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一般教科书上提供的UART收发的程序往往是一段采用轮循（Polling）方式完成收发的简单代码。但对于高速的AVR来讲，采用这种方式大大降低了MUC的效率。在使用AVR时，应根据芯片本身的特点（片内大容量数据存储器RAM，更适合采用高级语言编写系统程序），编写高效可靠的UART收发接口（低层）程序。下面是一个典型的USART的接口程序。- #include <mega128.h> #define RXB8 1 #define TXB8 0 #define UPE 2 #define OVR 3 #define FE 4 #define UDRE 5 #define RXC 7 #define FRAMING_ERROR (1<<FE) #define PARITY_ERROR (1<<UPE) #define DATA_OVERRUN (1<<OVR) #define DATA_REGISTER_EMPTY (1<<UDRE) #define RX_COMPLETE (1<<RXC) // USART0 Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE0 8 char rx_buffer0[RX_BUFFER_SIZE0]; unsigned char rx_wr_index0,rx_rd_index0,rx_counter0; // This flag is set on USART0 Receiver buffer overflow bit rx_buffer_overflow0; // USART0 Receiver interrupt service routine #pragma savereg- interrupt [USART0_RXC] void uart0_rx_isr(void) { char status,data; #asm push r26 push r27 push r30 push r31 in r26,sreg push r26 #endasm status=UCSR0A; data=UDR0; if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) { rx_buffer0[rx_wr_index0]=data; if (++rx_wr_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_wr_index0=0; if (++rx_counter0 == RX_BUFFER_SIZE0) { rx_counter0=0; rx_buffer_overflow0=1; }; }; #asm pop r26 out sreg,r26 pop r31 pop r30 pop r27 pop r26 #endasm } #pragma savereg+ #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Get a character from the USART0 Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_ #pragma used+ char getchar(void) { char data; while (rx_counter0==0); data=rx_buffer0[rx_rd_index0]; if (++rx_rd_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_rd_index0=0; #asm("cli") --rx_counter0; #asm("sei") return data; } #pragma used- #endif // USART0 Transmitter buffer #define TX_BUFFER_SIZE0 8 char tx_buffer0[TX_BUFFER_SIZE0]; unsigned char tx_wr_index0,tx_rd_index0,tx_counter0; // USART0 Transmitter interrupt service routine #pragma savereg- interrupt [USART0_TXC] void uart0_tx_isr(void) { #asm push r26 push r27 push r30 push r31 in r26,sreg push r26 #edasm if (tx_counter0) { --tx_counter0; UDR0=tx_buffer0[tx_rd_index0]; if (++tx_rd_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_rd_index0=0; }; #asm pop r26 out sreg,r26 pop r31 pop r30 pop r27 pop r26 #endasm } #pragma savereg+ #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Write a character to the USART0 Transmitter buffer #define _ALTERNATE_PUTCHAR_ #pragma used+ void putchar(char c) { while (tx_counter0 == TX_BUFFER_SIZE0); #asm("cli") if (tx_counter0 || ((UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY)==0)) { tx_buffer0[tx_wr_index0]=c; if (++tx_wr_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_wr_index0=0; ++tx_counter0; } else UDR0=c; #asm("sei") } #pragma used- #endif // Standard Input/Output functions #include <stdio.h> // Declare your global variables here void main(void) { // USART0 initialization // Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART0 Receiver: On // USART0 Transmitter: On // USART0 Mode: Asynchronous // USART0 Baud rate: 9600 UCSR0A=0x00; UCSR0B=0xD8; UCSR0C=0x06; UBRR0H=0x00; UBRR0L=0x67; // Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { // Place your code here }; }
