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AVR单片机寄存器介绍

数据寄存器（UDR），UDR实际上是两个寄存器，USART的接收数据缓冲器和发送数据缓冲器，他们共用一个地址，因而共用一个名字。

由于接受数据缓冲器是只读的，程序中的读UDR操作被自动寻址到接收数据缓冲器；而写操作被自动寻址到发送数据缓冲器，这样就保证了两个数据缓冲器虽用同一个名字但并不会被混淆。

USART控制与状态寄存器A（UCSRA）是个8位寄存器，每一位的定义如下：

RXCTXCUDREFEDORPEU2XMPCM

76543210

位7—RXC：

USART接收完成。

当USART接收完一个字符，并且这个字符还没有被读取时，该位自动变为1。

该位对于串口通信编程的意义在于我们可以在程序中查询它的值，如果为1，则可以知道USART已经接收完一个字符，接下来的程序就可以去相应的位置（寄存器UDR，此时为只读接收缓冲器）去读取这个字符，RXC在这个过程中被自动清0；如果为0，就等待，直至RXC变为1。

位6—TXC：

USART发送完成。

当USART发送完一个字符，并且没有新的字符需要发送，该位变为1。

该位为1说明此时USART可以发送新的字符。

如果在程序中需要向外部接收器发送一组字符（将待发送字符写入寄存器UDR，写操作自动选择发送缓冲器），可以查询该位；为1，可以发送下一个字符，为0，等待直至该位变为1。

位5—UDRE：

USART数据寄存器空。

USART发送字符时，当写入UDR的字符被送到发送移位寄存器中向外传输时，该位变为1。

该标志位意味着UDR中可以写入新的待发送数据。

UDRE与TXC的相同之处在于他们的值为1时都可以向UDR中写入新的待发送数据；不同之处在于，TXC表征的意义在于发送字符操作完成，不仅说明UDR中的字符被送到发送移位寄存器（即UDRE所表征的意义），而且也完成了从发送移位寄存器向外部的传输。

位4—FE：

接收帧出错。

如果在接收缓冲器中刚接收到的数据被检测到帧出错，该位变为1。

位3—DOR：

接收数据溢出出错。

如果接收数据溢出条件被检测到，该位变为1。

位2—PE：

校验错误：

接收器检测到刚接收的数据校验出错，该位变为1。

如果使用该功能，首先需要设置校验位允许使用，在寄存器UCSRC中介绍。

位1—U2X：

USART传输速率倍速。

该位只有在异步模式下有效，它的功能是使通信的传输速度加倍。

位0—MPCM：

多机通信模式允许。

USART控制与状态寄存器B（UCSRB）的定义如下：

RXCIETXCIEUDRIERXENTXENUCSZ2RXB8TXB8

76543210

位7—RXCIE：

USART接收完成中断允许。

如果该位被设置为1，表示允许响应接收完成中断请求。

如果全局中断标志I为1，且RXCIE也为1，则当UCSRA中的RXC为1，即USART接收完成，将产生一个中断请求，CPU会保护现场后去执行相应的中断服务程序。

中断就是CPU放下目前正在处理的任务，转而处理引起中断的事务。

ATmega16的中断系统将在以后的篇章中介绍，本篇中的串口通信程序采用查询标志位的方法，不使用中断。

位6—TXCIE：

USART发送完成中断允许。

如果该位被设置为1，表示允许响应发送完成中断请求。

同RXCIE。

位5—UDRIE：

USART数据寄存器空中断允许。

当该位被设置为1时，表示允许响应发送数据寄存器UDR空中断请求。

同RXCIE。

位4—RXEN：

USART接收数据允许。

当该位被设置为1时，允许USART接收数据。

也就是说如果你准备用串口接收数据，那么首先需要将此位设置为1。

此时管脚PD0（RXD）由通用I/O口转变为第二功能RXD。

位3—TXEN：

USART发送数据允许。

当该位被设置为1时，允许USART发送数据。

位2—UCSZ2：

USART数据位设定。

该位协同UCSRC寄存器中的UCSZ1，UCSZ0位设定通信字符的位长（5，6，7，8，9位）。

UCSZ2UCSZ1UCSZ0字符长度

0005

0016

0107

0118

100保留

101保留

110保留

1119

位1—RXB8：

接收字符的第8位。

当设定的通信字符位长为9时，该位用来表示接收数据的最高位，即第8位。

位0—TXB8：

发送字符的第8位。

同RXB8。

USART控制与状态寄存器C（USARTC）的定义如下：

URSELUMSELUPM1UPM0USBSUCSZ1UCSZ0UCPOL

76543210

位7—URSEL：

寄存器选择。

该位用于选择要操作的寄存器是UCSRC或者是UBRRH。

读取UCSRC时，该位读出值为1；写UCSRC寄存器时，必须将该位写入1才能够正常写入UCSRC寄存器。

UPM1UPM0校验方式

00无校验

01保留

10偶校验

11奇校验

位6—UMSEL：

工作状态选择。

该位为写入0时为异步模式；写入1为同步模式。

位5，位4—校验方式选择。

选择串行数据通信采用何种校验

方式。

如表格所示。

位3—USBS：

停止位选择。

为0时，数据帧中包含1位停止位；为1时，数据帧中包含2位停止位。

位0—UCPOL：

时钟极性选择。

该位只在同步模式下使用。

在异步通信模式中应将此位写0。

波特率寄存器（UBRRH，UBRRL）：

UBRRL与UBRRH的低4位构成一个12位寄存器，用来设置串行通信的速率。

需要注意一点的是在写UBRRH寄存器时，最高位（第7位）必须写入0。

来看一下波特率如何计算。

其中，BARR即所需要求得的UBRR寄存器的值；fosc为晶体频率；BAUD即通信波特率。

比如准备以9600的波特率进行通信，晶体为14.7456MHZ，可得到BARR=95。

当然，波特率也可以通过查表来获得。

2.C语言高效编程的几招

第1招：

以空间换时间

　　计算机程序中最大的矛盾是空间和时间的矛盾，那么，从这个角度出发逆向思维来考虑程序的效率问题，我们就有了解决问题的第1招——以空间换时间。

　　例如：

字符串的赋值。

　　方法A，通常的办法：

　　#defineLEN32

　　charstring1[LEN];

