AVR单片机串口USART与PC通讯实例和中断程序分析.docx
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AVR单片机串口USART与PC通讯实例和中断程序分析
“并行”通讯：
是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，数据也就容易出错。
“串行”通讯：
形容一下就是一条车道，而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。
但是并不是并口快，由于8位通道之间的互相干扰。
传输时速度就受到了限制。
而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。
串口没有干扰，传输重发一位就可以了。
所以要比并口快。
串行通讯协议较多，单片机常用的有USART,SPI,TWI,1-Wire等。
串行通讯有分为同步和异步通讯：
通俗讲 同步就是你叫我去吃饭，我听到了就和你去吃饭；如果没有听到，你就不停的叫，直到我告诉你听到了，才一起去吃饭。
异步就是你叫我，然后自己去吃饭，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃饭。
同步通讯：
收信发信双方在使用同步时钟，在同一时刻传输线上的数据就是要传输的信息。
异步通讯：
以字符为传输单位，字符与字符之间是异步的，而字符的位是同步的
USART：
异步串行通讯，常用与单片机和单片机，单片机和PC电脑间的数据传输。
波特率：
表征通讯速度的参数，单位是位/秒（b/s），即每秒钟传输的二进制位数，如波特率9600，表示每秒钟传输9600个二进制位数据。
收发双方必须采用同样的波特率。
波特率不同将无法正常通讯。
全双工通讯：
指是的是可以同时发送和接收数据。
半双工通讯：
指的是在同一时刻只能发送或只能接收数据。
单片机与PC通讯的电平转换：
单片机的电压一般是TTL电平，电压0v-5v，PC机串口采用的是RS-232协议，它的的电压范围是-15-+15v，电平不同，无法通讯。
要实现通讯，必须进行电平和逻辑关系的转换， 一般用 MAX232集成芯片进行电平的转换。
ATmega16串口结构：
有一个全双工的串行口，有两条通讯线，TXD:
数据发送线，RXD：
数据接收线，对应的单片机外部引脚为PD1,PD0
相关寄存器：
UDR 串口数据寄存器，
UCSRA 串口控制与状态寄存器A
UCSRB 串口控制与状态寄存器B
UCSRC 串口控制与状态寄存器C
UBRRH,UBRRL波特率寄存器
发生器对波特率发生器的输出时钟进行2、8或16的分频，具体情况取决于工作模式，如下图：
如：
系统时钟频率f=8MHZ，异步正常模式（16分频），波特率9600
则：
UBRR=8000000/16*9600-1=52-1=51; 波特率寄存器赋值：
UBRRH=0; UBRRL=51;/*10进制写法*/，
或者UBRRH=0；UBRRL=0x33;/*16进制写法*/
操作步骤：
一、设置异步模式：
UCSRC|=（1< 二、设置数据帧格式：
8位数据位，一位停止位，UCSRC|=（1< 三、设置波特率寄存器：
UBRRL=51;UBRRH=0;
四、使能发送接收：
UCSRB|=（1< 五、中断总使能：
ＳＲＥＧ＝０Ｘ８０；
//函数功能：
通过PC串口向单片发送数据，单片机接收数据后，送到PA口显示，再送回到PC机
#include
#include
#definefosc8000000 //晶振8MHZ
#definebaud9600 //波特率定义
/*端口初始化函数*/
void init（void）
{
PORTA=0xFF; //PA口输出高电平
DDRA =0xFF; //PA口设置为输出
PORTD=0X00; //USART的发送接收端口分别为PD0和PD1
DDRD|=（1<}
/*串口初始化函数*/
voiduart_init（void）
{
UCSRB=0x00;
UCSRA=0x00;
UCSRC|=（1<//UCSRC寄存器与UBRRH寄存器共用相同的I/O地址,写UCSRC时，URSEL应设置为1。
UBRRL=51; //设置波特率寄存器10进制的写法
UBRRH=0;
UCSRB|=（1<}
/*发送数据函数*/
voidsend（unsignedchari）
{
while（!
（UCSRA&（1<UDR=i;
}
/*以下是接收数据函数*/
unsignedchar receive（void）
{
while（!
（UCSRA&（1<returnUDR;
}
/*主函数*/
voidmain（void）
{
unsignedchartemp;
init（）;
uart_init（）;
while
（1）
{
temp=receive（）; //接收数据
PORTA=~temp; //将接收的数据取反后送PA口显示
send（temp）; //向PC机发送数据
}
}
1.范例描述
按下按键0，LED0亮。
直到松手，其他按键才能起作用
按下按键1，LED1亮。
其他按键随时都能起作用
按下按键2，LED0/1都熄灭。
直到松手，其他按键才能起作用
2.电路图设计：
.
