Notas sobre el Modo Asíncrono en la USART de los PIC 16F87X
Por Marcelo Valdéz - Córdoba, Argentina - marzzelo@yahoo.com

IMPORTANTE: Estas notas han sido creadas como material de estudio y consulta para mi uso personal. Recomiendo leer los manuales de usuario y notas técnicas oficiales correspondientes paralelamente a estas notas. Pueden encontrar estos manuales en www.microchip.com

El módulo asíncrono consta de los siguientes cuatro elementos:

• Generador de Baud Rate
• Circuito de Muestreo
• Transmisor Asíncrono
• Receptor Asíncrono

TRANSMISOR ASÍNCRONO:

• El corazón del transmisor es el Registro de Desplazamiento Serial de Transmisión (TSR). Este registro se encarga de enviar al medio físico, uno a uno, los bits del byte de dato a transmitir.
• A la vez, este (TSR) recibe sus datos desde el Buffer de lectura/escritura de transmisión (TXREG)
• El (TXREG) es cargado con datos desde el software:

DATOS --> [TXREG] --> [TSR] --> Nivel Físico RS-232
^

• El buffer (TXREG) queda vacío en cuanto transfiere sus datos al (TSR), y la bandera TXIF es seteada, indicando buffer vacío (esta bandera está ubicada en el PIR1<4>)
• Es posible generar una interrupción cada vez que el (TXREG) esté libre (vacío). Para ello hay que setear el bit TXIE que está situado en el registro PIE<4>.
  La bandera TXIF se activará siempre que se vacíe el buffer, sin importar el estado del permiso de interrupción TXIE.
  IMPORTANTE: la bandera TXIF no puede ser borrada por software; se borra automáticamente cuando un nuevo dato es cargado por software en el buffer de lectura/escritura (TXREG)
  Además, cada vez que seteamos el bit TXEN (habilitar transmisión) se activa la TXIF, ya que el buffer se encuentra vacío, o si tenia algún dato este se transfiere al registro de desplazamiento, y se vacía inmediatamente.
• Hay otro bit, que muestra el estado del registro de desplazamiento (TSR), es el bit TRMT, que se activa cuando el (TSR) está vacío. Se borra apenas se carga el (TSR) desde el (TXREG), y queda reseteado hasta que se haya terminado la transmisión. Este bit está ubicado en el registro (TXSTA<1>). En el siguiente ejemplo, es este bit el que se muestrea para saber cuando se puede escribir un dato en el buffer (TXREG)

Resumen hasta aquí:

Comienzo de la transmisión

• La transmisión se habilita seteando el bit TXEN ubicado en (TXSTA<5>). Pero la transmisión no ocurre hasta que se cargue algún dato en el buffer de transmisión.
• TRANSMISION BACK-TO-BACK: Se puede cargar un dato en el buffer de transmisión antes de setear el bit TXEN. Entonces, al setear el permiso de transmisión TXEN, el contenido de (TXREG) se transfiere inmediatamente al (TSR), el buffer queda vacío, y se le puede cargar un segundo dato antes de que la transmisión del primero haya finalizado.

Pasos a seguir para transmitir un dato:

1. Inicializar el registro (SPBRG) y el bit BRGH según el baud-rate elegido. (cómo hacer esto?)
2. Habilitar el puerto serial asíncrono, reseteando el bit (TXSTA<SYNC>) y seteando el bit (RCSTA<SPEN>)
3. Si se van a usar interrupciones, setear el bit (PIE1<TXIE>)
4. Borrar el bit (TXSTA<TX9>) que sirve para transmisiones de 9 bits
5. Habilitar la transmisión seteando el bit (TXSTA<TXEN>).
6. Al hacer lo anterior, se setea automáticamente el bit (PIR1<TXIF>) ya que el buffer está vacío.
7. Cargar un byte de datos en el buffer de transmisión, (TXREG). Al hacer esto se comienza la transmisión serial.
8. Recordar que si se quieren usar interrupciones, deben habilitarse los bits (INTCON<GIE>) e (INTCON<PEIE>)

Cómo inicializar el registro (SPBRG) y el bit (TXSTA<BRGH>):

El registro (SPBRG) controla el periodo de un temporizador interno de 8 bits, que se usa para llevar el bit-rate de la transmisión. También hay un bit que controla esta temporización, el bit (TXSTA<BRGH>). En el manual del PIC hay tablas donde los valores que deben ir en este registro ya están calculados. Es conveniente utilizar el BRGH=1, aunque se usen velocidades bajas, ya que el error es menor (el error porcentual también figura en las tablas)

Por ejemplo, para una velocidad de 9600 bps, con el BRGH=1, para un cristal de 4MHz, hay que setear el SPBRG=.25, y el error es del 0.16%.

