0; // 清除接收中断标志
}
if (TXIF) { // 发送中断
if (bufferIndex < 100 && receiveBuffer[bufferIndex] != '\0') {
TXREG = receiveBuffer[bufferIndex++];
} else {
TXIF = 0; // 清除发送中断标志
}
}
}
void UART_Init(void) {
// 设置波特率
SPBRG = SPBRG_VAL;
// 配置发送状态和控制寄存器
TXSTA = 0b00100100; // 高速模式，8位数据，使能发送
TXSTAbits.TX9 = 0; // 8位数据
TXSTAbits.BRGH = 1; // 高速模式
TXSTAbits.TXEN = 1; // 使能发送
// 配置接收状态和控制寄存器
RCSTA = 0b10010000; // 使能接收，8位数据
RCSTAbits.SPEN = 1; // 使能串行端口
RCSTAbits.CREN = 1; // 使能接收
// 配置波特率控制寄存器
BAUDCON = 0b00000000; // 使用8位波特率生成器
BAUDCONbits.BRG16 = 0; // 8位波特率生成器
// 开启接收中断
PIE1bits.RCIE = 1; // 使能接收中断
PIE1bits.TXIE = 1; // 使能发送中断
INTCONbits.PEIE = 1; // 使能外围中断
INTCONbits.GIE = 1; // 使能全局中断
}
void UART_WriteChar(char data) {
while (!TXIF); // 等待发送缓冲器为空
TXREG = data; // 发送数据
}
char UART_ReadChar(void) {
while (!RCIF); // 等待接收缓冲器有数据
return RCREG; // 读取数据
}
void UART_WriteString(char *str) {
while (*str) {
UART_WriteChar(*str++);
}
}
int main(void) {
// 初始化UART
UART_Init();
while (1) {
// 主循环可以处理其他任务
}
return 0;
}
UART通信示例
以下是一个简单的UART通信示例，展示如何在PIC16单片机和PC之间传输数据。假设使用4MHz的振荡器频率，波特率为9600bps。
硬件连接：
PIC16的TX引脚连接到PC的RX引脚
PIC16的RX引脚连接到PC的TX引脚
使用合适的电平转换器（如MAX232）进行电平转换
软件配置：
使用 MPLAB X IDE 进行开发
配置项目为4MHz振荡器频率
编写上述初始化和中断处理代码
测试：
使用串口调试助手（如Putty、TeraTerm等）连接到PC的串口
在调试助手中发送字符串，例如“Hello, PIC16!”
观察PIC16单片机通过UART回显接收到的字符串
I2C通信接口
I2C简介
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于在多个设备之间进行简单的双向数据传输。PIC16系列单片机通常集成了I2C模块，可以用于与外部传感器、存储器等设备进行通信。I2C通信具有以下特点：
两线通信：SCL（时钟线）和SDA（数据线）
主从模式：一个主设备可以与多个从设备通信
多主设备：多个主设备可以共享总线
地址识别：每个从设备都有一个唯一的7位或10位地址
I2C硬件结构
PIC16系列单片机的I2C模块通常包括以下几个主要部件：
SCL引脚：时钟线
SDA引脚：数据线
RC2/SDA和RC3/SCL：通常用于连接I2C总线
控制寄存器：用于配置I2C模块的工作模式和参数
I2C寄存器配置
在使用I2C进行通信之前，需要对相关寄存器进行配置。以下是一些常见的I2C寄存器及其功能：
SSPCON1：I2C控制寄存器1
CKP：时钟极性
SSPEN：使能I2C模块
SSPOV：溢出标志位
WCOL：写冲突标志位
SSP1CKP：时钟极性选择
SSP1EN：使能I2C模块
SSPCON2：I2C控制寄存器2
ACKEN：使能ACK生成
ACKSTAT：ACK状态
SEN：启动条件
RSEN：重复启动条件
PEN：停止条件
RCEN：使能接收
ACKDT：ACK数据位
SSPSTAT：I2C状态寄存器
BF：缓冲器满标志位
UA：未决地址标志位
RW：读写标志位
S：启动条件标志位
P：停止条件标志位
D：数据方向标志位
R：重复启动条件标志位
SSPADD：I2C地址寄存器
SSPBUF：I2C数据缓冲器
I2C初始化
在使用I2C进行通信之前，需要进行初始化。以下是一个初始化I2C的示例代码：
#include <xc.h>
#include <stdint.h>
// 定义I2C时钟频率
#define I2C_CLOCK 100000
// 计算I2C时钟分频值
uint8_t I2C_CalculateBRG(uint32_t Fosc, uint32_t I2C_CLOCK) {