4.代码设计与说明：
本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的外部中断
中断的设置
按键的简单延时防抖动
中断的嵌套
变量在中断中的应用---如果变量会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定
本范例可直接使出厂状态的新M16芯片，无需对芯片的熔丝位进行配置。
出于简化程序考虑，各种数据没有对外输出，学习时建议使用JTAGICE硬件仿真器
关于外部中断作唤醒源的条件:
（将会在后面的电源管理和睡眠模式范例中应用）
而INT0和INT1的边沿触发中断只能在空闲模式起作用，即CLKI/O不停止
INT0和INT1的低电平中断，INT2在各种睡眠模式下都可以，因为这几种中断工作
于异步模式，不需要时钟驱动
官方的M16中文手册对外部中断的描叙存在多处错误，请参考英文原版。
*/
#include
#include
#include
#include
/*宏INTERRUPT的用法与SIGNAL类似，区别在于
SIGNAL执行时全局中断触发位被清除、其他中断被禁止
INTERRUPT执行时全局中断触发位被置位、其他中断可嵌套执行
中断服务程序的编写具有一定的格式，在不同编译环境下各不相同，在WINAVR（GCC）环境下有两种方式，分别是：
第一种中断服务程序的编写格式：
SIGNAL（中断向量名）
{
…//中断服务程序内容
}
第一种中断服务程序的编写格式：
ISR（中断向量名）
{
…//中断服务程序内容
}
在这两种方式中，需要分别添加头文件：
#include和#include。
另外avr-libc提供两个API函数用于置位和清零全局中断触发位，它们是经常用到的。
分别是：
voidsei（void）和voidcli（void）由interrupt.h定义*/
//注：
内部函数_delay_ms（）最高延时262.144mS@1MHz
/*该函数可以实现较精确的定时,但用JTAG仿真时较麻烦---会进入机器码窗口（Disassembeler）
.注意跳开该语段。
一旦JTAG仿真进入该内部函数语句，会变得像"死机"一样（其实在运行中），可以先[break]，然后
在后面的C语句设[breakpoint]，[RUN]跳过*/
//for（）/while（）语句计算延时时间较麻烦。
//为了使_delay_ms（）函数的延时正确，须在makefile中设定F_CPU为实际的系统时钟频
//本范例为1MHz内部RC振荡器即F_CPU=1000000
/*
C:
\WinAVR\avr\include\avr\目录包括所有芯片的定义和其他头文件
其中iom16.h定义ATMEGA16芯片的特性（中断向量，寄存器，位定义...）
包括下面中断服务程序的常量SIG_INTERRUPTx,PORTx,GICR.....
*/
//管脚定义
#defineEXT_INT02//PD2按键0
#defineEXT_INT13//PD3按键1
#defineEXT_INT22//PB2按键2
#defineLED00//PB0
#defineLED11//PB1
#defineLED23//PB3
//宏定义
#defineLED0_ON（）PORTB|=（1<#defineLED0_OFF（）PORTB&=~（1<#defineLED1_ON（）PORTB|=（1<#defineLED1_OFF（）PORTB&=~（1<#defineLED2_ON（）PORTB|=（1<#defineLED2_OFF（）PORTB&=~（1<//51系列的高电平输出能力很弱，低电平也仅能点亮LED.所以常见输出低电平才灯亮的接法。
//AVR芯片的高低驱动能力都很强,甚至能推动8字数码管的公共极，怎么接都没问题。
//全局变量
#definehas_volatile1//这里是条件编译
//可以修改has_volatile=1或0来看程序运行的效果
#ifhas_volatile
volatileunsignedcharFLAG;//全局变量,会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定
#else
unsignedcharFLAG;//全局变量.
#endif
//仿真时在watch窗口，监控这些变量。
SIGNAL（SIG_INTERRUPT0）//INT0中断服务程序
{
//硬件自动清除INTF0标志位
_delay_ms（10）;//延时
if（（PIND&（1<LED0_ON（）;//点亮LED0
loop_until_bit_is_set（PIND,EXT_INT0）;//等待按键释放（变为高电平）
_delay_ms（10）;//延时按键释放时也会抖动。
//即使同时发生其它的中断事件，如果在这里把相应的中断标志位清除，那么该中断将
不能触发进入中断服务
/*注意
读端口用PINx
写端口用PORTx*/
}
INTERRUPT（SIG_INTERRUPT1）//INT1中断服务程序
{
//硬件自动清除INTF1标志位
//这里全局中断被打开,将允许其他中断嵌套执行
_delay_ms（10）;
if（（PIND&（1<LED1_ON（）;//点亮LED1
loop_until_bit_is_set（PIND,EXT_INT1）;
_delay_ms（10）;
}
SIGNAL（SIG_INTERRUPT2）//INT2中断服务程序
{
//硬件自动清除INTF2标志位
_delay_ms（10）;
if（（PINB&（1<{
LED0_OFF（）;//熄灭LED0
LED1_OFF（）;//熄灭LED1
}
loop_until_bit_is_set（PINB,EXT_INT2）;
FLAG=!
FLAG;//修改全局变量
_delay_ms（100）;
}
intmain（void）
{
//上电默认DDRx=0x00,PORTx=0x00输入，无上拉电阻
PORTA=0xFF;//不用的管脚使能内部上拉电阻。
PORTC=0xFF;
PORTD=0xFF;
DDRB=（1<PORTB=~（（1<//外部中断INT0,1,2做按键输入，使能内部上拉，就可以不用外接电阻了
MCUCR=（1</*
ISCx1:
0=00INTx引脚为低电平时产生中断请求
ISCx1:
0=01INTx引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断
ISCx1:
0=10INTx引脚的下降沿产生中断请求
ISCx1:
0=11INTx引脚的上升沿产生中断请求
MCUCSR&=~（1</*ISC2=0INT2引脚的下降沿产生异步中断请求
ISC2=1INT2引脚的上升沿产生异步中断请求
GIFR=（1<GICR=（1<FLAG=0;
sei（）;//使能全局中断
while
（1）
{
while（FLAG==0）;
LED2_ON（）;//如果FLAG不加volatile限定（即has_volatile=0）,
//程序将永远都运行不到这里。
while（FLAG!
=0）;
LED2_OFF（）;
}
}
程序运行效果
按下按键0，LED0亮。
直到松手，其他按键才能起作用
按下按键1，LED1亮。
其他按键随时都能起作用
按下按键2，LED0/1都熄灭。
直到松手，其他按键才能起作用
LED2是根据按键2的顺序来亮灭，松手后变换，前提是FLAG加了volatile限定
*/
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