基于AVR单片机USART与PC机的串行通信.doc
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1、基于AVR单片机USART与PC机的串行通信PC机发送字符给单片机控制发光管亮,同时将其传回PC机,其中单片机的发送和接收都采用查询方式1、USART的主要特点通用同步和异步串行接收器和转发器(USART) 是一个高度灵活的串行通讯设备。主要特点为:全双工操作( 独立的串行接收和发送寄存器)异步或同步操作主机或从机提供时钟的同步操作高精度的波特率发生器支持5, 6, 7, 8, 或9 个数据位和1 个或2 个停止位支持的奇偶校验操作数据过速检测? 帧错误检测噪声滤波,包括错误的起始位检测,以及数字低通滤波器三个独立的中断:发送结束中断, 发送数据寄存器空中断,以及接收结束中断多处理器通讯模式倍
2、速异步通讯模式2、异步串行收发器USART 分为了三个主要部分: 时钟发生器,发送器和接收器。控制寄存器由三个单元共享。时钟发生器包含同步逻辑,通过它将波特率发生器及为从机同步操作所使用的外部输入时钟同步起来。XCK ( 发送器时钟) 引脚只用于同步传输模式。发送器包括一个写缓冲器,串行移位寄存器,奇偶发生器以及处理不同的帧格式所需的控制逻辑。写缓冲器可以保持连续发送数据而不会在数据帧之间引入延迟。由于接收器具有时钟和数据恢复单元,它是USART 模块中最复杂的。恢复单元用于异步数据的接收。除了恢复单元,接收器还包括奇偶校验,控制逻辑,移位寄存器和一个两级接收缓冲器UDR。接收器支持与发送器相
3、同的帧格式,而且可以检测帧错误,数据过速和奇偶校验错误。3、时钟产生1)USART支持4种模式的时钟时钟产生逻辑为发送器和接收器产生基础时钟。USART 支持4 种模式的时钟:正常的异步模式,倍速的异步模式,主机同步模式,以及从机同步模式。USART 控制位UMSEL和状态寄存器C (UCSRC) 用于选择异步模式和同步模式。倍速模式( 只适用于异步模式) 受控于UCSRA 寄存器的U2X。使用同步模式 (UMSEL = 1) 时,XCK 的数据方向寄存器(DDR_XCK)决定时钟源是由内部产生(主机模式)还是由外部生产(从机模式)。仅在同步模式下XCK 有效。2)内部时钟用于异步模式和同步主
4、机模式USART 的波特率寄存器UBRR 和降序计数器相连接,一起构成可编程的预分频器或波特率发生器。降序计数器对系统时钟计数,当其计数到零或UBRRL 寄存器被写时,会自动装入UBRR 寄存器的值。当计数到零时产生一个时钟,该时钟作为波特率发生器的输出时钟,输出时钟的频率为fosc/(UBRR+1)。发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。波特率发生器的输出被直接用于接收器与数据恢复单元。数据恢复单元使用了一个有2、8或16个状态的状态机,具体状态数由UMSEL、U2X 与 DDR_XCK 位设定的工作模式决定。Table 60 给出了计算波特率(位/
5、秒)以及计算每一种使用内部时钟源工作模式的UBRR值的公式。3)倍速工作模式通过设定UCSRA 寄存器的U2X 可以使传输速率加倍。该位只对异步工作模式有效。当工作在同步模式时,设置该位为“0”。设置该位把波特率分频器的分频值从16 降到8,使异步通信的传输速率加倍。此时接收器只使用一半的采样数对数据进行采样及时钟恢复,因此在该模式下需要更精确的系统时钟与更精确的波特率设置。发送器则没有这个要求。4)外部时钟(这些东西感觉都是扯淡的呵呵)同步从机操作模式由外部时钟驱动,如Figure 70 所示。输入到XCK 引脚的外部时钟由同步寄存器进行采样,用以提高稳定性。同步寄存器的输出通过一个边沿检测
6、器,然后应用于发送器与接收器。这一过程引入了两个CPU 时钟周期的延时,因此外部XCK 的最大时钟频率由以下公式限制:fsck要注意fosc 由系统时钟的稳定性决定,为了防止因频率漂移而丢失数据,建议保留足够的裕量。5)同步时钟操作使用同步模式时(UMSEL = 1)XCK 引脚被用于时钟输入( 从机模式) 或时钟输出( 主机模式)。时钟的边沿、数据的采样与数据的变化之间的关系的基本规律是:在改变数据输出端TxD 的XCK 时钟的相反边沿对数据输入端RxD 进行采样。4、帧格式串行数据帧由数据字加上同步位( 开始位与停止位) 以及用于纠错的奇偶校验位构成。1)数据帧格式? 1 个起始位? 5、
7、 6、 7、 8 或9 个数据位? 无校验位、奇校验或偶校验位? 1或2 个停止位数据帧以起始位开始;紧接着是数据字的最低位,数据字最多可以有9 个数据位,以数据的最高位结束。如果使能了校验位,校验位将紧接着数据位,最后是结束位。当一个完整的数据帧传输后,可以立即传输下一个新的数据帧,或使传输线处于空闲状态。Figure72 所示为可能的数据帧结构组合。括号中的位是可选的。数据帧的结构由UCSRB 和 UCSRC 寄存器中的UCSZ2:0、 UPM1:0、USBS 设定。接收与发送使用相同的设置。设置的任何改变都可能破坏正在进行的数据传送与接收。USART的字长位UCSZ2:0确定了数据帧的数
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