AVR学习笔记五异步串行通信（USART）实验.doc

AVR学习笔记五、异步串行通信（USART）实验 -------基于LT_Mini_M16 5.1 USART的单字节发送实验 5.1.1 实例功能 现今单片机嵌入式系统接口技术发展的一个重要变化趋势是由并行外围总线接口向串行外围总线接口的转变。目前采用标准串行通信协议的器件非常多，通信协议也各有不同，主要有USART、SPI、TWI（IIC）、1-Wire等。 采用串行接口与总线方式为主的外围扩展技术具有方便、灵活，电路系统简单，占用I/O口资源少等特点。但是其串行接口系统的实现增加了软件设计的复杂性，对程序设计提出了更高的要求。 在串行接口和串行通信这类接口的设计和实现中，首先要熟悉、了解和掌握各种串行接口和串行通信的协议，同时还要了解所使用期间对协议的支持和兼容情况，最后还要具有良好的软件设计能力。 本实例共有3个功能模块，分别描述如下： ● 单片机系统：使用ATmega16单片机的异步通信串行接口USART实现向计算机发送一个字节。 ● 外围电路：RS232电平转换电路，DB9串行接口插座。 ● 软件程序：熟悉掌握ATmega16单片机的串行通信协议（USART）的编写。 通过本实例的学习，掌握相关电路设计，并掌握以下知识点： ● 了解单片机串口的功能 ● 了解单片机的串口通信和RS-232通信的接口 ● 掌握单片机串口电平转换电路的设计方法 ● 掌握单片机串口的简单编程 5.1.2、器件和原理 单片机的通信方式主要有两种：并行通信和串行通信。并行通信是指数据的各位同时发送或接收。串行通信是指数据一位一位顺序发送或接收。单片机的串口通信是如何形成和使用的呢？ 本实例首先介绍单片机的串口，然后介绍单片机的串口转换电路。最后介绍如何配置ATmega16单片机的串口寄存器从而实现一个串口发送一个字节的简单程序。 单片机的串口介绍 （1）什么是单片机的串口 单片机的串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。可以用作异步通信方式（UART）与采用串行接口的外围设备相连接。 ATmga16单片机通过串行数据发送引脚TXD（PD1）和串行数据接收引脚RXD（PD0）与外界通信。UDR是串行口数据寄存器。UDR寄存器实际上是由两个物理上分离的寄存器RXB和TXB构成，他们使用相同的I/O地址。写UDR的操作，是将发送的数据写入到寄存器TXB中；读UDR的操作，读取的是接收寄存器RXB中的内容。所以虽然他们使用相同的地址，但是并不会出现冲突，因为他们两个有一个只能读出数据，而另一个只能写入数据。 （2）如何使用单片机的串口 在前面的实例中，我们已经了解和掌握了单片机定时器和中断的使用方法。和它们的使用方法一样，单片机的串口也是通过对串行口的控制与状态寄存器的操作完成串行通信的设置。在稍后我们会对这些寄存器的作用和如何设置进行详细的说明。 2、单片机的串口电平转换电路 （1）为什么需要电平转换电路 我们知道，单片机系统一般使用的是TTL电平，单片机中的串口输出信号当然也是如此。但是在串行通信中，一般使用的是RS-232通信协议，二者的电平并不相同，所以需要外接电平转换电路。 串行通信接口标准以RS-232C为主，RS-232C通信协议标准对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都做了规定。 其中对逻辑电平的规定是：高电平（逻辑1）为-3V---15V,低电平（逻辑0）为+3V--+15V，对于RS232信号来讲，当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效的检查出来，介于-3V--+3V之间以及低于-15V或高于+15V的电平都被认为是无意义的。 所以，RS-232C是用正负电压来表示逻辑电平状态，而TTL则是以高低电平表示逻辑状态。这两者有着很大的不同。为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 （2）电平转换电路需要设计吗 作为单片机的标准外围电路，串口的电平转换有专用的芯片，所以我们可以不必花费力气去设计电平转换电路。当然，如果我们对电路十分熟悉，那么也可以使用四个的、三极管就可以设计出一个电平匹配电路。在本实例中，我们主要介绍采用专用芯片进行电平转换的方法。目前较为广泛的是使用集成电路转换器件，有很多器件厂商都生产这类芯片。其中MAXIM公司更是有多款RS232C电平转换芯片。 选择RS232C电平转换芯片时候应当根据需要选择，例如：如果我们只需要通过单片机向RS232器件发送数据，那我们可以选择只有TTL电平到RS232电平转换的芯片就可以了。 在本实例中，我们需要向计算机（PC）发送数据，同时还要接受计算机（PC）发送过来的数据，所以我们需要选择可以实现TTL电平和RS232电平之间的双向电平转换的芯片。这