AVR單片機(jī)串口USART與PC通訊實(shí)例和中斷程序分析

1、“并行”通訊：是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制，因?yàn)殚L度增加，干擾就會增加，數(shù)據(jù)也就容易出錯?！按小蓖ㄓ崳盒稳菀幌戮褪且粭l車道，而并口就是有8個車道同一時刻能傳送8位（一個字節(jié)）數(shù)據(jù)。但是并不是并口快，由于8位通道之間的互相干擾。傳輸時速度就受到了限制。而且當(dāng)傳輸出錯時，要同時重新傳8個位的數(shù)據(jù)。串口沒有干擾，傳輸重發(fā)一位就可以了。所以要比并口快。串行通訊協(xié)議較多，單片機(jī)常用的有USART,SPI,TWI,1-Wire 等。串行通訊有分為同步和異步通訊：通俗講 同步就是你叫我去吃飯，我聽到了就和你去吃飯；如果沒有聽到，你就不停的叫，直

2、到我告訴你聽到了，才一起去吃飯。異步就是你叫我，然后自己去吃飯，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃飯。同步通訊：收信發(fā)信雙方在使用同步時鐘，在同一時刻傳輸線上的數(shù)據(jù)就是要傳輸?shù)男畔ⅰ?異步通訊：以字符為傳輸單位，字符與字符之間是異步的，而字符的位是同步的 USART：異步串行通訊，常用與單片機(jī)和單片機(jī)，單片機(jī)和PC電腦間的數(shù)據(jù)傳輸。 波特率：表征通訊速度的參數(shù)，單位是位/秒（b/s），即每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，如波特率9600，表示每秒鐘傳輸9600個二進(jìn)制位數(shù)據(jù)。收發(fā)雙方必須采用同樣的波特率。波特率不同將無法正常通訊。全雙工通訊：指是的是可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。半雙工通訊：指的是在

3、同一時刻只能發(fā)送或只能接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)與PC通訊的電平轉(zhuǎn)換：單片機(jī)的電壓一般是TTL電平，電壓0v-5v，PC機(jī)串口采用的是RS-232協(xié)議，它的的電壓范圍是-15-+15v，電平不同，無法通訊。要實(shí)現(xiàn)通訊，必須進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換， 一般用 MAX232集成芯片進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。ATmega16 串口結(jié)構(gòu)：有一個全雙工的串行口，有兩條通訊線，TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送線，RXD：數(shù)據(jù)接收線，對應(yīng)的單片機(jī)外部引腳為PD1,PD0相關(guān)寄存器：UDR 串口數(shù)據(jù)寄存器，UCSRA 串口控制與狀態(tài)寄存器AUCSRB 串口控制與狀態(tài)寄存器BUCSRC 串口控制與狀態(tài)寄存器CUBRRH,UBRRL 波特率寄存器發(fā)

4、生器對波特率發(fā)生器的輸出時鐘進(jìn)行2、8或16 的分頻，具體情況取決于工作模式，如下圖：如：系統(tǒng)時鐘頻率f=8MHZ，異步正常模式（16分頻），波特率9600則： UBRR=8000000/16*9600-1=52-1=51; 波特率寄存器賦值：UBRRH=0; UBRRL=51;/*10進(jìn)制寫法*/，或者UBRRH=0；UBRRL=0x33;/*16進(jìn)制寫法*/操作步驟：一、設(shè)置異步模式： UCSRC|=(1<<URSEL)|(1<<URMEL); /UCSRC和UBRRH寄存器共用一個地址，寫UCSRC時，URSEL應(yīng)置1二、設(shè)置數(shù)據(jù)幀格式： 8位數(shù)據(jù)位，一位停止位，

5、UCSRC|=(1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);三、設(shè)置波特率寄存器： UBRRL=51;UBRRH=0;四、使能發(fā)送接收： UCSRB|=(1<<TXEN)|(1<<RXEN);五、中斷總使能： ；/函數(shù)功能：通過PC 串口向單片發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)后，送到PA口顯示，再送回到PC機(jī)#include<iom16v.h>#include<macros.h>#define fosc 8000000 /晶振8MHZ#define baud 9600 /波特率定義/*端口初始化函數(shù)

6、*/void init(void)PORTA = 0xFF; /PA口輸出高電平DDRA = 0xFF; /PA口設(shè)置為輸出PORTD = 0X00; /USART的發(fā)送接收端口分別為PD0和PD1DDRD|=(1<<PD1); /PD0為接收端口置為輸入；PD1為發(fā)送端口置為輸出/*串口初始化函數(shù)*/void uart_init(void)UCSRB = 0x00;UCSRA = 0x00;UCSRC |= (1<<URSEL)|(1 << UCSZ1)|(1 << UCSZ0); /異步，數(shù)據(jù)格式8，N，1/UCSRC寄存器與UBRRH寄存器