return (Fosc / (4 * I2C_CLOCK)) - 1;
}
void I2C_Init(void) {
// 计算波特率生成值
SSPADD = I2C_CalculateBRG(4000000, I2C_CLOCK);
// 配置I2C控制寄存器
SSPCON1 = 0b00101000; // 主模式，I2C使能
SSPCON2 = 0b00000000; // 默认配置
// 配置I2C引脚
TRISC2 = 1; // SDA引脚设为输入
TRISC3 = 1; // SCL引脚设为输入
}
void I2C_Start(void) {
SEN = 1; // 发送启动条件
while (SEN); // 等待启动条件完成
}
void I2C_RepeatedStart(void) {
RSEN = 1; // 发送重复启动条件
while (RSEN); // 等待重复启动条件完成
}
void I2C_Stop(void) {
PEN = 1; // 发送停止条件
while (PEN); // 等待停止条件完成
}
void I2C_WriteByte(uint8_t data) {
SSPBUF = data; // 写入数据
while (!BF); // 等待数据传输完成
BF = 0; // 清除缓冲器标志位
}
uint8_t I2C_ReadByte(void) {
RCEN = 1; // 使能接收
while (!BF); // 等待数据接收完成
uint8_t data = SSPBUF; // 读取数据
BF = 0; // 清除缓冲器标志位
return data;
}
uint8_t I2C_ReadByteWithACK(uint8_t ack) {
RCEN = 1; // 使能接收
while (!BF); // 等待数据接收完成
uint8_t data = SSPBUF; // 读取数据
BF = 0; // 清除缓冲器标志位
ACKDT = ack; // 设置ACK数据位
ACKEN = 1; // 使能ACK生成
while (ACKEN); // 等待ACK生成完成
return data;
}
void I2C_WriteRegister(uint8_t slaveAddress, uint8_t registerAddress, uint8_t data) {
I2C_Start();
I2C_WriteByte(slaveAddress << 1); // 发送从设备地址和写操作位
I2C_WriteByte(registerAddress); // 发送寄存器地址
I2C_WriteByte(data); // 发送数据
I2C_Stop();
}
uint8_t I2C_ReadRegister(uint8_t slaveAddress, uint8_t registerAddress) {
I2C_Start();
I2C_WriteByte(slaveAddress << 1); // 发送从设备地址和写操作位
I2C_WriteByte(registerAddress); // 发送寄存器地址
I2C_RepeatedStart();
I2C_WriteByte((slaveAddress << 1) | 1); // 发送从设备地址和读操作位
uint8_t data = I2C_ReadByteWithACK(0); // 读取数据并发送NACK
I2C_Stop();
return data;
}
int main(void) {
// 初始化I2C
I2C_Init();
// 写入一个寄存器
I2C_WriteRegister(0x50, 0x01, 0xAA);
// 读取一个寄存器
uint8_t data = I2C_ReadRegister(0x50, 0x01);
UART_WriteString("Read data: ");
UART_WriteChar(data);
while (1) {
// 主循环可以处理其他任务
}
return 0;
}
I2C通信示例
以下是一个简单的I2C通信示例，展示如何在PIC16单片机和一个I2C从设备（如EEPROM）之间传输数据。假设使用4MHz的振荡器频率，I2C时钟频率为100kHz。
硬件连接：
PIC16的SCL引脚连接到EEPROM的SCL引脚
PIC16的SDA引脚连接到EEPROM的SDA引脚
使用合适的上拉电阻
软件配置：
使用 MPLAB X IDE 进行开发
配置项目为4MHz振荡器频率
编写上述初始化和通信代码
测试：
使用I2C调试工具（如I2C总线分析器）或示波器观察I2C通信
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原文链接：https://blog.csdn.net/2401_87715305/article/details/145273599
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