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作者：韋曉茹, 蔡志堅(jiān), 居戩之 來源：微型機(jī)與應(yīng)用2012年第14期 摘 要：介紹AVR單片機(jī)ATmega16和計(jì)算機(jī)的串行通信的軟、硬件設(shè)計(jì)，采用Visual Basic6.0中的MSComm通信控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)ATmega16之間的串行通信。文章詳細(xì)闡述了程序的設(shè)計(jì)流程，并給出了部分程序代碼。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)ATmega16與計(jì)算機(jī)之間的通信。 AVR單片機(jī)[1]是美國ATMEL公司的精簡指令集單片機(jī)，大多數(shù)是單周期指令，運(yùn)行速度快。AVR單片機(jī)帶有Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫方便，支持ISP(串行在線下載），便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)和更新。ATmega16是AVR單片機(jī)家族中的高檔產(chǎn)品，是目前占主流、高信價(jià)比的AVR芯片之一。ATmega16的主要特點(diǎn)有：功耗低，在正常模式下只有1.1 mA；最高工作頻率可達(dá)16 MHz；具有可擦寫的16 KB的可編程Flash；內(nèi)含8路10 bit ADC；具有高度靈活的串行通信設(shè)備USART，使用時(shí)只需設(shè)置相關(guān)的寄存器參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)串行通信。 EIA-232是常用的串行通信[2]技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，是目前通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，這是由于工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性的要求更高，EIA標(biāo)準(zhǔn)下的串行通信技術(shù)完全可以滿足人們對(duì)工業(yè)設(shè)備傳輸?shù)母鞣N性能要求，使得EIA串口通信在系統(tǒng)控制[3-5]的范疇中一直占據(jù)著極其重要的地位。計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的EIA-232串行通信是許多測控系統(tǒng)常用的一種通信解決方案。本文介紹了計(jì)算機(jī)和單片機(jī)ATmega16之間EIA-232串行通信的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)。 1 硬件設(shè)計(jì) 圖1為EIA-232串行通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 
EIA-232用正、負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài),有效負(fù)電平的狀態(tài)為邏輯1，有效正電平的狀態(tài)為邏輯0；而單片機(jī)使用的TTL電平是以高、低電平表示1和0兩種邏輯狀態(tài)，因此將兩者相連必需進(jìn)行電平邏輯關(guān)系的變換。圖1中的芯片MAX232就是將TTL和RS232電平相互轉(zhuǎn)換的器件。 圖2為EIA-232串行通信電原理圖。電壓VCC可采用5 V供電。
圖2中的D Connector9是用于連接計(jì)算機(jī)串行口的接插件，5腳是接地端，3腳是發(fā)送端TXD，2腳是接收端RXD。TXD端的電平經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換為TTL電平后送給單片機(jī)的接收端；單片機(jī)發(fā)送出的TTL電平的數(shù)據(jù)經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換為RS232電平經(jīng)RXD傳送給計(jì)算機(jī)。ATmega16工作時(shí)使用系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘8 MHz，不需外接晶振，只需在燒錄程序時(shí)設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可使用內(nèi)部時(shí)鐘。圖2中標(biāo)號(hào)為UP的是一個(gè)10腳的接插件，通過這個(gè)接插件與程序燒錄器相連即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的燒錄操作，方便產(chǎn)品升級(jí)。 2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 上位機(jī)程序的編寫采用Visual Basic6.0的編程環(huán)境。使用Visual Basic6.0的MSComm串行通信控件，非常容易實(shí)現(xiàn)串口通信，使用時(shí)要對(duì)串行通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。每個(gè)通信控件對(duì)應(yīng)一個(gè)串口, 如果要訪問多個(gè)通信口, 則要設(shè)計(jì)多個(gè)通信控件。 計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的通信采用查詢的工作方法，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)。計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令以及數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、處理、計(jì)算和顯示等功能。計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)包括界面設(shè)計(jì)以及程序代碼的編寫。圖3為設(shè)計(jì)的程序界面，圖3中含有發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入框、接收數(shù)據(jù)的顯示框和命令控件按鈕。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“發(fā)送/接收”按鈕后程序開始運(yùn)行，接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)一致時(shí)說明通信成功,否則失敗。