　　memset（string1,0,LEN）;

　　strcpy（string1,“Thisisaexample!

!

”）;

　　方法B：

　　constcharstring2[LEN]=“Thisisaexample!

”;

　　char*cp;

　　cp=string2;

　　（使用的时候可以直接用指针来操作。

）

　　从上面的例子可以看出，A和B的效率是不能比的。

在同样的存储空间下，B直接使用指针就可以操作了，而A需要调用两个字符函数才能完成。

B的缺点在于灵活性没有A好。

在需要频繁更改一个字符串内容的时候，A具有更好的灵活性；如果采用方法B，则需要预存许多字符串，虽然占用了大量的内存，但是获得了程序执行的高效率。

　　如果系统的实时性要求很高，内存还有一些，那我推荐你使用该招数。

　　该招数的变招——使用宏函数而不是函数。

举例如下：

　　方法C：

　　#definebwMCDR2_ADDRESS4

　　#definebsMCDR2_ADDRESS17

　　intBIT_MASK（int__bf）

　　{

　　　　return（（1U<<（bw##__bf））-1）<<（bs##__bf）;

　　}

　　voidSET_BITS（int__dst,int__bf,int__val）

　　{

　　　　__dst=（（__dst）&~（BIT_MASK（__bf）））|\

　　　　　　（（（__val）<<（bs##__bf））&（BIT_MASK（__bf））））

　　}

　　SET_BITS（MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber）;

　　方法D：

　　#definebwMCDR2_ADDRESS4

　　#definebsMCDR2_ADDRESS17

　　#definebmMCDR2_ADDRESSBIT_MASK（MCDR2_ADDRESS）

　　#defineBIT_MASK（__bf）（（（1U<<（bw##__bf））-1）<<（bs##__bf））

　　#defineSET_BITS（__dst,__bf,__val）\

　　　　（（__dst）=（（__dst）&~（BIT_MASK（__bf）））|\

　　　　　　（（（__val）<<（bs##__bf））&（BIT_MASK（__bf））））

　　SET_BITS（MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber）;

　　函数和宏函数的区别就在于，宏函数占用了大量的空间，而函数占用了时间。

大家要知道的是，函数调用是要使用系统的栈来保存数据的，如果编译器里有栈检查选项，一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查；同时，CPU也要在函数调用时保存和恢复当前的现场，进行压栈和弹栈操作，所以，函数调用需要一些CPU时间。

而宏函数不存在这个问题。

宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序，不会产生函数调用，所以仅仅是占用了空间，在频繁调用同一个宏函数的时候，该现象尤其突出。

　　D方法是我看到的最好的置位操作函数，是ARM公司源码的一部分，在短短的三行内实现了很多功能，几乎涵盖了所有的位操作功能。

C方法是其变体，其中滋味还需大家仔细体会。

第2招：

数学方法解决问题

　　现在我们演绎高效C语言编写的第二招——采用数学方法来解决问题。

　　数学是计算机之母，没有数学的依据和基础，就没有计算机的发展，所以在编写程序的时候，采用一些数学方法会对程序的执行效率有数量级的提高。

　　举例如下，求1~100的和。

　　方法E

　　intI,j;

　　for（I=1;I<=100;I++）{

　　　　j+=I;

　　}

　　方法F

　　intI;

　　I=（100*（1+100））/2

　　这个例子是我印象最深的一个数学用例，是我的计算机启蒙老师考我的。

当时我只有小学三年级，可惜我当时不知道用公式N×（N+1）/2来解决这个问题。

方法E循环了100次才解决问题，也就是说最少用了100个赋值，100个判断，200个加法（I和j）；而方法F仅仅用了1个加法，1次乘法，1次除法。

效果自然不言而喻。

所以，现在我在编程序的时候，更多的是动脑筋找规律，最大限度地发挥数学的威力来提高程序运行的效率。

第3招：

使用位操作

　　实现高效的C语言编写的第三招——使用位操作，减少除法和取模的运算。

　　在计算机程序中，数据的位是可以操作的最小数据单位，理论上可以用“位运算”来完成所有的运算和操作。

一般的位操作是用来控制硬件的，或者做数据变换使用，但是，灵活的位操作可以有效地提高程序运行的效率。

举例如下：

　　方法G

　　intI,J;

　　I=257/8;

　　J=456%32;

　　方法H

　　intI,J;

　　I=257>>3;

　　J=456-（456>>4<<4）;

　　在字面上好像H比G麻烦了好多，但是，仔细查看产生的汇编代码就会明白，方法G调用了基本的取模函数和除法函数，既有函数调用，还有很多汇编代码和寄存器参与运算；而方法H则仅仅是几句相关的汇编，代码更简洁，效率更高