AVR单片机串口通信详细实例讲解

### AVR单片机串口通信知识点详解 #### 一、AVR单片机串口通信概述 AVR系列单片机是一种广泛应用于嵌入式系统的微控制器，以其高性能、低功耗等特点受到工程师们的青睐。在AVR单片机中，串口通信是一种常见的通信方式，用于实现与其他设备之间的数据交换。本文将以AVR系列中的Atmega128单片机为例，详细介绍其串口通信的相关知识点，并通过实例讲解如何进行实际的应用。 #### 二、AVR单片机串口通信基本原理 Atmega128单片机具有两个串口通信接口：USART0和USART1。这里我们将重点介绍USART0的配置和使用。 ##### 1. 串口初始化 串口初始化主要包括以下几个步骤： - **传输模式的选择**：通过设置`UCSR0C`寄存器中的`UMSEL`位来选择同步或异步模式，默认为异步模式。 - **波特率的设置**：波特率是串口通信速度的重要指标，需要确保通信双方的波特率相同。可以通过设置波特率发生寄存器`UBRR0`来确定波特率。`UBRR0`分为高8位`UBRR0H`和低8位`UBRR0L`，并且`UCSR0A`中的波特率加倍位`UX2`会影响波特率的大小。 - **传输帧格式的设置**：默认为8位数据位、1位停止位。可以通过`UCSR0C`寄存器进行配置。 - **发送接收的使能与中断**：通过设置`UCSR0B`寄存器来控制接收或发送的使能以及是否使用中断。如果使用中断，则初始化前需要先关闭中断。 ##### 2. 控制和状态寄存器 - **UCSR0A**：控制寄存器，其中包含波特率加倍位`U2X0`。 - **UCSR0B**：控制寄存器，用于设置接收使能、发送使能等。 - **UCSR0C**：配置寄存器，用于设置传输模式、奇偶校验、停止位等。 - **UBRR0**：波特率寄存器，分为`UBRR0H`和`UBRR0L`。 - **UDR0**：数据寄存器，用于存放发送或接收的数据。 ##### 3. 初始化过程 以USART0为例，初始化步骤如下： 1. **关闭USART0的所有功能**：首先关闭USART0的所有使能和中断。 ```c UCSR0B = 0x00; ``` 2. **设置UCSR0A**：根据需要选择是否启用波特率加倍功能。 ```c UCSR0A = 0x00; // 不使用倍速发送 ``` 3. **设置UCSR0C**：配置通信模式、数据位长度等。 ```c UCSR0C = 0x06; // 异步模式，无奇偶校验，8位数据位，1位停止位 ``` 4. **设置UBRR0**：根据CPU频率和所需波特率计算UBRR0的值。 - 如果`U2X0`为0（即异步正常模式）： ```c UBRR0L = (F_CPU / BAUDRATE / 16 - 1) % 256; UBRR0H = (F_CPU / BAUDRATE / 16 - 1) / 256; ``` - 如果`U2X0`为1（即波特率加倍模式）： ```c UBRR0L = (F_CPU / BAUDRATE / 8 - 1) % 256; UBRR0H = (F_CPU / BAUDRATE / 8 - 1) / 256; ``` 5. **设置UCSR0B**：使能发送和接收，并选择中断。 ```c UCSR0B = 0x98; // 发送接收使能，接收结束使能 ``` ##### 4. 读写操作 完成初始化后，就可以进行数据的发送和接收了。发送数据时，需要等待发送缓冲器`UDR0`准备好接收新数据，即`UCSR0A`的`UDRE0`位变为1。 ```c void putchar(unsigned char c) { while (!(UCSR0A & (1 << UDRE0))); // 等待发送缓冲器准备好 UDR0 = c; // 发送数据 } ``` #### 三、实例分析 假设我们需要在Atmega128单片机上配置USART0，使其以9600bps的速度进行异步通信，数据位为8位，无奇偶校验，1位停止位。 初始化代码如下所示： ```c void uart_init(void) { // 串口0初始化 UCSR0B = 0x00; // disable while setting baud rate UCSR0A = 0x00; // 不使用倍速发送 UCSR0C = 0x06; // B00000110 奇偶模式无，八位数据位，一位停止位 UBRR0L = 103; // 波特率：9600Bps UBRR0H = 0x00; // 误差率：0.156% UCSR0B = 0x98; // 发送接收使能，接收结束使能 } ``` 通过以上代码，我们可以看到如何配置单片机的串口参数以满足特定的通信需求。实际应用中，还需要考虑错误处理、数据包封装等细节问题，但本篇所介绍的基础知识点已经足够覆盖大多数简单的应用场景。 #### 四、总结 本文详细介绍了AVR单片机串口通信的基本原理及配置方法，并通过一个具体的实例演示了如何在实际项目中进行配置。对于初学者来说，掌握这些基础知识将有助于更好地理解和应用单片机的串口通信功能。