7、共用相同的I/O地址,寫 UCSRC時，URSEL應(yīng)設(shè)置為1。UBRRL=51; /設(shè)置波特率寄存器 10進(jìn)制的寫法UBRRH=0;UCSRB |= (1 << TXEN)|(1 << RXEN); /發(fā)送接收使能/*發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)*/void send(unsigned char i)while(!(UCSRA&(1<<UDRE); /只有數(shù)據(jù)寄存器為空時才能發(fā)送數(shù)據(jù)UDR=i;/*以下是接收數(shù)據(jù)函數(shù)*/unsigned char receive(void)while(!(UCSRA&(1<<RXC); /等待接收完成return

8、 UDR;/*主函數(shù)*/void main(void)unsigned char temp;init();uart_init();while(1)temp=receive(); /接收數(shù)據(jù)PORTA=temp; /將接收的數(shù)據(jù)取反后送PA口顯示send(temp); /向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)1. 范例描述按下按鍵0，LED0亮。直到松手，其他按鍵才能起作用按下按鍵1，LED1亮。其他按鍵隨時都能起作用按下按鍵2，LED0/1都熄滅。直到松手，其他按鍵才能起作用2. 電路圖設(shè)計(jì) ：.4. 代碼設(shè)計(jì)與說明 ：本程序簡單的示范了如何使用ATMEGA16的外部中斷中斷的設(shè)置 按鍵的簡單延時防抖動 中斷的嵌套

9、 變量在中斷中的應(yīng)用-如果變量會在中斷服務(wù)程序中被修改，須加volatile限定本范例可直接使出廠狀態(tài)的新M16芯片，無需對芯片的熔絲位進(jìn)行配置。出于簡化程序考慮，各種數(shù)據(jù)沒有對外輸出，學(xué)習(xí)時建議使用JTAG ICE硬件仿真器關(guān)于外部中斷作喚醒源的條件:(將會在后面的電源管理和睡眠模式范例中應(yīng)用) 而INT0和INT1的邊沿觸發(fā)中斷只能在 空閑模式起作用，即 CLKI/O不停止INT0和INT1的低電平中斷，INT2在各種睡眠模式下都可以，因?yàn)檫@幾種中斷工作 于異步模式，不需要時鐘驅(qū)動官方的M16中文手冊對外部中斷的描敘存在多處錯誤，請參考英文原版。*/#include <avr/io.

10、h>#include <avr/delay.h>#include <avr/signal.h>#include <avr/interrupt.h>/*宏INTERRUPT 的用法與SIGNAL 類似，區(qū)別在于SIGNAL 執(zhí)行時全局中斷觸發(fā)位被清除、其他中斷被禁止INTERRUPT 執(zhí)行時全局中斷觸發(fā)位被置位、其他中斷可嵌套執(zhí)行中斷服務(wù)程序的編寫具有一定的格式，在不同編譯環(huán)境下各不相同，在WINAVR(GCC)環(huán)境下有兩種方式，分別是：第一種中斷服務(wù)程序的編寫格式：SIGNAL(中斷向量名) /中斷服務(wù)程序內(nèi)容第一種中斷服務(wù)程序的編寫格式：ISR(中斷

11、向量名 ) /中斷服務(wù)程序內(nèi)容在這兩種方式中，需要分別添加頭文件：#include <avr/signal.h>和#include <avr/interrupt.h>。 另外avr-libc 提供兩個API 函數(shù)用于置位和清零全局中斷觸發(fā)位，它們是經(jīng)常用到的。分別是：void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定義 */注： 內(nèi)部函數(shù)_delay_ms() 最高延時 262.144mS1MHz/* 該函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較精確的定時,但用JTAG仿真時較麻煩-會進(jìn)入機(jī)器碼窗口(Disassembeler) .注意跳開該語段。一旦JTAG

12、仿真進(jìn)入該內(nèi)部函數(shù)語句，會變得像"死機(jī)"一樣(其實(shí)在運(yùn)行中)，可以先break，然后 在后面的C語句設(shè)breakpoint，RUN跳過*/ for()/while()語句計(jì)算延時時間較麻煩。/ 為了使 _delay_ms()函數(shù)的延時正確，須在makefile中設(shè)定F_CPU為實(shí)際的系統(tǒng)時鐘頻/ 本范例為1MHz內(nèi)部RC振蕩器 即 F_CPU=1000000/*C:WinAVRavrincludeavr目錄包括所有芯片的定義和其他頭文件其中iom16.h 定義ATMEGA16芯片的特性(中斷向量，寄存器，位定義.)包括下面中斷服務(wù)程序的常量 SIG_INTERRUPTx ,