圖4為程序設(shè)計(jì)的流程圖。具體的程序代碼包括串口的初始化及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。初始化代碼主要對(duì)串行通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，串口的初始化代碼如下： MSComm1. CommPort = 1 //使用COM1串口 MSComm1. Settings="9600,n,8,1" //數(shù)據(jù)格式:波特率9600 b/s,無奇偶 校驗(yàn),8 bit數(shù)據(jù)位,1 bit停止位 MSComm1. OutBufferCount = 0 //清空發(fā)送緩沖區(qū) MSComm1. InBufferCount = 0 //清空接收緩沖區(qū) MSComm1. InputMode = 1 //以二進(jìn)制形式取回?cái)?shù)據(jù) MSComm1. InputLen=0 //一次讀取緩沖區(qū)內(nèi)全部數(shù)據(jù) If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True End If //打開串口 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收主要用到下面兩句代碼： MSComm1.Output = outdata backdata = MSComm1.Input 由于篇幅的限制，其他代碼不再給出。 3 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) Atmega16內(nèi)部的USART是一個(gè)通用的同步和異步串行接收器和發(fā)送器，其高度靈活，使用非常方便。與USART相關(guān)的寄存器有：UDR、UCSRA、UCSRB、UCSRC、UBRRH和UBRRL。UDR是USART發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)寄存器,將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)DR時(shí)實(shí)際操作的是通過UDR發(fā)送數(shù)據(jù)，讀UDR時(shí)實(shí)際返回的是UDR中的數(shù)據(jù)。UCSRA、UCSRC和UCSRB為控制和狀態(tài)寄存器，串行口的通信模式的設(shè)置可通過對(duì)UCSRA和UCSRB的相關(guān)數(shù)據(jù)位進(jìn)行寫操作來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)幀包含的數(shù)據(jù)位數(shù)也是由UCSRB來確定，并與上位機(jī)保持一致。UBRRH和UBRRL為波特率寄存器，UBRRH和UBRRL是16位寄存器UBRR的高8位和低8位。UBRR的值是用于確定串行通信的波特率，對(duì)于異步正常模式（由UCSRA和UCSRB確定),波特率的計(jì)算公式為
程序流程如圖5所示。判斷接收是否結(jié)束依據(jù)UCSRA中的標(biāo)志位RXC,當(dāng)RXC=1時(shí)表示接收沒有結(jié)束,繼續(xù)接收；當(dāng)RXC=0時(shí)表示接收結(jié)束,可以從UDR中讀出接收到的數(shù)據(jù)。判斷發(fā)送是否結(jié)束依據(jù)UCSRA中的標(biāo)志位TXC，當(dāng)TXC=1時(shí)表示發(fā)送沒有結(jié)束；當(dāng)TXC=0時(shí)表示發(fā)送結(jié)束。
程序的編寫環(huán)境采用ATMEL公司的AVRstudio軟件。初始化部分程序代碼如下： LDI r16,0x20 OUT UCSRA,r16 //設(shè)置串口通信模式 LDI r17,0x00 OUT UBRRH,r17 LDI r16,0x33 OUT UBRRL,r16 //設(shè)置串口通信的波特率 LDI r16,0x86 OUT UCSRC,r16 //設(shè)置串口通信的數(shù)據(jù)格式 LDI r16,0x18 OUT UCSRB,r16 //使能串口通信 判斷UCSRA的標(biāo)志位RXC和TXC采用跳轉(zhuǎn)指令SBIS，具體語句為： SBIS UCSRA，RXC SBIS UCSRA，TXC 將編寫好的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，硬件連接完成后運(yùn)行上位機(jī)程序即可實(shí)現(xiàn)串行通信，在圖3的程序界面可以查看結(jié)果。如果需要重新燒錄程序，可以進(jìn)行在線燒錄，而不需要把單片機(jī)ATmega16從電路上取下來。因此，可以采用SMD封裝，有利于產(chǎn)品微型化。 本文采用查詢的工作方式，通過電平轉(zhuǎn)換器MAX232實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)ATmega16與計(jì)算機(jī)之間的EIA-232串行通信。雖然目前USB的應(yīng)用很廣泛，但由于工業(yè)設(shè)備一般連接好以后很少進(jìn)行重復(fù)插拔，USB的優(yōu)越性不能得到很好的體現(xiàn)，使得工業(yè)領(lǐng)域使用USB接口的產(chǎn)品并不多，EIA串行通信仍占據(jù)重要地位，因此研究EIA串行通信是很必要的。 參考文獻(xiàn) [1] 耿德根，宋建國，馬潮,等. AVR高速嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001. [2] 謝瑞和. 串行技術(shù)大全[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003. [3] 張艷玲,黃�？�. 基于VB的機(jī)房計(jì)算機(jī)電源監(jiān)控系統(tǒng)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2004，23(1)：41-44. [4] 王平，張新東. 基于智能儀表的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化與儀表，2009，24(4)：9-10. [5] 柳劍，陳於學(xué)，楊曙年. 基于編程口的三菱PLC與PC機(jī)串行通信實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化儀表，2010，31(10)：31-37. |
