單片機(jī)的異步串行通信功能和基本使用方法

　　單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信指數(shù)據(jù)字節(jié)的各位同時發(fā)送或接收;而串行通信是數(shù)據(jù)字長距離傳輸數(shù)據(jù)節(jié)一位一位按順序發(fā)送或接收。并行通信傳輸線多，適用于短距離、快速度的通信；面串行通信僅需單線傳輸信息，適用于長距離傳輸數(shù)據(jù)，由于每次傳送一位，所以傳輸速度比較慢。串行通信又分異步和同步兩種方式，其中異步串行通信是最常用的方式。本文主要通過兩個實例介紹單片機(jī)的異步串行通信功能和基本使用方法。

　　一、串行通信基本知識

　　ATmega8單片機(jī)帶有一個全雙工的同步／異步串行收發(fā)模塊USART，模塊由時鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器、控制寄存器等部分組成。異步串行通信的接線方式見下圖，其中RXD為接收端，TXD為發(fā)送端。數(shù)據(jù)通信以幀為傳輸單位，每一幀包含1位起始位0、8位或9位數(shù)據(jù)、1位奇偶校驗位和1位停止位1。

傳輸格式見下圖。

　　下面介紹與USART相關(guān)的幾個寄存器，為了節(jié)省篇幅，只對編程中要用到的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹。

　　1．?dāng)?shù)據(jù)寄存器UDR 數(shù)據(jù)寄存器UDR用來存放要發(fā)射或者接收的數(shù)據(jù)，UDR可讀可寫，初始值為0x00。

　　2．控制和狀態(tài)寄存器UCSRA．UCSRB、UCSRC

　　UCSRA的定義見下表。

　　UCSRA的初始值為0x20。

　　RXC位為USART接收完成標(biāo)志位，數(shù)據(jù)哲器中有未讀出的數(shù)據(jù)時RXC置位，否則清零。接收器禁止時，數(shù)據(jù)寄存器被刷新，導(dǎo)致RXC清零。RXC標(biāo)志可用來產(chǎn)生接收結(jié)束中斷。

　　TXC位為USART發(fā)送完成標(biāo)志位，發(fā)送移位緩沖器中的數(shù)據(jù)被送出，且當(dāng)發(fā)送緩沖器(UDR)為空時TXC置位。執(zhí)行發(fā)送結(jié)束中斷時TXC標(biāo)志自動清零，也可以通過寫1進(jìn)行清除操作。TXC標(biāo)志可用來產(chǎn)生發(fā)送結(jié)束中斷。

　　UDRE位數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志位，標(biāo)志指出發(fā)送緩沖器(UDR)是否準(zhǔn)備好接收新數(shù)據(jù)。UDRE為1說明緩沖器為空，已準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。UDRE標(biāo)志可用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)寄存器空中斷。復(fù)位后UDRE置位，表明發(fā)送器已經(jīng)就緒。

　　UCSRB的定義見下表。

UCSRB的初始值為0x00。

　　RENC位為數(shù)據(jù)接收允許標(biāo)志位，置位后將啟動USART接收器。RXD引腳的通用端口功能被USART功能所取代。

　　TXNC位為發(fā)送數(shù)據(jù)允許標(biāo)志位，置位后將啟動USART發(fā)送器。TXD引腳的通用端口功能被USART功能所取代。TXEN清零后，只有等到所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完成后發(fā)送器才能夠真正禁止，即發(fā)送移位寄存器與發(fā)送緩沖寄存器中沒有要傳送的數(shù)據(jù)。

CSRC的定義如下表。

UCSRC的初始值為0x86。

　　UCSRC寄存器與UBRRH寄存器共用相同的I／O地址。

　　URSEL位為寄存器選擇標(biāo)志位，通過該位選擇訪問UCSRC寄存器或UBRRH寄存器。當(dāng)讀UCSRC時，該位為1；當(dāng)寫UCSRC時，該位必須寫入1。

　　UMSEL位為模式選擇標(biāo)志位，通過這一位來選擇同步或異步工作模式。UMSEL=O為異步模式，UMSEL=1為同步模式。

　　UPM1～O位為奇偶校驗?zāi)Ｊ剑@兩位設(shè)置奇偶校驗的模式并使能奇偶校驗。如果使能了奇偶校驗，那么在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器都會自動產(chǎn)生并發(fā)送奇偶校驗位。對每一個接收到的數(shù)據(jù)，接收器都會產(chǎn)生一奇偶值，并與UPM0所設(shè)置的值進(jìn)行比較。如果不匹配，那么就將UCSRA中的PE置位。校驗方式見下表。