l.它采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高MCU的效率，如当主程序调用Putchar()发送数据时，如果UART口不空闲，就将数据放入发送缓冲器中，MCU不必等待，可以继续执行其它的工作。而UART的硬件发送完一个数据后，产生中断，由中断服务程序负责将发送缓冲器中数据依次送出。
2.数据缓冲器结构是一个线性的循环队列，由读、写和队列计数器3个指针控制，用于判断队列是否空、溢出，以及当前数据在队列中的位置。
3.用编译控制命令#pragma savereg-和#pragma savereg+，使得由CVAVR在生成的中断服务程序中不进行中断保护（CVAVR生成中断保护会将比较多的寄存器压入堆栈中），而在中断中嵌入汇编，只将5个在本中断中必须要保护的寄存器压栈。这样提高了UART中断处理的速度，也意味着提高了MCU的效率。
4.由于在接口程序Putchar()、Getchar()和中断服务程序中都要对数据缓冲器的读、写和队列计数器3个指针判断和操作，为了防止冲突，在Putchar()、Getchar()中对3个指针操作时临时将中断关闭，提高了程序的可靠性。
建议读者能逐字逐句地仔细分析该段代码，真正理解和领会每一句语句（包括编译控制命令的作用）的作用，从中体会和学习如何编写效率高，可靠性好，结构优良的系统代码。这段程序使用的方法和技巧，对编写SPI、I2C的串行通信接口程序都是非常好的借鉴。
作为现在的单片机和嵌入式系统的工程师，不仅要深入全面的掌握芯片和各种器件的性能，具备丰富的硬件设计能力；同时也必须提高软件的设计能力。要学习和掌握有关数据结构、操作系统、软件工程、网络协议等方面的知识，具有设计编写大的复杂系统程序的能力。
USART应用实例
使用ATmega128实现一个工业设备的主控制板，它与由ATmega8管理的按键和LED显示构成的控制面板距离在2米左右，两者之间采用USART通信联系。考虑到在实际应用中，俩者之间交换的数据很少，通信速度也不需要很高，重要的是保证通信的可靠和抗干扰，因此在硬件设计上采用电流环的连接方式，见图5.4。
在图中通信双方采用光隔和三极管，将USART的电平变化变成电流变化后传送连接，如同工业上使用的20mA电流环通信一样，大大提高了通信的抗干扰能力。
通信协议和规程的制定：
l.通信速率采用2400bps（速率太高时电流环的变化会跟不上）。
2. 用户数据包采用定长格式，每个数据包长度为6个字节，其中第1个字节是数据包起始字节0xBB，第6字节为数据包结束字节0xEE，其它为用户命令、数据和系统状态参数。
3.每次通信由A端发起，下发一个数据包；B端收到一个正确的数据包后，必须返回一个数据包应答。
4.A端下发一个数据包后，在300ms内没有正确收到应答包时（在2400bps时传送6个字节的时间约为30ms），将再次重发；3次重发均不能正确收到应答包则报警。
5.在系统正常工作时，A端每隔250ms下发一个数据包，B端如果在1s内没有正确收到一个下发的数据包，将进入安全保护程序。
在这个应用实例中，USART接口的发送程序与前面给出的典型例程中的一样，而对USART的接收程序进行了改动和简化，使其更加符合在本系统中使用。- #define UART_BEGIN_STX 0xBB #define UART_END_STX 0xEE #define RX_BUFFER_SIZE0 6 char rx_buffer0[RX_BUFFER_SIZE0]; unsigned char rx_counter; bit Uart_RecvFlag // USART Receiver interrupt service routine #pragma savereg- interrupt [USART_RXC] void uart_rx_isr(void) { unsigned char status,data; #asm push r26 push r27 push r30 push r31 in r26,sreg push r26 #endasm status=UCSRA; data=UDR; if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) { if (!Uart_RecvFlag) { rx_buffer[rx_counter] = data; switch (rx_counter) { case 0: if (data == UART_BEGIN_STX) rx_counter = 1; break; case 1: case 2: case 3: case 4: rx_counter++; break; case 5: rx_counter = 0; if (data == UART_END_STX) Uart_RecvFlag = 1; break; } } } else rx_counter = 0; #asm pop r26 out sreg,r26 pop r31 pop r30 pop r27 pop r26 #endasm } #pragma savereg+ ………… void main(void) { while(1) { if (Uart_RecvFlag) { ………… //处理收到的数据包 Uart_RecvFlag = 0; //允许USART接受新的数据包 } ………… //处理其它任务 } }
上层程序的设计，应保证以200ms左右的间隔对“Uart_RecvFlag”标志位进行一次判断。一旦判断“Uart_RecvFlag”标志置位后，马上进行处理，回送应答数据。处理完后将“Uart_RecvFlag”标志清除，允许USART接收新的数据包。
还可以考虑在数据包中增加“数据包编号”和“数据校验”2个字节，以进一步提高通信的可靠性。 |
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发表于 2024-5-8 06:27:31
发表于 2024-5-8 06:27:56
