UART收发的程序.doc

一般教科书上提供的UART收发的程序往往是一段采用轮循（Polling）方式完成收发的简单代码。但对于高速的AVR来讲，采用这种方式大大降低了MUC的效率。在使用AVR时，应根据芯片本身的特点（片内大容量数据存储器RAM，更适合采用高级语言编写系统程序），编写高效可靠的UART收发接口（低层）程序。下面是一个典型的USART的接口程序。(下面是CodeVisionAVR修改成WINAVR后的程序,原来的程序请看底下给出的链界,在/的论坛里) /usart.h/常量定义#define BAUDRATE 9600 /波特率/#define F_CPU 4000000 /晶振频率4.0MHz#define RXB8 1#define TXB8 0#define PE 2 /M16/#define UPE 2 /M128#define OVR 3#define FE 4#define UDRE 5#define RXC 7/宏定义#define FRAMING_ERROR (1FE)#define PARITY_ERROR (1PE) /M16/#define PARITY_ERROR (1UPE) /M128#define DATA_OVERRUN (1OVR)#define DATA_REGISTER_EMPTY (1UDRE)#define RX_COMPLETE (1RXC)/ USART Receiver buffer/ 全局变量,会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定，不要就会出错啦#define RX_BUFFER_SIZE 16 / 接收缓冲区大小，可根据需要修改volatile char rx_bufferRX_BUFFER_SIZE; / 接收缓冲区，为char型变量组成的数组，该数组构成环形队列，个数为RX_BUFFER_SIZE volatile unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter;/ This flag is set on USART Receiver buffer overflowvolatile char rx_buffer_overflow; /接收缓冲区溢出标志/ USART Transmitter buffer#define TX_BUFFER_SIZE 16volatile char tx_bufferTX_BUFFER_SIZE;volatile unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;/ 函数声明char get_c(void);void put_c(char c);void put_s(char *ptr);void init_USART(void); /usart.c#include #include #include #include usart.h/*接收中断*/ISR(USART_RXC_vect) char status,data; status=UCSRA; /读取接收状态标志位，必须先读，当读了UDR后，UCSRA便自动清零了 data=UDR; /读取USART数据寄存器，这句与上句位置不能颠倒的 if (status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN)=0) /判断本接收到的数据是否有数据帧、校验或数据溢出错误（此处指USART的硬件接收溢出） rx_bufferrx_wr_index=data; / 将数据填充到接收缓冲队列中 if (+rx_wr_index = RX_BUFFER_SIZE) /写指针指向下一个单元，并判断是否到了队列的尾部，（不表示接受缓冲区是否满！） rx_wr_index=0; /到了尾部，则指向头部（构成环状） if (+rx_counter = RX_BUFFER_SIZE) /队列中收到字符加1，并判断是否队列已满 rx_counter=0; / 队列满了，队列中收到字符个数为0，表示队列中所有以前的数据作废，因为最后的数据已经把最前边的数据覆盖了 rx_buffer_overflow=1; /置缓冲区溢出标志。在主程序中必要的地方需要判断该标志，以证明读到数据的完整性 ; ;/*接收单个字符*/char get_c(void) char data; while (rx_counter=0); /接收数据队列中没有数据可以读取，等待.（注2） data=rx_bufferrx_rd_index; /读取缓冲队列中的数据 if (+rx_rd_index = RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; /读取指针指向下一个未读的数据，如果指到了队列尾部，则指回到队列头步 cli(); / 关中断！非常重要 -rx_counter; /队列中未读数据个数减1。因为该变量在接收中断中要改变的，为了防止冲突，所以改动前临时关闭中断。程序相当可靠了。 sei(); / 开中断 return data;/发送中断ISR(USART_TXC_vect) if (tx_counter) -tx_counter; UDR=tx_buffertx_rd_index; if (+tx_rd_index = TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0; ; /*发送单个字符*/void put_c(char c) while (tx_counter = TX_BUFFER_SIZE); /发送数据队列中还有数据没有发送完，等待 cli(); if (tx_counter | (UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)=0) /若发送数据队列有数据或者数据寄存器UDR非空时执行(因为队列先进先出的原因，所以，c要放进非空的发送数据队列里面) tx_buffertx_wr_index=c; if (+tx_wr_index = TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0; +tx_counter; else UDR=c; sei();/*发送字符串*/void put_s(char *ptr) while (*ptr) put_c(*ptr+); put_c(0x0D); put_c(0x0A); /结尾发送回车换行/*USART 初始化*/void init_USART(void) /USART 9600 8, n,1 PC上位机软件(超级终端等)也要设成同样的设置才能通讯 UCSRC = (1URSEL) | 0x06; UBRRL= (F_CPU/BAUDRATE/16-1)%256; UBRRH= (F_CPU/BAUDRATE/16-1)/256; UCSRA = 0x00; /接收使能，发送使能，接收中断使能，发送中断使能 UCSRB=(1RXCIE)|(1TXCIE)|(1RXEN)|(1TXEN); /* 名 称：AVR USART（RS232）低层驱动+中间层软件示例 * * 作 者：zhiyu * 编译器：WINAVR20070525 * * 参 考：/bbs/bbs_content.jsp?mother_form=bbs_content.jsp&bbs_id=1000&bbs_page_no=1&bbs_sn=147242 高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南（上）-马潮 P320 嵌入式C编程与ATMEL AVR- 国外计算机经典教材 P141* 日 期：2007.07.19* 芯 片：M16L* 时钟源：外部4M晶振* 结 果：测试成功* 问 题：暂无*/#include /#include #include #include usart.hint main(void) init_USART(); sei(); /总中断允许 put_s(Hello！); put_s(这是一个简单的高速的串口驱动程序); put_s(请你输入任意的字符，单片机将返回你输入的字符); while (1) put_c(get_c(); /Makefile,主要的几项,只是针对我这里的程序,要灵活运用哦MCU = atmega16F_CPU = 4000000TARGET = mainSRC = $(TARGET).c usart.c /多文件编译才会用到这一项，可以参考这个帖子:/blog/user1/4266/archives/2006/6145.html*/ 这段由CVAVR程序生成器产生的UART接口代码是一个非常好的、高效可靠，并且值得认真学习和体会的。其特点如下： l.它采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高MCU的效率.当主程序调用getchar()函数时,按顺序执行到while (rx_counter=0)处,接收数据队列里面就没有数据,如果再没有数据输入,那么就只能死在那里等待.如果有数据输入的话,中断很快就响应,数据就会迅速地填充接收数据队列,rx_counter!=0,这个死等待也就给瓦解了,让程序执行接下来的那句data=rx_bufferrx_rd_index了.最后return data;,返回输入的值;如当主程序调用Putchar()发送数据时，如果UART口不空闲，就将数据放入发送缓冲器中，MCU不必等待，可以继续执行其它的工作。而UART的硬件发送完一个数据后，产生中断，由中断服务程序负责将发送缓冲器中数据依次自动送出。C语言书本里有其中一段: getchar()函数(字符输入函数)的作用是从终端(或系统隐含指定的输入设备)输入一个字符.getchar()函数没有参数.当你输入一个字符时候,比如a后,要按Enter键,字符才能送到内存!你一旦按了这个Enter,上面的程序就会执行中断响应了, 2.数据缓冲器结构是一个线性的循环队列，由读、写和队列计数器3个指针控制，用于判断队列是否空、溢出，以及当前数据在队列中的位置。 3.用编译控制命令#pragma savereg-和#pragma savereg+，使得由CVAVR在生成的中断服务程序中不进行中断保护（CVAVR生成中断保护会将比较多的寄存器压入堆栈中），而在中断中嵌入汇编，只将5个在本中断中必须要保护的寄存器压栈。这样提高了UART中断处理的速度，也意味着提高了MCU的效率。 4.由于在接口程序Putchar()、Getchar()和中断服务程序中都要对数据缓冲器的读、写和队列计数器3个指针判断和操作，为了防止冲突，在Putchar()、Getchar()中对3个指针操作时临时将中断关闭，提高了程序的可靠性。 建议读者能逐字逐句地仔细分析该段代码，真正理解和领会每一句语句（包括编译控制命令的作用）的作用，从中体会和学习如何编写效率高，可靠性好，结构优良的系统代码。这段程序使用的方法和技巧，对编写SPI、I2C的串行通信接口程序都是非常好的借鉴。 作为现在的单片机和嵌入式系统的工程师，不仅要深入全面的掌握芯片和各种器件的性能，具备丰富的硬件设计能力；同时也必须提高软件的设计能力。要学习和掌握有关数据结构、操作系统、软件工程、网络协议等方面的知识，具有设计编写大的复杂系统程序的能力。 /*=链接: /bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=147242&bbs_page_no=1&sub_kind_id=1430&bbs_id=1000/bbs/bbs_content.jsp? mother_form=bbs_content.jsp&bbs_id=1000&bbs_page_no=1&bbs_sn=528742/simple/index.php?t3193.html书籍: 高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南(上) P320 嵌入式C编程与Atmel AVR P141 第三章 标准I/O和预处理函数 (网上有这本电子书的下载)下面是马潮老师的说法:在CVAVR系统提供的标准库函数stdio.h中，提供了getchar()函数，该函数是采用轮询方式从USART接收数据的，轮询方式不仅效率低，而且会丢失数据，不能实现多任务的并行处理。CVAVR程序向导中给出的采用中断+缓冲的方式接受数据，同PC的串口接收数据的方法一样，充分利用了AVR的高速和RAM多的优点，体现出了如何才能充分发挥AVR的特点的程序设计思想，这种思路在32位系统中也是这样的。使用AVR的话，对软件的设计能力要求更高了，否则根本不能发挥和体现AVR的特点。许多人有了一点C的基础，就认为采用C编写单片机程序没问题，很快就会掌握AVR了，对此我只能一笑了之。