　　USBS位為停止位選擇標(biāo)志位，通過這一位可以設(shè)置發(fā)射幀中停止位的位數(shù)。接收器忽略這一位的設(shè)置。USBS=0為1位停止位，USBS=1為2位停止位。

　　UCSZ1～0位為字符長度標(biāo)志位，UCSZ1～0與UCSRB寄存器的UCSZ2位結(jié)合在一起可以設(shè)置數(shù)據(jù)幀包含的數(shù)據(jù)位數(shù)(字符長度)具體設(shè)置見下表。

　　3．波特率寄存器UBRRL和UBRRH

　　UBRRL和UBRRH的初始值均為Ox00。

　　UBRRH的最高位URSEL為寄存器選擇標(biāo)志位，用于選擇確定UCSRC寄存器和UBRRH寄存器的操作。如果讀UBRRH寄存器，該位為0。當(dāng)寫UBRRH寄存器時，該位必須寫入0。

　　寄存器UBRRH的低4位和寄存器UBRRL的8位構(gòu)成一個12位的UBRR寄存器，用于USART傳送或接收波特率(BAUD)的設(shè)置。

　　波特率是信號傳遞的速率，在二進(jìn)制信號中其值等于每秒鐘傳送多少位二進(jìn)數(shù)。在異步通信正常模式下波特率的計算公式為BAUD=fosc／16(UBRRH)，式中fosc為單片機(jī)系統(tǒng)時鐘頻率。

　　二、串口的應(yīng)用實驗

　　本文通過兩個實驗來介紹串口的應(yīng)用，兩個實驗都是計算機(jī)和ATmega8單片機(jī)串口通信的實例。

　　實驗一PC控制電源開關(guān)

　　1．實驗電路

　　實驗板上與本實驗相關(guān)的電路見下圖，這個實驗是通過計算機(jī)對實驗板上繼電器K1、K2進(jìn)行控制，即通過計算機(jī)用串行通信控制．ATmega8的(PD6、PD7)腳的輸出狀態(tài)。

　　2．程序設(shè)計

　　本實驗的程序由上位機(jī)(計算機(jī))程序和下位機(jī)(單片機(jī))程序兩部分組成。串口通信采用8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位。波特率為9600。

　　上位機(jī)程序是安裝在計算機(jī)上的串口應(yīng)用程序，主要作用是向RS-232C端口發(fā)送控制信號、接收和處理返回信號。上位機(jī)程序由筆者用VB語言編寫，在編寫和使用時均要使用MSComm通信控件。軟件的界面如下圖所示，當(dāng)用鼠標(biāo)單擊某一開關(guān)按鈕時，其上面的圓形指示燈狀態(tài)就會發(fā)生變化，紅色表示電源打開，黑色表示電源關(guān)閉，對應(yīng)單片機(jī)控制的繼電器也會發(fā)生相應(yīng)的變化。程序界面上的串口指示燈作串口工作狀態(tài)指示，串口通信正常時狀態(tài)為綠色，反之為黑色。軟件還可以對使用的串口進(jìn)行選擇。

下位機(jī)程序如下：

　　#includeiom8V.h>

　　unsigned char temp：

　　void mein(void)

　　{

　　DDRD=0xff；／／設(shè)置D口為推

　　挽1輸出

　　PORTD=0x00;

　　OSCCAL=0xaa：//校正內(nèi)部RC

　　振蕩器頻率，不同的芯片參數(shù)有差異

　　UCSRB=0x18；／／RXD、TXD4使能

　　UBRR=51；／／9600bit／s，8.0M

　　UCSRC=0x86;／／8位數(shù)據(jù)，1

　　位停止位．無校驗

　　while(1)

　　{

　　while(!(UCSRA0x80))；

　　等待接受完整

　　temp=UDR；／／接收數(shù)據(jù)

　　PORTD=temp；／／將數(shù)據(jù)輸

　　出至D口

　　while(!(UCSRA0x20))；

　　／／等待移位寄存器空

　　UDR=temp；／／發(fā)送數(shù)據(jù)，

　　讓上位機(jī)檢驗串口是否工作

　　}

　　}

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