RS232 bit banging in full duplex

RS232 in Bit Banging e Full Duplex

RS232 in bit banging quindi senza l’utilizzo della periferica uart (o usart). Ideale per applicazioni con microcontrollori a basso costo (low cost application). Ovviamente in full duplex ;)

RS232 senza UART

Gestire la comunicazione seriale (del tipo RS232) è abbastanza semplice, a patto che il microcontrollore utilizzato abbia la periferica interna, e questa sia disponibile (non utilizzata per altre comunicazioni). Con semplici istruzioni è possibile trasmettere e ricevere sfruttando i registri della periferica. A volte però per motivi di spazio, o di costo, potremmo non avere a disposizione la uart, e quindi come si fa?

Codice per la comunicazione seriale RS232 (senza uso della uart)

                                ; Receive Routine 
                                ; receive routine = 11 instruction cycles
                                ; including call to DelayFullBit routine
Receive  
         clrf  RXTX_REG         ; Clear receive register 
         movlw BITS             ; Number of bits to receive
         movwf COUNTER          ; Load number of bits into counter register
ReceiveStartBit  
         btfsc PORTA,RX         ; Test for start bit
         goto  ReceiveStartBit  ; Startbit not found
         call  DelayHalfBit     ; Wait until middle of start bit
         call  DelayFullBit     ; Ignore start-bit and sample first
                                ; data bit in the middle of the bit
ReceiveNext    
         btfsc PORTA, RX        ; Is bit a zero or a one
         bsf   STATUS,C         ; bit is a one => set carry bit
         btfss PORTA, RX        ; Is bit a one or a zero
         bcf   STATUS,C         ; bit is a zero => clear carry bit
         rrf   RXTX_REG, f      ; Rotate receive register
         call  DelayFullBit     ; Call Delay routine
         decfszCOUNTER, f       ; decrement receive count register by one
         goto  ReceiveNext      ; Receive next bit
         retlw 0x00             ; back to operation system

Questa sopra è la routine di ricezione e di seguito la routine di trasmissione
(tratte dall’application note AN712 di Microchip Technology)

                                ; Transmit routine
                                ; Transmits LSB first
                                ; Software overhead =10 instruction cycles inc. call
                                ; to DelayFullBit routine, return from
                                ; delay routine not included)
Transmit
         movlw BITS             ; Number of bits to transmit
         movwf COUNTER          ; Initialize count register
         bcf   PORTA, TX        ; Generate start-bit
         call  DelayFullBit     ; Generate Delay for one bit-time
TransmitNext
         rrf   RXTX_REG, f      ; Rotate receive register
         btfsc STATUS, C        ; Test bit to be transmitted
         bsf   PORTA, TX        ; Transmit one
         btfss STATUS, C        ; Check carry bit if set
         bcf   PORTA, TX        ; Transmit a zero
         call  DelayFullBit     ; call Delay routine
         decfszCOUNTER, f       ; Decrement count register
         goto  TransmitNext     ; Transmit next bit
         bsf   PORTA, TX        ;  Generate Stop bit
         call  DelayFullBit     ; Delay for Stop bit
         retlw 0x00             ; Return to operating system

Come potete osservare, la ricezione seriale è molto semplice, basta fare un loop infinito nel main dove si testa sempre l’ingresso RX (polling) e quando cambia stato, chiamare (call) la relativa routine (Receive). Alla fine della ricezione, il dato sarà disponibile nel registro RXTX_REG.
Per trasmettere invece, basta fare una chiamata (call) alla relativa routine (Transmit) avendo prima caricato il dato da trasmettere nel registro…. RXTX_REG.
MA… è lo stesso registro!

Appunto, non serve utilizzare un altro registro, in quanto la comunicazione, in questo caso, potrà essere soltanto half-duplex. Quando trasmetto non posso ricevere e quando ricevo non posso trasmettere!

Come simulare via software una seriale RS232 full-duplex

Sfruttando l’interrupt del microcontrollore ed utilizzando i principi base della “macchina a stati” (multitasking) è possibile trasmettere e ricevere contemporaneamente senza utilizzare la uart (uart simulata via software)!

La comunicazione seriale simulata in Full_Duplex a 9600 BAUD con il microcontroller con ciclo macchina di 1us è possibile, eseguendo le operazioni da svolgere in interrupt e la ricezione in rolling.

La trasmissione a 9600 concede un tempo di 104us a Bit, le operazioni da svolgere vengono eseguite sotto interrupt isocrono a cicli di 25us quindi se T=104us e T/4=26us (possibile tolleranza) viene garantito il riconoscimento del byte in ricezione.

Esempio pratico: acquisire costantemente dati analogici e digitali per poi trasmetterli sulla seriale RS232 quando vengono richiesti.

In questo esempio possiamo interrogare il dispositivo e ‘chiedere’ il valore di un pin digitale (0 o 1) e quello di un pin analogico (da 0 a 255).
Il microcontrollore usato è un PIC12CE674. Senza periferica Uart ma con AD converter ed una eeprom interna che potrà essere eventualmente utilizzata per memorizzare i dati.

Con un protocollo facilmente configurabile, è possibile richiedere al microcontroller lo stato degli ingressi (analogico + digitale).

Il PIC 12CE674 possiede solo 1 timer (Tmr0) quindi il watchdog dovrà essere disabilitato ma, lavorando in multitask, il firmware si ‘autocontrolla’.

Il funzionamento Full_Duplex è stato testato anche su piattaforma hardware con un PIC16F877 verificando la ricezione di un dato anche durante la trasmissione (full duplex).

Il campionamento degli ingressi avviene a step di 1mS alternando l’analogico e il digitale per 16 volte poi viene effettuata la media analogica e il ‘debounce’ digitale.

Il firmware è stato realizzato in assembler quindi facilmente adattabile a tutti i microcontrollori Microchip e di facile ‘porting’ anche su altri microcontroller.

Il software completo di simulazione della uart full-duplex è disponibile a soli 7 euro. Potete facilmente modificarlo per ealizzare la vostra applicazione low-cost od a ridotto form-factor Download
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