AVR單片機ATmega16與計算機串行通信的實現(xiàn)

摘 要：介紹AVR單片機ATmega16和計算機的串行通信的軟、硬件設計，采用Visual Basic6.0中的MSComm通信控件實現(xiàn)計算機與單片機ATmega16之間的串行通信。文章詳細闡述了程序的設計流程，并給出了部分程序代碼。實驗證明該系統(tǒng)可以實現(xiàn)ATmega16與計算機之間的通信。
關鍵詞： ATmega16；計算機；串行通信；Visual Basic6.0

AVR單片機[1]是美國ATMEL公司的精簡指令集單片機，大多數(shù)是單周期指令，運行速度快。AVR單片機帶有Flash程序存儲器，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單片機家族中的高檔產(chǎn)品，是目前占主流、高信價比的AVR芯片之一。ATmega16的主要特點有：功耗低，在正常模式下只有1.1 mA；最高工作頻率可達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備USART，使用時只需設置相關的寄存器參數(shù)就可以實現(xiàn)串行通信。
EIA-232是常用的串行通信[2]技術(shù)標準之一，是目前通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，這是由于工業(yè)領域?qū)Ξa(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性的要求更高，EIA標準下的串行通信技術(shù)完全可以滿足人們對工業(yè)設備傳輸?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。計算機和單片機的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。本文介紹了計算機和單片機ATmega16之間EIA-232串行通信的實現(xiàn)。計算機作為上位機，單片機作為下位機。
1 硬件設計
圖1為EIA-232串行通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

EIA-232用正、負電壓來表示邏輯狀態(tài),有效負電平的狀態(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行電平邏輯關系的變換。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是用于連接計算機串行口的接插件，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電平后送給單片機的接收端；單片機發(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傳送給計算機。ATmega16工作時使用系統(tǒng)內(nèi)部時鐘8 MHz，不需外接晶振，只需在燒錄程序時設置相關參數(shù)即可使用內(nèi)部時鐘。圖2中標號為UP的是一個10腳的接插件，通過這個接插件與程序燒錄器相連即可實現(xiàn)單片機程序的燒錄操作，方便產(chǎn)品升級。
2 上位機程序設計
上位機程序的編寫采用Visual Basic6.0的編程環(huán)境。使用Visual Basic6.0的MSComm串行通信控件，非常容易實現(xiàn)串口通信，使用時要對串行通信的信息格式和協(xié)議進行設置。每個通信控件對應一個串口, 如果要訪問多個通信口, 則要設計多個通信控件。
計算機與單片機之間的通信采用查詢的工作方法，計算機作為上位機，單片機作為下位機。計算機主要負責發(fā)送控制命令以及數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、處理、計算和顯示等功能。計算機的程序設計包括界面設計以及程序代碼的編寫。圖3為設計的程序界面，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。用鼠標點擊“發(fā)送/接收”按鈕后程序開始運行，接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)一致時說明通信成功,否則失敗。

圖4為程序設計的流程圖。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。初始化代碼主要對串行通信的信息格式和協(xié)議進行設置，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,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 //以二進制形式取回數(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 下位機程序設計
　 Atmega16內(nèi)部的USART是一個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UDR時實際操作的是通過UDR發(fā)送數(shù)據(jù)，讀UDR時實際返回的是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置可通過對UCSRA和UCSRB的相關數(shù)據(jù)位進行寫操作來實現(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，對于異步正常模式（由UCSRA和UCSRB確定),波特率的計算公式為，對于9 600 b/s的波特率(和上位機一致)，在fosc=8 MHz的情況下，通過計算得UBRR的值為51。對UBRR進行寫操作時注意要先寫高8位UBRRH，后寫低8位UBRRL，否則寫入無效。
　 程序流程如圖5所示。判斷接收是否結(jié)束依據(jù)UCSRA中的標志位RXC,當RXC=1時表示接收沒有結(jié)束,繼續(xù)接收；當RXC=0時表示接收結(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中的標志位TXC，當TXC=1時表示發(fā)送沒有結(jié)束；當TXC=0時表示發(fā)送結(jié)束。