atmega16串口通信

全雙工操作，可同時進行收發(fā)操作；

支持同步或異步操作；

支持5、6、7、8 和9 位數(shù)據(jù)位，1 位或者2 位停止位的串行數(shù)據(jù)幀結構；

三個完全獨立的中斷，TX 發(fā)送完成，TX 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空，RX 接收完成；

支持多機通訊模式；

相關寄存器：

USART 數(shù)據(jù)寄存器—UDR；

USART 控制和狀態(tài)寄存器—UCSRA，UCSRB，UCSRC；

波特率寄存器—UBRRL 和UBRRH；

串口背景知識

（1）串行通訊簡介

串行同步通訊容易理解，約定一個同步時鐘，每一時刻傳輸線上的信息就是要傳送的信息單元。串行異步通訊是把 一個字符看作一個獨立的信息單元，每一個字符中的各位是以固定的時間傳送。因此，這種傳送方式在同一字節(jié)內部是同步的，而字符間是異步的。在異步通信中收 發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設置起始位，而在字符結束時發(fā)送1～2 個停止位。當接收器檢測到起始位時，便能知道經(jīng)接著的是有效的字符位，于是開始接收字符，檢測到停止位時，就將接收到的有效字符裝載到接收緩沖器中。最簡單的串口通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。

b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準 ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術語“包”指任何通信的情況。

c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。

d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步

通常異步通信的格式如圖：

USART 接受以下30 種組合的數(shù)據(jù)幀格式：

• 1 個起始位

• 5、 6、 7、 8 或9 個數(shù)據(jù)位

• 無校驗位、奇校驗或偶校驗位

• 1或2 個停止位

數(shù)據(jù)幀以起始位開始；緊接著是數(shù)據(jù)字的最低位，數(shù)據(jù)字最多可以有9 個數(shù)據(jù)位，以數(shù)據(jù)的最高位結束。如果使能了校驗位，校驗位將緊接著數(shù)據(jù)位，最后是結束位。當一個完整的數(shù)據(jù)幀傳輸后，可以立即傳輸下一個新的數(shù)據(jù)幀，或使傳輸線處于空閑狀態(tài)。

數(shù)據(jù)幀的結構由UCSRB 和 UCSRC 寄存器中的UCSZ2:0、 UPM1:0、USBS 設定。接收與發(fā)送使用相同的設置。設置的任何改變都可能破壞正在進行的數(shù)據(jù)傳送與接收。

（2）串口的組成

串口由陰陽兩種接口組成。最常使用的信號引腳是TD、RD 和SG，因此最簡單的串口調試只需要包含3 條引線就可以了。在RS232（一種串行工業(yè)總線標準）標準中，利用RD、TD 作為接收、發(fā)送信號線，加入地線，約定好通訊的波特率，實現(xiàn)串行信號傳輸。

（3）串口電平轉換電路

PC 的串口工作TTL 信號是12V 的，而在我們一般使用的電路板上，電源信號和TTL電平是5V 的（在低功耗電路中是3.3V 的），為了將信號轉化為可用，需要做串口的電平轉換。這一部分電路已經(jīng)有相應的生產(chǎn)廠商做出了各種集成芯片，例如MAXIM 公司的MAX232/MAX233 芯片，就是實現(xiàn)5V 電路中和PC 實現(xiàn)串口通信的電平轉換芯片，而MAX3232/MAX3233 可以實現(xiàn)3.3V 的電平轉換。