單片機的異步串行通信功能和基本使用方法

　　單片機的數據通信有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信指數據字節的各位同時(shí)發(fā)送或接收;而串行通信是數據字長(cháng)距離傳輸數據節一位一位按順序發(fā)送或接收。并行通信傳輸線(xiàn)多，適用于短距離、快速度的通信；面串行通信僅需單線(xiàn)傳輸信息，適用于長(cháng)距離傳輸數據，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(guò)兩個(gè)實(shí)例介紹單片機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單片機帶有一個(gè)全雙工的同步／異步串行收發(fā)模塊USART，模塊由時(shí)鐘發(fā)生器、數據發(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(xiàn)方式見(jiàn)下圖，其中RXD為接收端，TXD為發(fā)送端。數據通信以幀為傳輸單位，每一幀包含1位起始位0、8位或9位數據、1位奇偶校驗位和1位停止位1。

傳輸格式見(jiàn)下圖。

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

　　1．數據寄存器UDR 數據寄存器UDR用來(lái)存放要發(fā)射或者接收的數據，UDR可讀可寫(xiě)，初始值為0x00。

　　2．控制和狀態(tài)寄存器UCSRA．UCSRB、UCSRC

　　UCSRA的定義見(jiàn)下表。

　　UCSRA的初始值為0x20。

　　RXC位為USART接收完成標志位，數據哲器中有未讀出的數據時(shí)RXC置位，否則清零。接收器禁止時(shí)，數據寄存器被刷新，導致RXC清零。RXC標志可用來(lái)產(chǎn)生接收結束中斷。

　　TXC位為USART發(fā)送完成標志位，發(fā)送移位緩沖器中的數據被送出，且當發(fā)送緩沖器(UDR)為空時(shí)TXC置位。執行發(fā)送結束中斷時(shí)TXC標志自動(dòng)清零，也可以通過(guò)寫(xiě)1進(jìn)行清除操作。TXC標志可用來(lái)產(chǎn)生發(fā)送結束中斷。

　　UDRE位數據寄存器空標志位，標志指出發(fā)送緩沖器(UDR)是否準備好接收新數據。UDRE為1說(shuō)明緩沖器為空，已準備好進(jìn)行數據接收。UDRE標志可用來(lái)產(chǎn)生數據寄存器空中斷。復位后UDRE置位，表明發(fā)送器已經(jīng)就緒。

　　UCSRB的定義見(jiàn)下表。

UCSRB的初始值為0x00。

　　RENC位為數據接收允許標志位，置位后將啟動(dòng)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)送數據允許標志位，置位后將啟動(dòng)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，只有等到所有的數據發(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(méi)有要傳送的數據。

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位為寄存器選擇標志位，通過(guò)該位選擇訪(fǎng)問(wèn)UCSRC寄存器或UBRRH寄存器。當讀UCSRC時(shí)，該位為1；當寫(xiě)UCSRC時(shí)，該位必須寫(xiě)入1。

　　UMSEL位為模式選擇標志位，通過(guò)這一位來(lái)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位為奇偶校驗模式，這兩位設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)送數據時(shí)，發(fā)送器都會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生并發(fā)送奇偶校驗位。對每一個(gè)接收到的數據，接收器都會(huì )產(chǎn)生一奇偶值，并與UPM0所設置的值進(jìn)行比較。如果不匹配，那么就將UCSRA中的PE置位。校驗方式見(jiàn)下表。

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

　　UCSZ1～0位為字符長(cháng)度標志位，UCSZ1～0與UCSRB寄存器的UCSZ2位結合在一起可以設置數據幀包含的數據位數(字符長(cháng)度)具體設置見(jiàn)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。當寫(xiě)UBRRH寄存器時(shí)，該位必須寫(xiě)入0。

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

　　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。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為單片機系統時(shí)鐘頻率。

　　二、串口的應用實(shí)驗

　　本文通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗來(lái)介紹串口的應用，兩個(gè)實(shí)驗都是計算機和ATmega8單片機串口通信的實(shí)例。

　　實(shí)驗一PC控制電源開(kāi)關(guān)

　　1．實(shí)驗電路

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

　　2．程序設計

　　本實(shí)驗的程序由上位機(計算機)程序和下位機(單片機)程序兩部分組成。串口通信采用8位數據位，1位停止位，無(wú)校驗位。波特率為9600。

　　上位機程序是安裝在計算機上的串口應用程序，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。上位機程序由筆者用VB語(yǔ)言編寫(xiě)，在編寫(xiě)和使用時(shí)均要使用MSComm通信控件。軟件的界面如下圖所示，當用鼠標單擊某一開(kāi)關(guān)按鈕時(shí)，其上面的圓形指示燈狀態(tài)就會(huì )發(fā)生變化，紅色表示電源打開(kāi)，黑色表示電源關(guān)閉，對應單片機控制的繼電器也會(huì )發(fā)生相應的變化。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(shí)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。

下位機程序如下：

　　#includeiom8V.h>

　　unsigned char temp：

　　void mein(void)

　　{

　　DDRD=0xff；／／設置D口為推

　　挽1輸出

　　PORTD=0x00;

　　OSCCAL=0xaa：//校正內部RC

　　振蕩器頻率，不同的芯片參數有差異

　　UCSRB=0x18；／／RXD、TXD4使能

　　UBRR=51；／／9600bit／s，8.0M

　　UCSRC=0x86;／／8位數據，1

　　位停止位．無(wú)校驗

　　while(1)

　　{

　　while(!(UCSRA0x80))；

　　等待接受完整

　　temp=UDR；／／接收數據

　　PORTD=temp；／／將數據輸

　　出至D口

　　while(!(UCSRA0x20))；

　?。却莆患拇嫫骺?/DIV>

　　UDR=temp；／／發(fā)送數據，

　　讓上位機檢驗串口是否工作

　　}

　　}

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