PC機與AVR單片機之間串行通信的實現(xiàn)

摘 要：隨著AVR單片機的應(yīng)用逐漸廣泛，用戶對AVR單片機的應(yīng)用要求也逐步增多。PC機與AVR單片機的通信也成為當前的主流研究。本文主要介紹了單片機以及AVR單片機并闡述了一種構(gòu)架于RS 232串行通信協(xié)議基礎(chǔ)上的PC機與AVR單片機Atmega128之間串行通信的實現(xiàn)方式，功能上可滿足PC機與單片機之間的數(shù)據(jù)的交換。其中PC機為主發(fā)送端，單片機為主接收端。實現(xiàn)中，PC機端采取C語言方式嫡程，運用Turbo C庫函數(shù)bios.h中提供的bioscom（）函數(shù)實現(xiàn)；單片機端采取C51嫡程。

關(guān)鍵詞：AVR單片機；串行通信

中圖分類號：TP368

1 單片機概述

單片機是單片微型計算機的簡稱，是典型的嵌入式微控制器。常用英文字母的縮寫MCU（Microcontroller Unit）表示單片機，又稱單片微控制器，單片機不是傳統(tǒng)意義上只能完成某一邏輯關(guān)系的芯片，而是將整個計算機整合到一個芯片上其中有運算器、控制器、存儲器、i/o設(shè)備構(gòu)成。概括的講：單片機就是一塊芯片就成了一臺計算機。單片機具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜的優(yōu)點，這些優(yōu)點就使得在使用和學(xué)習單片機時變得簡單直接。單片機的應(yīng)用最早體現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于工業(yè)控制的需要，單片機由最早的僅有CPU的處理芯片發(fā)展而來。最初的單片機的設(shè)計理念是基于將大量外圍設(shè)備去掉，或?qū)⒈匾牟糠峙cCPU集成在一個芯片中，這樣就能使計算機體積更小，更容易將其置入需要進行繁瑣運算且對設(shè)備要求嚴格的工業(yè)控制系統(tǒng)中。

時至今日，單片機的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于工業(yè)控制，現(xiàn)如今，幾乎每一件電子設(shè)備都集成有單片機的身影。移動電話、計算器、彩電、掌上電腦等等電子產(chǎn)品中都有單片機的存在。一臺家用汽車上一般有四十余片單片機在工作。單片機的數(shù)量早已遠遠超過PC機和其他計算機的總和。

2 AVR單片機特點

在單片機興起的大前提下，AVR單片機有擁有怎樣獨特的優(yōu)勢呢？

2.1 使用簡單，價格低廉。第一，對于非專業(yè)人員來說，在進行AVR單片機開發(fā)時所需要的技術(shù)要求較低，只要對電腦稍微熟悉就可以進行AVR單片機的開發(fā)。因為對AVR單片機的編輯、調(diào)試過程全都集中在一條ISP下載線上，只需要編寫代碼即可實現(xiàn)。因此AVR單片機也有“一線打天下”的名號。

另外，AVR單片機價格低廉。由于AVR單片機的“單線系統(tǒng)”所以在編寫AVR單片機時不需購買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等輔助工具。而且AVR單片機的程序修改重寫次數(shù)可達到萬次以上，基本不會產(chǎn)生報廢設(shè)備。

2.2 速度快耗能少保密性高。AVR單片機運行速度高得益于其擁有的預(yù)取指令功能，當單片機執(zhí)行某一指令時，下一條指令已經(jīng)取入緩存區(qū)，這樣在當前指令執(zhí)行結(jié)束后，立刻可以開始執(zhí)行下一條指令，實現(xiàn)指令執(zhí)行的連貫性與周期性。AVR單片機具有的相當于有32條立交橋的32位通用工作寄存器，可以是數(shù)據(jù)快速通行。多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。另外，AVR單片機的擁有低耗能。同時還具有高度的保密性。單片機擁有得位加密鎖Lock Bit技術(shù)在目前現(xiàn)有階段仍是一個很難攻破的難題，保密位單元位于于芯片里面，幾乎很難用電子顯微鏡觀察到。AVR單片機有擁有多個固定中斷向量入口地址，能夠使響應(yīng)迅速中斷。

