AVR单片机串口USART与PC通讯实例和中断程序分析

1、“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

2、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

3、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AUCSRB 串口控制与状态寄存器BUCSRC 串口控制与状态寄存器CUBRRH,UBRRL 波特率寄存器发

4、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<<URSEL)|(1<<URMEL); /UCSRC和UBRRH寄存器共用一个地址，写UCSRC时，URSEL应置1二、设置数据帧格式： 8位数据位，一位停止位，

5、UCSRC|=(1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);三、设置波特率寄存器： UBRRL=51;UBRRH=0;四、使能发送接收： UCSRB|=(1<<TXEN)|(1<<RXEN);五、中断总使能： ；/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<iom16v.h>#include<macros.h>#define fosc 8000000 /晶振8MHZ#define baud 9600 /波特率定义/*端口初始化函数

6、*/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PD1DDRD|=(1<<PD1); /PD0为接收端口置为输入；PD1为发送端口置为输出/*串口初始化函数*/void uart_init(void)UCSRB = 0x00;UCSRA = 0x00;UCSRC |= (1<<URSEL)|(1 << UCSZ1)|(1 << UCSZ0); /异步，数据格式8，N，1/UCSRC寄存器与UBRRH寄存器

7、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 << TXEN)|(1 << RXEN); /发送接收使能/*发送数据函数*/void send(unsigned char i)while(!(UCSRA&(1<<UDRE); /只有数据寄存器为空时才能发送数据UDR=i;/*以下是接收数据函数*/unsigned char receive(void)while(!(UCSRA&(1<<RXC); /等待接收完成return

8、 UDR;/*主函数*/void main(void)unsigned char temp;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

9、 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JTAG ICE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 <avr/io.

10、h>#include <avr/delay.h>#include <avr/signal.h>#include <avr/interrupt.h>/*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

11、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 <avr/signal.h>和#include <avr/interrupt.h>。 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：void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定义 */注： 内部函数_delay_ms() 最高延时 262.144mS1MHz/* 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

12、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:WinAVRavrincludeavr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 ,

13、PORTx,GICR.*/管脚定义#define EXT_INT0 2 /PD2 按键0#define EXT_INT1 3 /PD3 按键1#define EXT_INT2 2 /PB2 按键2#define LED0 0 /PB0#define LED1 1 /PB1#define LED2 3 /PB3/宏定义#define LED0_ON() PORTB|= (1<<LED0) /输出高电平，灯亮#define LED0_OFF() PORTB&=(1<<LED0) /输出低电平，灯灭#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#define has_volatile 1 /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#if has_vol

15、atilevolatile unsigned char FLAG; /全局变量,会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定 #elseunsigned char FLAG; /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<<EXT_INT0)=0) /重复检测，防抖动LED0_ON(); /点亮LED0loop_until_bit_is_set(PIND,EXT_INT0); /等待按键释放(变

16、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<<EXT_INT1)=0)LED1_ON(); /点亮LED1loop_until_bit_is_set(PIND,EXT_INT1);_delay_ms(

17、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<<EXT_INT2)=0)LED0_OFF(); /熄灭LED0LED1_OFF(); /熄灭LED1loop_until_bit_is_set(PINB,EXT_INT2); FLAG=!FLAG; /修改全局变量_delay_ms(100);int main(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;

18、PORTD =0xFF;DDRB = (1<<LED2)|(1<<LED1)|(1<<LED0); /输出 PORTB =(1<<LED2)|(1<<LED1)|(1<<LED0); /低电平，灯灭 /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<<ISC11)|(0<<ISC10)|(1<<ISC01)|(0<<ISC00); /注意该寄存器有多个功能/*ISCx1:0=00 INTx引脚为低电平时产生中断请求ISCx1:0=01 INTx引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断ISCx1:0=10 INTx引脚的下降沿产生中断请求ISCx1:0=11 INTx引脚的上升沿产生中断请求MCUCSR&=(1<<ISC2); /注意该寄存器有多个功能/* ISC2=0 INT2引脚的下降沿产生异步中断请求ISC2=1 INT2引脚的上升沿产生异步中断请求GIFR=(1<<INTF1)|(1<<INTF0)|(1<<INTF2);/写1清除标志位，在使能中断前最好先把对应的标志位清除，以免误触发GICR=(1<<INT1)|(1<<