13、PORTx,GICR.*/管腳定義#define EXT_INT0 2 /PD2 按鍵0#define EXT_INT1 3 /PD3 按鍵1#define EXT_INT2 2 /PB2 按鍵2#define LED0 0 /PB0#define LED1 1 /PB1#define LED2 3 /PB3/宏定義#define LED0_ON() PORTB|= (1<<LED0) /輸出高電平，燈亮#define LED0_OFF() PORTB&=(1<<LED0) /輸出低電平，燈滅#define LED1_ON() PORTB|= (1<<

14、;LED1)#define LED1_OFF() PORTB&=(1<<LED1)#define LED2_ON() PORTB|= (1<<LED2)#define LED2_OFF() PORTB&=(1<<LED2)/51系列的高電平輸出能力很弱，低電平也僅能點(diǎn)亮LED.所以常見輸出低電平才燈亮的接法。 /AVR芯片的高低驅(qū)動能力都很強(qiáng),甚至能推動8字?jǐn)?shù)碼管的公共極，怎么接都沒問題。 /全局變量#define has_volatile 1 /這里是條件編譯/可以修改has_volatile=1或0來看程序運(yùn)行的效果#if has_vol

15、atilevolatile unsigned char FLAG; /全局變量,會在中斷服務(wù)程序中被修改，須加volatile限定 #elseunsigned char FLAG; /全局變量.#endif/仿真時在watch窗口，監(jiān)控這些變量。SIGNAL(SIG_INTERRUPT0) /INT0中斷服務(wù)程序/硬件自動清除INTF0標(biāo)志位_delay_ms(10); /延時if (PIND&(1<<EXT_INT0)=0) /重復(fù)檢測，防抖動LED0_ON(); /點(diǎn)亮LED0loop_until_bit_is_set(PIND,EXT_INT0); /等待按鍵釋放(變

16、為高電平) _delay_ms(10); /延時 按鍵釋放時也會抖動。/ 即使同時發(fā)生其它的中斷事件，如果在這里把相應(yīng)的中斷標(biāo)志位清除，那么該中斷將 不能觸發(fā)進(jìn)入中斷服務(wù)/* 注意讀端口用 PINx寫端口用 PORTx */INTERRUPT(SIG_INTERRUPT1) /INT1中斷服務(wù)程序/硬件自動清除INTF1標(biāo)志位/這里全局中斷被打開,將允許其他中斷嵌套執(zhí)行_delay_ms(10);if (PIND&(1<<EXT_INT1)=0)LED1_ON(); /點(diǎn)亮LED1loop_until_bit_is_set(PIND,EXT_INT1);_delay_ms(

17、10);SIGNAL(SIG_INTERRUPT2) /INT2中斷服務(wù)程序/硬件自動清除INTF2標(biāo)志位_delay_ms(10);if (PINB&(1<<EXT_INT2)=0)LED0_OFF(); /熄滅LED0LED1_OFF(); /熄滅LED1loop_until_bit_is_set(PINB,EXT_INT2); FLAG=!FLAG; /修改全局變量_delay_ms(100);int main(void)/上電默認(rèn)DDRx=0x00,PORTx=0x00 輸入，無上拉電阻PORTA =0xFF; /不用的管腳使能內(nèi)部上拉電阻。PORTC =0xFF;

18、PORTD =0xFF;DDRB = (1<<LED2)|(1<<LED1)|(1<<LED0); /輸出 PORTB =(1<<LED2)|(1<<LED1)|(1<<LED0); /低電平，燈滅 /外部中斷INT0,1,2 做按鍵輸入，使能內(nèi)部上拉，就可以不用外接電阻了MCUCR=(1<<ISC11)|(0<<ISC10)|(1<<ISC01)|(0<<ISC00); /注意該寄存器有多個功能/*ISCx1:0=00 INTx引腳為低電平時產(chǎn)生中斷請求ISCx1:0=01 INTx引腳上任意的邏輯電平變化都將引發(fā)中斷ISCx1:0=10 INTx引腳的下降沿產(chǎn)生中斷請求ISCx1:0=11 INTx引腳的上升沿產(chǎn)生中斷請求MCUCSR&=(1<<ISC2); /注意該寄存器有多個功能/* ISC2=0 INT2引腳的下降沿產(chǎn)生異步中斷請求ISC2=1 INT2引腳的上升沿產(chǎn)生異步中斷請求GIFR=(1<<INTF1)|(1<<INTF0)|(1<<INTF2);/寫1清除標(biāo)志位，在使能中斷前最好先把對應(yīng)的標(biāo)志位清除，以免誤觸發(fā)GICR=(1<<INT1)|(1<<