看看本站上众多的代码，再看看本贴的遭遇，能说什么呢？还有,你可以参考一下这里的链接:/forum/dispbbs.asp?boardID=2&ID=2249&page=1这人朋友些得不错,主要是因为:#define RX_BUFFER_SIZE0 8 /收件箱的长度unsigned char rx_buffer0RX_BUFFER_SIZE0; /收信箱unsigned char rx_wr_index0; /收信箱写指针unsigned char rx_rd_index0; /收信箱读指针unsigned char rx_counter0; /收信箱存量unsigned char rx_buffer_overflow0; /收信箱满标志位 这样的比喻不是很好理解了吗,你要是脑子发散一点,会不会想到操作系统里面的管道的概念呢,其实现在我也没具体去看这东西,不过也会有些相通的地方吧.回到本题： 注1： 如果在程序的开头部分加上语句 #define _DEBUG_TERMINAL_IO_ 那么程序在编译时仍使用系统自己的getchar()函数，这样在软件模拟仿真时，可以从模拟的终端读取数据，便于在软件模拟环境中调试整个系统，而需要正式运行时，则把该句注释掉。 注2： 此处在正式应用中应根据实际情况做适当的修改。否则当主程序调用getchar()时，如果缓冲队列中没有数据，同时对方也没有发数据的情况时，程序会在此死循环。 比较简单的办法是将这句删掉，而在调用getchar()函数前先判断rx_counter的值，为0的话就不调用了。 或改为： signed int getchar(void) signed int data; if (rx_counter = 0) data = -1; else data=rx_bufferrx_rd_index; /读取缓冲队列中的数据 if (+rx_rd_index = RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; /读取指针指向下一个未读的数据，如果指到了队列尾部，则指回到队列头步 #asm(cli) / 关中断！非常重要 -rx_counter; /队列中未读数据个数减1。因为该变量在接收中断中要改变的，为了防止冲突，所以改动前临时关闭中断。程序相当可靠了。 #asm(sei) / 开中断 return data; 注3： 有兴趣希望深入实在学习的网友，可将CVAVR生成的USART发送代码仔细分析以下。它的发送代码非常完美，可以马上使用。 思考分析：#include #define RXB8 1 #define TXB8 0 #define UPE 2 #define OVR 3 #define FE 4 #define UDRE 5 #define RXC 7 #define FRAMING_ERROR (1FE) #define PARITY_ERROR (1UPE) #define DATA_OVERRUN (1OVR) #define DATA_REGISTER_EMPTY (1UDRE) #define RX_COMPLETE (1RXC) / USART Transmitter buffer #define TX_BUFFER_SIZE 8 char tx_bufferTX_BUFFER_SIZE; #if TX_BUFFER_SIZE256 unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #else unsigned int tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #endif / USART Transmitter interrupt service routine interrupt USART_TXC void usart_tx_isr(void) if (tx_counter) -tx_counter; UDR=tx_buffertx_rd_index; if (+tx_rd_index = TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0; ; #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ / Write a character to the USART Transmitter buffer #define _ALTERNATE_PUTCHAR_ #pragma used+ void putchar(char c) while (tx_counter = TX_BUFFER_SIZE); #asm(cli) if (tx_counter | (UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)=0) tx_buffertx_wr_index=c; if (+tx_wr_index = TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0; +tx_counter; else UDR=c; #asm(sei) #pragma used- #endif / Standard Input/Output functions #include / Declare your global variables here void main(void) / Declare your local variables here / Input/Output Ports initialization / Port A initialization / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; / Port B initialization / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00; DDRB=0x00; / Port C initialization / Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In / State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x00; DDRC=0x00; / Port D init