2.3 定時器的功能性很強/計數(shù)器與通訊接口。不同的定時，計數(shù)器的位數(shù)也有不同，一般是8位和16位，因此可以利用這個特性制成比較器。由計數(shù)器外部中斷和PWM（也可用作D/A）負責對輸出的控制。而對于AVR單片機所特有的串行異步通訊UART接口方式，由于在進行異步通訊時不會占有定時器和SPI同步傳輸功能，因此AVR單片機也具有極快的傳輸速度。

3 PC機與AVR單片機兩者間完成串行通信

3.1 單片機與PC機的銜接。一般我們可以通過兩根線進行全雙工異步通信來實現(xiàn)PC機和單片機的連接。AVR單片機比較特殊，PC機為滿足AVR單片機輸入輸出電平為TTL電平的特征，需要作出相應(yīng)的調(diào)整，應(yīng)當選用RS232標準串行接口進行連接。但是由于AVR單片機和RS 232標準串行接口的電氣規(guī)范不一致；進行電平轉(zhuǎn)換就顯得尤為關(guān)鍵。MAX232E芯片可將2路RS 232C電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，也可將2路TTL電平轉(zhuǎn)換成RS 232C電平。利用RS 232C串行口進行較近距離串行通信時（15m以內(nèi)），CPU和大多數(shù)外設(shè)相連或CPU之間進行通信時，不需要使用Modem。

3.2 PC機端的軟件性能的完成。最初PC機對單片機傳輸信號，同時做好收到單片機回復(fù)信號的預(yù)備。當單片機收到PC機信號后，接收PC機所提供信息，并給PC機發(fā)送握手回復(fù)信號。當單片機發(fā)送的握手回復(fù)信號被PC機正常接收，則PC機認為信號通路正常，能夠傳輸信息。在這時PC機可以第二次對單片機傳輸信號，一般為“？”字符，當信號發(fā)送完成，以“/n”結(jié)束，若單片機收到“/n”信號則停止接受信息，并輸入“1”結(jié)束進程。

3.3 單片機的異步通信。ATmega系列單片機屬于AVR中的高檔產(chǎn)品。AVR 系列單片機均有效支持C高級語言及匯編語言。這里以Atmega128單片機為例，介紹單片機的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。Atmegal28是一款采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的基于AVRRISC結(jié)構(gòu)的8位單片機，其集成2個可編程的UART口，這里使用UART0。軟件設(shè)計采用中斷方式，AVR單片機定義有：UART接收結(jié)束中斷、UART數(shù)據(jù)寄存器空中斷、UART發(fā)送結(jié)束中斷。在主程序中開中斷，一旦PC機傳輸數(shù)據(jù)，單片機執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。在本文所設(shè)計的通信系統(tǒng)中，采用的是PC機為主發(fā)送端，單片機為主接收端。所以單片機主要是進行接收數(shù)據(jù)處理，沒有做更多的數(shù)據(jù)發(fā)送工作；可以根據(jù)具體要求進行設(shè)計，比如將單片機的各個寄存器內(nèi)容和信息實時發(fā)回到計算機，就可以監(jiān)視單片機的工作狀況，也可以接收計算機發(fā)送來的調(diào)試信息，調(diào)整單片機的工作步驟和狀態(tài)。

PC機是發(fā)射端，單片機是接收端，通過文本設(shè)計方法可以實現(xiàn)擴展單片機的檢測數(shù)據(jù)并且發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，然后再由PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和處理。因此硬件和軟件通過串行通信方式可以很簡單的實現(xiàn)通信，并且15米的范圍內(nèi)都可以很好的傳輸數(shù)據(jù)。便于操作人員方便的修改單片機的內(nèi)參數(shù)，人機交互界面靈活易操作。

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作者簡介：姜文謙（1981-），男，浙江蘭溪人，中級工程師，本科，研究方向：廣播發(fā)射機。

作者單位：國家新聞出版廣電總局八三一臺，浙江蘭溪 321106