Si en cambio se setea el BRGH=0, deberá cargarse SPBRG=6, y el error resulta ser del 6,99%.

Este código funciona bien para setear la transmisión asíncrona: (ver más abajo el código para full duplex)

Y para mandar un byte de datos, esta rutina funciona bien:

RECEPTOR ASÍNCRONO

• Los datos son recibidos desde la capa física RS-232-TTL por el pin RC7/RX y pasan al block de recuperación de datos.
• El Block de Recuperación de Datos, es en realidad un registro de desplazamiento de alta velocidad, que opera a 16 veces el baud-rate (la frecuencia de muestreo es bastante superior a la frecuencia de bit)
• Una vez que seleccionamos el modo ASINCRONO, hay que habilitar la recepción, seteando el bit RCSTA<CREN> (comparar con la Transmisión, donde había que setear el bit TXSTA<TXEN>).
• Ahora, el núcleo del receptor es el Registro de Desplazamiento de Recepción (RSR) -Comparar con su equivalente en transmisión, el (TSR).

• Los datos recibidos por el (RSR) son transferidos al Registro de lectura (RCREG). Su equivalente en transmisión era el (TXREG).
  
  MEDIO FISICO --> RC7 --> RSR --> RCREG (2 LEVEL FIFO) --> W
  

• Una vez que se completa la recepción, se activa la bandera (PIR1<RCIF>). Puede generarse una interrupción para avisar recepción completa, seteando el bit de habilitación (PIE1<RCIE>). La bandera no puede borrarse por software: la borra automáticamente el hardware cuando el buffer de lectura (RCREG) es leído por software y queda vacío.
• El registro (RCREG) es en realidad una pila FIFO de dos niveles de profundidad. Dos bytes de datos pueden ser recibidos y transferidos a esta pila (RCREG FIFO) y un tercer byte podrá estar siendo ingresado al registro de desplazamiento (RSR).
• Pero cuando llegue el último bit (el bit de Stop), si la FIFO está llena (si hay todavía dos bytes que no han sido leidos) entonces el (RSR) no puede transferir el tercer byte, y se genera un error de overrun, indicado a través del bit (RCSTA<OERR>). El dato en el (RSR) se pierde.
• El registro (RCREG) podrá ser leido dos veces para recuperar los dos bytes de datos de la FIFO. El bit OERR no puede borrarse directamente, pero DEBE ser borrado en forma indirecta, reseteando la lógica de recepción. Esto se hace borrando el bit RCEN, y luego seteándolo de nuevo. Es imprescindible borrar el bit OERR, ya que si permanece seteado, el registro (RSR) NO PUEDE transferir sus datos a la FIFO, y no podrán leerse más datos.
• Si llega un bit de Stop como 0 (erróneo, ya que siempre debe ser 1), se genera un error de datagrama (Frame error), indicado a través del bit (RCSTA<FERR>).

COMPARACIÓN ENTRE REGISTROS Y FLAGS de TRANSMISIÓN y RECEPCIÓN:

Pasos a seguir para recibir un dato:

1. Inicializar el registro SPBRG con el baud-rate apropiado (¿cómo hacer esto?) (exactamente igual que en transmisión)
2. Habilitar el modo ASINCRONO, borrando el bit SYNC y seteando el bit SPEN (igual que en transmisión)
3. Si se desea trabajar con interrupciones, setear el permiso RCIE
4. Borrar el bit RX9 si no se desea recepción de 9 bits.
5. Habilitar la recepción, seteando el bit CREN (¿por qué no se llama "RCEN" :-O ? )
6. Cuando se complete la recepción, se setea el bit RCIF automáticamente, y, eventualmente, se genera la interrupción correspondiente, si se ha habilitado con RCIE.
7. Leer el registro RCSTA para determinar si hubo algún error en la recepción (OERR o FERR)
8. Leer los 8 bits de datos, leyendo el registro RCREG.
9. Si hubo algún error, borrar el bit CREN, y luego setearlo para continuar recibiendo.
10. Asegurarse de setear GIE y PEIE del INTCON si se van a usar interrupciones

Así quedaría el código SETUP para FULL DUPLEX:

• Observar que el bit SYNC y el bit BRGH pertenecen al registro TXSTA^80, pero se utilizan tanto para transmisión como para recepción. De la misma forma, el bit SPEN pertenece al registro RCSTA, pero se usa también para transmisión.

Para RECIBIR un byte de datos, esta rutina funciona bien:

Marcelo Valdéz - marzzelo@yahoo.com

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